Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Tragfähigkeit von Stumpfnähten höherfester Stähle im Stahlbau

Die Bemessungsregeln für Schweißverbindungen im statischen Lastfall beruhen ausschließlich auf Konzepten, die für normalfeste Stähle bis fy,k = 360 N/mm² entwickelt wurden. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Vorteile höherfester Stähle insbesondere im Zugbereich optimal auszunutzen. Durch numerische und experimentelle Untersuchungen an Zugproben mit durchgeschweißten Stumpfnähten soll statistisch abgesicherte Erkenntnisse gewonnen werden. Der Nutzen für KMU im Hoch-, Anlagen- und Maschinenbau liegt darin, dass Empfehlungen entwickelt werden, die eine effiziente Schweißnahtvorbereitung von Stumpfnähten höherfester Stähle für das MSG-Schweißen ermöglichen sowie Empfehlungen für den Energieeintrag gegeben werden, die einer Gefügeausbildung entgegenwirken, dass die statische Tragfähigkeit reduziert. Den KMU wird eine Vorgehensweise zur Nahtbemessung zur Verfügung gestellt, welche den Einfluss des Schweißprozesses und -gutes auf die Tragfähigkeit der Stumpfnähte nach EN 1993-1-8 erfasst.

Ergebniszusammenfassung:

Der Schwerpunkt der im Forschungsvorhaben durchgeführten experimentellen Untersuchungen lag auf der Ermittlung der Tragfähigkeit von Stumpfnahtverbindungen aus höherfestem Stahl. Vor allem die Hintergründe eines kritischen Versagens im Bereich der Wärmeeinflusszone und einer daraus hervorgehenden reduzierten Tragfähigkeit wurde durch experimentelle und numerische Untersuchungen erarbeitet. Anhand der Ergebnisse wurde ein konsistentes Bemessungsmodell entwickelt, dass das in den Versuchen beobachtete Tragverhalten von durchgeschweißten Stumpfnahtverbindungen höherfester Stähle sicher und wirtschaftlich abbilden kann. Als mögliche Einflussfaktoren wurden die Nahtgeometrie, der Schweißprozess und der daraus abgeleitete Energieeintrag, als auch unterschiedliche Mismatch-Verhältnisse im Schweißgut betrachtet. Neben den experimentellen Untersuchungen an Stumpfnähten höherfester Stähle der Güte S700MC und S690QL wurden Referenzversuchen aus Stahl der Güte S460ML geprüft. Damit konnte bestätigt werden, dass das kritische Versagen erst ab einer Festigkeit von > 500 N/mm2 zu beobachten ist. Abschließend konnte das von Spiegler erarbeitete Bemessungsmodell anhand der Versuchsergebnisse statistisch ausgewertet und überprüft werden. Durch eine Verträglichkeitsprüfung konnte das Bemessungsmodell nach Spiegler für durchgeschweißte Stumpfnahtverbindungen höherfester Stähle bestätigt werden. Aufgrund der Praxisnähe der Forschung können die Forschungsergebnisse, die in Form von Empfehlungen für die Bemessung von durchgeschweißten

Stumpfnahtverbindungen vorliegen, unmittelbar nach Projektende u.a. in den Bereichen Anlagenbau und Kranbau praktisch umgesetzt werden. Eine Umsetzung im Bauwesen wie in den Stahlhoch- und Brückenbau setzt i.d.R. eine normative Regelung voraus. Die Weiterentwicklung des europäischen Normenwerkes auf den Gebieten höherfester Stähle sowie der zugehörigen Schweißverfahren ist zurzeit in Überarbeitung, so dass die Ergebnisse sehr gut einfließen können.