Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Praxisreifmachung der General Method (Allgemeines Verfahren nach Kap. 6.3.4 - EC 3-1-1) zum Nachweis der Stabilität von beliebigen Balken- und Rahmentragwerken aus der Ebene - PraxisGenMeth

Der allgemeine Nachweis gegen Ausweichen aus der Ebene gedrückter Querschnittsteile, das so genannte „Allgemeine Verfahren“ (engl. „General Method“ – „GenMeth“), knüpft praxistechnisch an den Stellen an, bei denen eine Nachweisführung durch das Ersatzstabverfahren nicht mehr möglich ist. Während im Ersatzstabnachweis die Phänomene BK und BDK getrennt betrachtet und erst im Nachgang einer Interaktion zusammengeführt werden, ist es in Wirklichkeit jedoch so, dass bei Biegung mit Normalkraft nur eine kritische Modalform existiert. Die verwendete Formulierung des Allgemeinen Verfahrens greift diesen generischen analytisch formulierbaren Zusammenhang auf und entfaltet darüber ihr Potential. Über die Vereinheitlichung entsteht eine allgemeine und konsistente Lösung, die es gestattet, den Stabilitätsnachweis z. B. eines gesamten Rahmensystems direkt über eine modifizierte Knickkurve und ohne Interaktionsfaktoren zu führen (wie beim Ersatzstab). Ferner werden nicht-lineare räumliche Traglast-Berechnungen obsolet, es ist ausschließlich eine Th.-II. Ordnung-Berechnung in der Ebene sowie eine αcrit–Ermittlung aus der Ebene zu führen, die mit gängigen Stabwerksmodellen (mit Torsionsfreiheitsgrad) erledigbar sind.

Die vereinheitlichte Nachweisführung wird der Praxis eine erhebliche Erleichterung bringen. Das Verfahren besitzt das Potential durch einfache Softwareprodukte umgesetzt zu werden, die üblicherweise von KMU zum Nachweis von Stabilitätsproblemen genutzt werden. Unter anderem ergibt sich dadurch eine erhöhte Planungssicherheit bei der Erstellung von komplexen Statiken, wodurch KMU ihre Effizienz steigern und im Wettbewerb ihre Erfolgschancen erhöhen. Das Projekt zielt neben einer Richtigstellung der zum Teil unklaren aufzufassenden Regeln des Kapitels 6.3.4 der DIN EN 1993-1-1 auf eine Erweiterung auf möglichst viele gängige jedoch nichttrivialen Konstruktionen ab, die somit auch von kleinen Ingenieurbüros zukünftig unproblematisch nachgewiesen werden können.

Ergebniszusammenfassung:

Die Stabilitätsbemessung von Stabwerken aus Stahl ist in DIN-EN 1993-1-1 geregelt. Das Kapitel 6.3.4 der DIN-EN 1993-1-1 (8.3.4 in prEN1993-1-1) befasst sich mit dem „Allgemeinen Verfahren“ zum Nachweis von Stabilitätsproblemen bei in der Ebene belasteten Rahmen oder Balken. Ziel dieses Verfahrens ist die Bestimmung eines Abminderungfaktors mit dem der Stabilitätsnachweis geführt werden kann. Es kann jedoch gezeigt werden, dass die Regelungen in der derzeitigen und zukünftigen Norm bei der Wahl der Knickspannungslinie zu Inkonsistenzen führen. Aus diesem Grund zielte das hier präsentierte Forschungsvorhaben darauf ab, Lösungen für dieses Problem zu finden. Mit dem in diesem Forschungsbericht präsentierten Lösungsansatz - der sog. „General Method“ (kurz: „GenMeth“) - wird eine allgemeine Knickkurve für den Fall eines kombinierten Moments und Normalkraft abgeleitet, die mit den Knickkurven der Sonderfälle (reines Biegeknicken bzw. reines Biegedrillknicken) übereinstimmt. Auf diese Weise kann das allgemeine Verfahren in verbesserter Form formuliert werden. Über die Vereinheitlichung entsteht eine allgemeine und konsistente Lösung, die es gestattet, den Stabilitätsnachweis z.B. eines gesamten Rahmensystems direkt über eine modifizierte Knickkurve und ohne Interaktionsfaktoren zu führen (wie beim Ersatzstabverfahren). Ferner erlaubt das Verfahren den Verzicht einer nicht-linearen räumlichen Traglast-Berechnung, so ist nur noch eine Berechnung in der Ebene sowie eine Ermittlung der Verzweigungslast aus der Ebene notwendig, die mit gängigen Stabwerksmodellen lösbar sind.

Darüber hinaus wurde ein analytisches Verfahren entwickelt, das zur Ableitung von geometrischen Ersatzimperfektionen anhand von Bauteilversuchen dient: der sog. „erweiterten Southwell-Methodik. Weiterhin wurden die so gewonnenen Ersatzimperfektionen aus den Ergebnissen des Vrogängerprojektes„ALLVER“ (IGF-Projekt Nr. 17943 N) in den Lösungsansatz des vorgestellten Verfahrens überführt und verprobt.