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Der vorliegende Artikel berichtet über die neusten Entwicklungen im Bereich der thermomechanisch gewalzten Grobbleche. Stähle mit einer Mindeststreckgrenze bis 500 MPa können heute in Dicken bis 100 mm über thermomechanische Walzung hergestellt werden. Diese Stähle zeichnen sich besonders durch sehr gute Verarbeitungseigenschaften, insbesondere Schweißeignung, aus. Erste Erfahrungen mit solchen Stählen aus dem Bereich der Offshore-Konstruktionen und des Stahlwasserbaus liegen vor. Über diese wird im Rahmen dieses Artikels berichtet.

Hochfeste Baustähle mit bis zu1100 MPa Mindeststreckgrenze ermöglichen durch Leichtbauweise eine Verringerung der Investitions- und Betriebskosten von Mobilkranen. Bei der Bemessung von Kranen mit diesen Stählen besteht für die zyklische Belastung jedoch eine gewisse Unsicherheit hinsichtlich ertragbarer Spannungen und der Lebensdauer bei wichtigen Kranbauteilen.
In dieser Arbeit wurde das Betriebsfestigkeitsverhaltens von Kranbauteilen unter realistischen Belastungs-Zeit-Zyklen aus dem Kranbetrieb untersucht. Die Ergebnisse liefern wichtige Informationen für die Abschätzung der Lebensdauer bei betrieblich auftretenden Spannungen. Die Lebensdauer hängt dabei wesentlich vom Spannungsniveau ab. Der Einfluß der hier angewandten Belastungs-Zeit-Zyklen erscheint hingegen gering.
Mittels bruchmechanisch fundierter Rechenmodelle wird in der vorliegenden Arbeit ein Werkzeug bereitgestellt, mit dem das Betriebsfestigkeitsverhalten von Kranbauteilen unter verschiedenen Aspekten und Einflußgrößenkombinationen in Übereinstimmung zu gemessenen Werten abgeschätzt werden kann.
Für die Praxis des Mobilkranbaus können wichtige Handlungsempfehlungen und Hinweise für den verstärkten Einsatz und die Ausnutzung hochfester Baustähle gegeben werden. Inspektionsintervalle und -inhalte können neu festgelegt werden. Der Einsatz von Stählen mit mehr als 1100 MPa im Mobilkranbau wird kritisch bewertet.

In den letzten Jahren sind moderne, hochfeste Baustähle entwickelt worden, die sich neben der hohen Festigkeit auch durch eine hohe Härte und eine gute Schweißbarkeit auszeichnen. Diese Stähle sind bis zu der Stahlgüte S 700 im Eurocode 3, Teil 1-12 berücksichtigt. Stähle höherer Festigkeit, wie die in diesem Artikel vornehmlich behandelten Stähle mit einer Streckgrenze von 1100 N/mm2, sind in der derzeitigen Ausgabe des Eurocode 3 nicht eingeschlossen, da hier der Kenntnisstand insbesondere hinsichtlich des Stabilitäts- und Ermüdungsverhaltens nicht ausreichend ist und nur wenige Versuchsergebnisse vorliegen. Im Rahmen eines Europäischen Forschungsvorhabens wurden experimentelle und numerische Untersuchungen zum Beulverhalten von kaltgeformten und geschweißten Hohlprofilen aus hochfestem Stahl unter Druck- bzw. Biegebeanspruchung durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind benutzt worden, um die Anwendbarkeit vorhandener Bemessungsvorschriften zu prüfen. Die Resultate weisen darauf hin, daß die Bemessungsregeln des Eurocode 3, Teil 1-12 auch für Stahlgüten höher als S 700 anwendbar sind.

Bei der Bemessung von Krankonstruktionen sind in der Regel die Ermüdungsnachweise maßgebend. Einige Anschlüsse der im Kranbau üblichen Konstruktionsdetails können jedoch für die Anwendung des Nennspannungskonzeptes nicht in die in den Normen vorhandenen Kerbfallkataloge eingeordnet werden. Dies ist insbesondere bei geschweißten Bauteilen der Fall. Daher wurde in engem Kontakt mit der Industrie eine Auswahl derjenigen kranspezifischen Konstruktionsdetails identifiziert, für die der dringlichste Bedarf nach genormten Ermüdungsfestigkeitswerten gesehen wurde. Im Rahmen des FOSTA-Projektes P 512 wurden für diese Details Dauerfestigkeitsversuche durchgeführt, so daß konkrete Vorschläge für die Einordnung in die Kerbklassen nach Eurocode 3 gemacht werden konnten.
Darüber hinaus wurden Versuche an bekannten Kerbdetails aus hochfesten Stählen durchgeführt. Eine generelle Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit gegenüber normalfesten Baustählen konnte nicht festgestellt werden. Details mit geringerer Kerbschärfe verhalten sich jedoch aufgrund der höheren Sorgfalt beim Schweißen hochfester Stähle gutmütiger und können höher eingeordnet werden.
Das Projekt P 512 wurde durch die Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, gefördert und im Auftrag der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. durchgeführt.

