Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Klebtechnische Ertüchtigung von Ermüdungsschäden für Konstruktionen des Stahlbaus

Im Stahlbau können bei zyklisch beanspruchten Konstruktionen (z.B. Brücken, Krane, Masten, WEA) unvorhergesehene Ermüdungsschäden auftreten, die Instandsetzungsmaßnahmen notwendig machen.

Zur Ertüchtigung werden i. d. R. konventionelle Methoden wie das Schweißen oder Schrauben eingesetzt.

Diese Verfahren sind Stand der Technik. Der Einsatz der Klebtechnik stellt eine Alternative zu den klassischen Technologien dar.

Erfolgreich durchgeführte Forschungsprojekte der letzten Jahre konnten die Eignung der Klebtechnik im Stahlbau für objektbezogene Anwendungsfälle belegen.

Gegenwärtig existieren jedoch keine systematischen und umfassenden Untersuchungen und somit keine Regelungen zur klebtechnischen Ertüchtigung ermüdungsbeanspruchter Konstruktionsdetails.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Analyse von Konzepten zur klebtechnischen Ertüchtigung kerbfallbedingter Ermüdungsschäden durch den Einsatz aufgeklebter „Pflaster“ (Patches) für Konstruktionen des Stahlbaus, unter Berücksichtigung definierter Einsatzbedingungen.

Dazu erfolgt eine Analyse technischer Randparameter für den Klebstoffeinsatz bzgl. der mechanischen Einwirkung sowie der Einflüsse aus Umwelt und Fertigung.

Diese bilden Grundlage für experimentelle Untersuchungen in Form quasi-statischer Versuche sowie Ermüdungsversuche an Stahl-Stahl-Klebungen.

Die Versuche erfolgen an Probekörpern mit drei unterschiedlichen Größenordnungen (Kleinteil, Bauteil, Großbauteil) zur Ermittlung der Beanspruchbarkeit und Ableitung von Maßstabseffekten.

Begleitende rechnerische und numerische Konzepte (Nennspannung, Strukturspannung, Kerbspannung) sowie bruchmechanische Ansätze (Spannungsintensitätsfaktoren) werden angewendet und dienen zur Formulierung einer rechnerischen Lebensdauerabschätzung.

Auf Basis der erzielten Ergebnisse werden praxisorientierte Empfehlungen zur Fertigung sowie Bemessung und Nachweisführung entwickelt und den Anwendern (KMU, wie bspw. Ingenieurbüros, Stahlbauer) zur Verfügung gestellt.

Ergebniszusammenfassung:

Mit den detaillierten experimentellen, analytischen und numerischen Untersuchungen wurde systematisch eine Möglichkeit zur klebtechnischen Ertüchtigung inklusive einer (Vor-)Bemessung häufig auftretender Ermüdungsschäden anhand von vier Kerbfällen entwickelt die derzeit noch nicht existiert. Genau hier wird die besondere wirtschaftliche Bedeutung für KMU deutlich. Vor allem den planenden Ingenieurinnen und Ingenieuren wird es durch die Forschungsergebnisse und die noch notwendigen Ergänzungen zur Umsetzung ermöglicht, grundsätzlich solche klebtechnischen Ertüchtigungsmaßnahmen zu planen und diese in die Anwendung zu überführen.

Diese Vorgaben helfen darüber hinaus auch den im Hinblick auf eine bauliche Zulassung tätigen Stellen oder Behörden bei der Beurteilung des Vorgehens. Dadurch werden Marktbarrieren abgebaut. Auch Metallbauer, Stahlbauer und weitere an der Ausführung eines Bauvorhabens mit geklebten Ertüchtigungsmaßnahmen Beteiligte werden durch die Forschungsergebnisse in die Lage versetzt, die Bemessung und klebtechnische Ertüchtigungsmaßnahmen besser nachzuvollziehen, so dass die Arbeit jedes Einzelnen, aber auch die Zusammenarbeit aller Beteiligten stark vereinfacht wird.

Das Innovationspotential liegt im Bauwesen im Bereich des klassischen Stahlbaus wie Brücken, Krane, Förderanlagen, WEA, aber auch in anderen Wirtschaftszweigen, in denen elastoplastische Klebstoffsysteme zur klebtechnischen Instandsetzung zum Einsatz kommen. Dabei wird im Stahlbau die Lücke eines systematisch erarbeiteten Konzeptes zur klebtechnischen Ertüchtigung zumindest zu großen Teilen, geschlossen, so dass die klebtechnischen Methoden zur Ertüchtigung und Instandsetzung einfacher - und dadurch wahrscheinlich vermehrt - eingesetzt werden können.

Der potentielle Nutzerkreis erstreckt sich insbesondere auf KMU aus dem Bereich des Bauwesens. Dazu gehören sowohl Ingenieurbüros und Dienstleistungsunternehmen als auch Stahlbauer, Metallbauer und Stahlverarbeiter.