Versuchsbasierte Ermüdungsfestigkeit von Konstruktionsdetails mit Radlasteinleitung

Abstract

Bei Brückenlaufkranen werden die Radlasten in die unterstützenden Kranbahnträger über deren Obergurte eingeleitet. Die Konstruktionsdetails im Obergurtbereich, d. h. die Anschlüsse und Verbindungen, erfahren dabei einen mehrachsigen Spannungszustand infolge der Radlasteinleitung und der gleichzeitigen Biegung des Kranbahnträgers. Zu diesen Konstruktionsdetails zählt bei geschweißten Kranbahnträgern die Flansch‐Steg‐Verbindung, die Gegenstand dieses Beitrags ist. Die wiederholte Überrollung von Kranbahnträgern durch Radlasten führt aufgrund der konzentrierten Lasteinleitung und der geometrischen Kerbwirkung der Konstruktionsdetails zu einer mehrachsigen Ermüdungsbeanspruchung. Da diese mehrachsige Ermüdungsbeanspruchung durch eine Phasenverschiebung der Spannungskomponenten gekennzeichnet ist, wird sie als nichtproportional bezeichnet. Die für den Ermüdungsnachweis erforderlichen Ermüdungsfestigkeiten im Eurocode 3 – aber auch in den ehemaligen nationalen Normen – beruhen bislang auf Analogiebetrachtungen zum Doppel‐T‐Stoß, dem Kreuzstoß, unter Zugbeanspruchung und stützen sich nicht auf Versuchsergebnisse am eigentlichen Konstruktionsdetail ab. Im IGF‐Forschungsvorhaben FOSTA P895 wurde die Ermüdungsfestigkeit von Kranbahnträgern mit nicht durchgeschweißter Flansch‐Steg‐Verbindung durch eine Kombination aus Ermüdungsversuchen mit überrollender und ortsfest schwellender Radlast ermittelt. Ziel der Untersuchungen war es, die nichtproportional mehrachsige Ermüdungsbeanspruchung der Flansch‐Steg‐Verbindung zuverlässiger bewerten zu können.Test‐based fatigue strength of constructional details with wheel load application – Investigations on partial penetration flange‐to‐web connections. In case of bridge cranes, the wheel loads are applied to the supporting crane runway girders through their top chords. The constructional details of the top‐chord region, i. e. the joints and connections, are subjected to a multiaxial stress state due to the wheel load introduction and the global bending of the crane runway girder. For welded crane runway girders, the flange‐to‐web connection is one of these constructional details and subject of this article. The frequent travelling of wheel loads over a crane runway girder leads to a multiaxial fatigue stress due to the concentrated load introduction and the notch effect of the constructional details. As the multiaxial fatigue stressing exhibits a phase shift between the stress components, it is referred to as nonproportional. The fatigue strengths of Eurocode 3 being necessary for the fatigue evaluation were derived in analogy with the tension‐loaded cruciform joint and are not test‐based for the considered constructional detail. In the IGF research project FOSTA P895, the fatigue strength of partially penetrated flange‐to‐web connections were determined through a combination of fatigue tests on crane runway girders with travelling and stationarily pulsating wheel load. The project aimed at a more reliable evaluation of the nonproportional multiaxial fatigue stress of the flange‐to‐web connection.

Aufgeschweißte Flach‐ und Vierkantschienen von Kranbahnträgern

“…Als eine Folge der Richtungsabhängigkeit (Anisotropie) der Ermüdungsfestigkeit werden nach DIN EN 1993-1-9 [9, Abs. 5 (6)…”

“…Die Versuchsergebnisse zu den Schienenschweißnähten aus [7] wurden mit den Ergebnissen gleichartiger Ermüdungsversuche an geschweißten Flansch-Steg-Verbindungen (Doppelkehlnaht) von Kranbahnträgern aus einem FOSTA-Projekt [21] in [12] gemeinsam ausgewertet und diskutiert. Für beide Konstruktionsdetails trat die Rissbildung (Schwingspielzahl N 1 ) sowohl unter überrollender als auch unter ortsfest schwellender Radlast an der Schweißnahtwurzel im Inneren der Verbindung und damit von außen mit praxisüblichen zerstörungsfreien Prüfmethoden nicht ohne Weiteres detektierbar auf.…”

“…Die ertragbaren Schwingspielzahlen bis zum ersten Nahtdurchriss bei ortsfest schwellender Radlast lagen für beide Konstruktionsdetails näherungsweise eine Dekade über denen bei überrollender Radlast auf vergleichbarem Radlastniveau (Bild 10). Siehe entsprechende Darstellung für Flansch-Steg-Verbindung in[6] und[21]. Der statistische Einfluss der in den Überrollversuchen und den Versuchen mit ortsfest schwellender Radlast unterschiedlich großen Prüfbereiche wurde in[12, Abs.…”

Radlastinduzierte Ermüdung bei Kranbahnträgern schwerer Hüttenkrane

“…Vergli chen mit der Dauerfestigkeit Ds D = 52,3 N/mm 2 (bei einer Ermüdungsfestigkeit Ds C = 71 N/mm 2 ) des Eurocodes 3 (EC 3) [4] für KNahtanschlüsse ist dies ein außerordent lich großer Unterschied mit weitreichenden wirtschaftli chen Folgen (Tabelle 1). Die Neuregelung ist umso erstaun licher, als für das Detail "Radlasteinleitung" keine Ver suchs ergebnisse herangezogen wurden [5], [6]. Obwohl ältere Untersuchungen existieren, die deutliche Hinweise auf eine bessere Klassifizierung geben [7], [8], [9], wurden stattdessen extrem konservative Erwägungen angestellt, die zu dieser problematischen Regelung führen.…”

“…Obwohl ältere Untersuchungen existieren, die deutliche Hinweise auf eine bessere Klassifizierung geben [7], [8], [9], wurden stattdessen extrem konservative Erwägungen angestellt, die zu dieser problematischen Regelung führen. Jüngere Versuchsergebnisse an Trägern mit Kehlnahtanschluss [5], [6]…”