Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierung freier Stahlbaugeometrien unter beliebigen Beanspruchungszuständen mit Hilfe der Schädigungsmechanik

Die den technischen Regelwerken des Stahlbaus zugrunde liegenden Tragfähigkeitsfunktionen beruhen in der Regel auf rein phänomenologischen Ingenieurmodellen, die die Grenzlastvorhersage näherungsweise mit der Streckgrenze oder der Zugfestigkeit des Materials verknüpfen. Dies hat zur Folge, dass die Vorhersagegenauigkeiten der aktuellen Festigkeitsfunktionen begrenzt sind, da die zugrunde liegenden Modellvorstellungen das tatsächliche Versagensverhalten des Materials nicht berücksichtigen. Die derzeit vorhandenen Streuungen entstammen größtenteils dieser Nichtberücksichtigung des tatsächlichen Bruchmechanismus und der vorausgehenden Schädigungsgeschichte, die maßgebend von den tatsächlichen Zähigkeitseigenschaften abhängen.

Im geplanten Forschungsvorhaben sollen deswegen die Festigkeitskriterien typischer Stahlbaudetails insbesondere für höherfeste Stahlsorten, die bislang unberechtigterweise aufgrund mangelnder Kenntnis der Versagensmechanismen zu restriktive Anforderungen enthalten, durch eine genauere Erfassung des Versagensverhaltens untersucht und optimiert werden. Der Kernpunkt der Methodik ist die schädigungsmechanische Untersuchung des tatsächlichen Versagensverhaltens durch Implementierung eines geeigneten Rissinitiierungskriteriums zur Versagensdetektion und durch die Vorhersage der anschließenden Schädigungsevolution. Um das schädigungsmechanische Modell zu validieren und genauere Erkenntnisse über das Versagen von Stahlbauteilen aus hochfesten Stählen zu erhalten, werden umfangreiche Versuchsreihen an typischen Geometrien durchgeführt und ausgewertet. Basierend auf diesen Erkenntnissen sollen neue, verbesserte Festigkeitskriterien abgeleitet werden mit der Zielsetzung, die veralteten Festigkeitskriterien der technischen Regelwerke zu ersetzen, was ökonomische und ökologische Vorteile, etwa durch Kosten- und Energieeinsparung bei geringem Materialaufwand, für die KMU orientierte Stahlbaubranche und die qualitätsorientierte Stahlindustrie verspricht.