Beschreibung
P 1328 – Zukunftsfähigkeit von kaltgeformten Stahlprofilen im Bauwesen
Dünnwandig, kaltgeformte Stahlprofile werden in verschiedensten Bereichen von Stahlhallenbau bis hin zum Regalbau und Weinanbau eingesetzt. Durch die Vielzahl der Anwendungsgebiete ist das Spektrum an individuellen, anwenderspezifischen Profilformen zum Teil mit Perforationen sehr groß. Zur Bemessung steht zwar die DIN EN 1993-1-3 zur Verfügung. Jedoch wurde diese im Wesentlichen für C- und Z-förmige Pfetten und für typische Trapezprofilbleche entwickelt, sodass sie nur eingeschränkt für die Vielzahl der andersartigen Kaltprofile anwendbar ist. Bei Profilen mit Perforierungen ist eine Bemessung meist sogar gänzlich unmöglich. Zusätzlich ist die Anwendung der DIN EN 1993-1-3 selbst bei einfachen Querschnittsformen aufgrund der hochkomplexen, sich überlagernden Stabilitätsformen extrem aufwendig, kompliziert und liefert konservative Ergebnisse.
Ziel des Forschungsvorhabens war daher die Erarbeitung eines neuen, eurocodekonformen Bemessungskonzepts unter Verzicht auf die aufwändige Methode der wirksamen Breite der DIN EN 1993-1-3 und unter Einbezug moderner FiniteStreifen-Software für die Eigenwertanalyse. Die Grundlage zur Berechnung der Querschnittstragfähigkeit bildet im Wesentlichen die an der Cornell University (USA) entwickelte, anwenderfreundliche ,,Direct Strength Method‘‘ (DSM), die Bestandteil der amerikanischen Normung AISI ist.
Zur Entwicklung und Verifizierung dieses kombinierten Bemessungsverfahrens nach DIN EN 1993-1-3 unter Einbezug der DSM, wurde das Tragverhalten verschiedener kaltgeformter Stahlprofile in umfangreichen experimentellen Versuchen untersucht. Um die Interaktion verschiedener Stabilitätsphänomene zu analysieren und zur Bestimmung der Tragfähigkeit, wurden Versuche unter Druck-, Biege- und kombinierte Druck- und Biegebeanspruchungen an verschiedenen C-, Z- und Omega-Profile durchgeführt.
Die Versuchsmatrix wurde durch umfangreiche numerische Parameterstudien, deren Modelle an den experimentellen Versuchen kalibriert wurden, ergänzt, um die Gültigkeit des entwickelten Bemessungskonzeptes bestätigten zu können. Die analytische Betrachtung der Ergebnisse zeigte, dass bei kurzen Profilen die Berücksichtigung einer Verschiebung der Druckkraftresultierenden bei der Bemessung nicht vernachlässigt werden kann, sodass ein Ansatz zur Berücksichtigung dieser Effekte entwickelt wurde. Es wurde gezeigt, dass eine Berechnung der Traglast mit dem neuen kombinierten Ansatz sichere Ergebnisse liefert. Zusätzlich kann eine Bemessung von perforierten Profilen, durch den Ansatz von äquivalenten Dicken bei der Verzweigungslastberechnung mittels Finite-Streifen-Programme nach [1] erfolgen. Insgesamt liefert das kombinierte Bemessungsverfahren eine einfache, zeitsparende, praxistaugliche, effiziente und damit sehr gute Alternative zu den bestehenden Verfahren nach DIN EN 1993-1-3.
Veröffentlichung:
2022
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. D. Ungermann, T. Lemański, M.Sc.
