Beschreibung
P 778 – Bemessung von ermüdungsbeanspruchten Bauteilen aus hoch- und ultrahochfesten Feinkornbaustählen im Kran- und Anlagenbau
Da die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit im Kran- und Mobilkranbau durch die Anwendung hochfester Stähle erheblich gesteigert werden kann, hat sich das Praktikergespräch Kranbau in den vergangenen Jahren mit der systematischen Untersuchung der Ermüdungsfestigkeit von typischen Kerbdetails aus hochfesten Stählen befasst. Innerhalb des hier vorgestellten Forschungsvorhabens wurden die bisherigen Untersuchungen ausgeweitet und ergänzt, sowie der theoretische Hintergrund anhand verschiedener Richtlinien zur Ermüdungsbemessung aufgearbeitet.
Teil I des vorliegenden Berichtes befasst sich mit den Grundlagen der Nachweisführung bei ermüdungsbeanspruchten Stahlbauteilen, insbesondere von kranbauspezifischen Kerbdetails. Hierzu existieren umfangreiche Normen (z.B. Eurocode 3, DIN 15018-1, DIN EN 13001-3-1) und Regelwerke (IIW-Dokument und FKMRichtlinie), die auf einheitlichen mechanischen Grundlagen beruhen. Bei der praktischen Umsetzung sind jedoch teilweise grundlegende Unterschiede zwischen den verschiedenen Dokumenten hinsichtlich Methodik, Zeitaufwand und der erzielten Ergebnisse bei einem durchgeführten Ermüdungsnachweis festzustellen. Des Weiteren werden diegrundlegenden Charakteristika sowie die Vorgehensweise beim Ermüdungsnachweis erläutert und miteinander verglichen sowie die maßgeblichen Unterschiede hinsichtlich der Nachweisführung und der grundlegenden Annahmen herausgearbeitet.
In Teil II werden die Ergebnisse umfangreicher Versuche zum Ermüdungsverhalten von verschiedenen im Kranbau üblicherweise eingesetzten Kerbdetails vorgestellt. Das Detail „aufgeschweißte Teller“ sowie die „aufgeschweißte Schienenklemme unter Druckbeanspruchung“ werden erstmalig untersucht. Für die bekannten und katalogisierten Details „aufgeschweißte Längssteife“ und „Stumpfnaht“ wird der Kurzzeitfestigkeitsbereich zwischen 10.000 und 40.000 Lastspielen untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Werkstoffen S690QL, S960QL und S1100QL. Zusätzlich wird der thermomechanisch gewalzte Stahl DOMEX960 und der ultrahochfeste Stahl S1300QL in die Untersuchungen mit ein-bezogen. Zudem werden in Teil II des vorliegenden Berichtes die Grundlagen aus Teil I anhand numerischer Berechnungen ausgewählter Details verifiziert. Damit erfolgt eine genauere und realistischere Bewertung von im Kranbau typischen Kerbdetails aus hoch- und ultrahochfesten Stählen, was zu einem wirtschaftlicheren Einsatz dieser Stähle bei gleichzeitiger Erhöhung der Leistungsfähigkeiten der Krane bei gleichem Gewicht führt.
Teil III des Berichts zeigt, wie durch Messungen während des Betriebs auf der Baustelle an mehreren Turmdrehkranen realistische Beanspruchungskollektive ermittelt werden. Beim Betriebsfestigkeitsnachweis wie auch beim statischen Festigkeitsnachweis von Turmdrehkranen ist es wichtig, die Höhe der Belastungen so festzulegen, dass sie sichere Ergebnisse liefern und trotzdem der Realität entsprechen. Sie sollten dabei also nur geringfügig größer sein als die tatsächlich auftretenden Belastungen, um keine unwirtschaftlichen Produkte zu entwickeln, die im internationalen Wettbewerb nicht bestehen können. Daher sind bei der Bemessung genaue Kenntnisse der Einsatzbedingungen und des Betriebsverhaltens der Krane von großer Bedeutung. Die aufgezeichneten Nutzlast- und Lastmomentenkollektive geben dabei einen Einblick in die Beanspruchungssituation auf heutigen Baustellen. Die Auswertung der Messreihen ermöglicht einen ersten Vergleich mit der normativen Einstufung dieser Krane nach nationalen und internationalen Regelwerken, die in Teil I vorgestellt wurden. Dieses Vorhaben rundet damit die bisherigen Forschungsarbeiten ab und stellt damit eine sinnvolle und notwendige Ergänzung der zurückliegenden Forschungsprojekte dar.
Das Forschungsvorhaben wurde an der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Karlsruher Institute für Technologie, dem Lehrstuhl für Stahl- und Leichtmetallbau, RWTH Aachen, und dem Labor für Stahl- und Leichtmetallbau, Hochschule München, mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt.
Autoren:
T. Ummenhofer, S. Herfon, J. Hrabowski, M, Feldmann, B. Eichler, Ö. Bucak, J. Lorenz, B. Boos, C. Elwan, J. Stötzel
Veröffentlichung:
2013
