HFH‐Nachbehandlung höchstfester Baustähle – Erweiterung der DASt‐Richtlinie 026 – Kerbfalleinstufung unter Berücksichtigung geometrischer Fertigungsimperfektionen

Abstract

Bei hochbeanspruchten Stahlkonstruktionen wie Windenergieanlagen oder Brücken ist der Einsatz höchstfester Baustähle interessant, allerdings wird bei diesen Bauwerken meist der Ermüdungsnachweis maßgebend. Die in den zu verwendenden Regelwerken angegebenen Kerbfälle sind unabhängig von der Werkstofffestigkeit, sodass der Einsatz hoch‐ oder höchstfester Stähle bei einer Dominanz des Betriebsfestigkeitsnachweises keine Vorteile bei diesen Konstruktionen bietet. Durch den Einsatz einer Schweißnahtnachbehandlung mit höherfrequenten Hämmerverfahren (HFH) kann die Ermüdungsfestigkeit geschweißter Verbindungen jedoch entscheidend erhöht werden. Dabei zeigen alle bisherigen Untersuchungen eine zunehmende Effektivität der HFH‐Verfahren mit steigender Werkstofffestigkeit. Die neue DASt‐Richtlinie 026 regelt die Ermüdungsbemessung von Kerbdetails aus den Stahlsorten S235–S700 für die Anwendung von HFH‐Verfahren. Die Erweiterung auf höchstfeste Stähle bis S960 steht noch aus. Ebenso ist der Umgang mit geometrischen Imperfektionen außerhalb der Grenzwerte der Schweißnahtbewertungsgruppe B gemäß ISO 5817 bislang nicht geregelt. Im laufenden AiF‐FOSTA‐Forschungsprojekt 21410 BG (P 1505) sollen die Grundlagen für eine Erweiterung der DASt‐Richtlinie 026 auf höchstfeste Stähle bis S960 gelegt und der Einfluss von erhöhten Fertigungsimperfektionen auf die Ermüdungsfestigkeit HFH‐behandelter Schweißnähte gezielt untersucht werden. Im Folgenden wird das Vorhaben vorgestellt und erste Projektergebnisse gezeigt.

Schweißnähte höchstfester Stähle und deren Nachbehandlung zur Ermüdungsfestigkeitssteigerung

“…Die Herstellung der Prüfkörper ist in Ummenhofer et al [7] Bei den Serien as-welded mit R = 0,1, R = 0,5 sowie bei der Serie HFH-behandelt mit R = 0,5 ist das Versagen überwiegend am Nahtübergang aufgetreten. Bei der Serie HFH-behandelt mit R = 0,1 war überwiegend ein Versagen im Grundmaterialblech festzustellen (typische Bruchflächen -Bild 10).…”

“…Die Herstellung der Prüfkörper ist in Ummenhofer et al [7] weiter erläutert. Die Träger wurden aus der Stahlsorte S960MC hergestellt.…”

“…In einem zweiten AiF-FOSTA-Forschungsvorhaben 21410 BG (P 1505) "Kerbfalleinstufung von HFH-nachbehandelten höchstfesten Baustählen unter Berücksichtigung geometrischer Fertigungsimperfektionen im Stahlbau" [4] soll die Grundlage zur Erweiterung der DASt-Richtlinie 026 [5] und des neuen Anhangs F in prEN 1993-1-9 [6] [11,12], die in FprEN 1993-1-8 [8] eingegangen ist. Für Matching-Kehlnahtverbindungen ist das Nachweisverfahren unverändert geblieben.…”

“…Um das volle Potenzial vonhöchstfesten Baustählen bis S960 für eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit bei gleichzeitig reduzierten Blechdicken nutzen zu können, ist eine Erweiterung der bestehenden DASt-Richtlinie[5] und des neuen Anhangs F in prEN 1993-1-9[6] erforderlich. In[7] werden die Motivation und der Hintergrund der HFH-Behandlung an höchstfesten Stählen ausführlicher erläutert. Weitere Erläuterungen zur DASt-Richtlinie 026[5] sind in[18] zu finden; für HFH-behandelte Konstruktionsdetails bis zu einer Streckgrenze von f y = 950 N/mm 2 werden bereits Kerbfallempfehlungen in den IIW Recommendations[19] gegeben.…”

“…Für die Erweiterung der DASt-Richtlinie 026[5] und prEN 1993-1-9[6] erfolgte eine statistische Auswertung HFH-behandelter Quersteifen der Stahlsorten S700 < S � S960. Für das Spannungsverhältnis von R = 0,1 wurden zusätzlich zu den Ergebnissen aus dem FOSTA-Vorhaben P1505[4] die Untersuchungen von Leitner et al[24] und Luke et al[22] berücksichtigt. Durchläufer wurden nicht ausgewertet und das Versagen im Grundmaterial bzw.…”