Um den Kerbfallkatalog der neuen europäischen Normung um kranspezifische Kerbdetails und höhere Streckgrenzen zu erweitern, wurden bereits im Forschungsprojekt P 512 der FOSTA verschiedene geometrische Ausführungen der aufgeschweißten Längsrippe sowie fünf unterschiedliche Varianten stumpfgestoßener Bleche aus hochfestem Stahl untersucht. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse wurde als Grundlage für weitere Untersuchungen auf europäischer Ebene im Rahmen des ECSC-Forschungsprojekts LIFTHIGH - “Efficient Lifting Equipment With Extra High Strength Steel” verwendet. Dabei wurden am Beispiel der aufgeschweißten Längsrippe aus hochfesten Feinkornbaustählen nachbehandelte Schweißnähte mit WIG-Decklage bzw. mit beschliffener Schweißnaht untersucht. Für eine weiterführende Beurteilung der stumpfgestoßenen Bleche wurden die bereites in P 512 betrachteten Ausführungsvarianten der Stumpfstöße aus S 960 QL hier auch aus S690QL und S 1100 QL hergestellt und untersucht. Des Weiteren wurde als neues Detail ein Blech mit aufgeschweißter Querrippe in das Versuchsprogramm aufgenommen.

Krane, die in Stahlwerken als Gieß- oder Chargierkrane eingesetzt werden, verfügen über Stahltragwerke mit der größten Ermüdungsbelastung. Projektiert sind diese Krane nicht selten für mehr als zwei Millionen Lastwechsel und gehören zu den wichtigsten Werkzeugen in einem Stahlwerk. Unter den Dächern der Werkhallen verschwindend, werden sie oft kaum wahrgenommen und leisten doch mit hoher Zuverlässigkeit ihren Dienst. In diesem Beitrag sollen die Lastenträger der Stahlwerke aus der Sicht eines Stahlbauers näher betrachtet werden.

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Nach dem heutigen Stand der Technik ist die Ermüdungsfestigkeit von geschweißten Stählen weitestgehend unabhängig von der Streckgrenze. Dies ist als einer der Hauptgründe für den noch immer verzögerten Einsatz von höherfesten Stählen in ermüdungsbeanspruchten Konstruktionen anzusehen. Durch den Einsatz von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren besteht dagegen die Möglichkeit, die Ermüdungsfestigkeit insbesondere von höherfesten Baustählen zu erhöhen. Im Stahlbau gibt es jedoch bis heute keine normativen Regelungen, um die positiven Effekte einer Schweißnahtnachbehandlung zu berücksichtigen.
Der vorliegende Beitrag behandelt die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit an Schweißkonstruktionen aus höherfesten Baustählen durch Anwendung des Nachbehandlungsverfahrens UIT (Ultrasonic Impact Treatment). Auf Grundlage umfangreicher experimenteller und numerischer Untersuchungen am Konstruktionsdetail der aufgeschweißten Quersteife erfolgt die Ableitung eines Vorschlags zur Kerbfallklassifizierung nach dem Nennspannungskonzept sowie die Angabe von Gültigkeitsgrenzen.

Für den Entwurf und die Berechnung von Krankonstruktionen gilt die CEN/TS 13001-3-1: 2005, die in CEN/TC 147 bearbeitet wurde.
Diese technische Spezifikation bezieht sich auf EN 1990: Eurocode “Grundlagen der Tragwerksplanung” und EN 1993-1-1: Eurocode 3: “Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten”, Teil 1-1: “Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau”, weicht aber in einigen Punkten wesentlich von den Eurocodes ab, beispielsweise bei den Regelungen für die Stahlgütewahl und den Festlegungen für die Ermüdungsfestigkeit bestimmter konstruktiver Details. Bislang enthält die CEN/TS 13001-3-1 noch keine Regelungen für Plattenbeulnachweise.
Der Beitrag zeigt einige Beispiele für Divergenzen auf, die aufgrund unterschiedlicher Herangehensweise an den Versuchshintergrund entstanden sein könnten. Hierzu liefert EN 1990 eine standardisierte Vorgehensweise für die Festlegung der charakteristischen Werte der Beanspruchbarkeiten und die Empfehlungen für Teil sicherheitsbeiwerte.
Für das Plattenbeulen werden die Nachweismethoden in EN 1993-1-5 und der zugehörige Zuverlässigkeitshintergrund erklärt.

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