G Beulen + Querschnittsklasse 4

Bevor man die Querschnittsklasse 4 wählt, sollte man mit dem AG reden!

Die Grafik zeigt eine typische Spannungsverteilung nach einer nichtlinearen Bemessung. Dabei werden die nichtmitwirkenden Breiten (örtliches Beulen) für die Normalspannungen entsprechend vernachlässigt.

Querschnittsklasse 4

normative Vorlagen

Bei der Querschnittsklasse 4 muss man unbedingt die Feinheiten der jeweils anzuwenden Norm beachten. Die DIN EN 1993-1-1 Abschn. 5.5.2 (9) erlaubt bei der Einstufung des Querschnitts neben den Abmessungen (c/t) auch das konkret anstehende Spannungsniveau zu berücksichtigen.

Die DIN EN 1993-1-5 regelt im Abschn. 4 den "wirksamen Querschnitt" und im Abschn. 10 die Methode der reduzierten Spannungen.

Für die Stahlbrücken erfolgt die Regelung in der DIN EN 1993-2 Abschn. 6.2.2.5. NDP zu 6.2.2.5 nennt Einschränkungen sowie die Forderung nach einem Gebrauchstauglichkeitsnachweis. Im Teil 2 der Norm wird aber die o.g. Möglichkeit (DIN EN 1993-1-1 Abschn. 5.5.2 (9)) nicht exlizit mit aufgelistet. Auch im NA der DIN EN 1993-2 finden sich keine weiteren Angaben.

Bei den Bahnbrücken ist in der EiTB geregelt, dass das "Verfahren mit Spannungsbeschränkung" anzuwenden ist. Das Verfahren mit "wirksamen Querschnitten" bedarf der Zustimmung im Einzelfall. Achtung: die EiTB regelt nicht die Brückennachrechnungen.

Grundsätzlich sollte man versuchen, ausschließlich bis zur QKL 3 zu gehen, und die Spannungen im elastischen Bereich zu halten. Dann erübrigt sich das Thema Beulen. Bei entsprechend geringer Spannungsauslastung kann ein Querschnitt der QKL 4 in die QKL 3 eingestuft werden [EC 3 Kap. II Abschn. 5.5.2 (9)]

FEM

Der EC regelt auch die Berechnung von Beulfeldern mittels der FEM - Methode. Dieser Weg ist doch sehr anschaulich und kommt um die vielen kleinen Tabellenwerte der beiden anderen Methoden herum. 👏

Steg mit zwei Trapezsteifen

Zum System:

• räumliches Modell
• ein fester Knoten mit Einspannung
• auf der gegenüberliegenden Seite ein Knoten für die Eingabe der Schnittgrößen
• die beiden Ränder nur in Y-Richtung gehalten
• die Geometrie über Parameter definiert
• SIR für die Spannungsbilder

• Vorverformungen aus den Eigenwerten
• 80% der Fertigungstaleranzen
• kleine Erhöhung der Sicherheiten

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SOFiSTiK

s. Beispieldateien AQB

Die Anforderung der nichtlinearen Nachweisführung erfolgt in AQB durch DEHN:

dehn kmod bruc kmin 0.7

Mit "echo c2t extr" bekommt man für jedes Blech eine detailierte Ausgabe der Spannungen, des Spannungsverhältnisses, des Beulfaktors k_σ und den eigentlichen Nachweis für das Verfahren der "reduzierten Spannungen".

Literatur

• Geißler, K.; Handbuch Brückenbau, ab Seite 773, vertieft ab Seite 812
• SOFiSTiK; Handbuch AQB Abschn. 2.3.1
• bauforumstahl e.V.; Beispiele zur Bemessung von Stahltragwerken nach DIN EN 1993, S. 142
• Vayas; Verbundkonstruktionen auf der Grundlage des Eurocode 4, S. 65
• Vayas, Ermopoulos, Ioannidis; Bemessungsbeispiele im Stahlbau nach Eurocode 3, S. 174
• 12. SOFiSTiK Fachgespräch 2011 Stahlbau
• Stahlbau, August 2014, S. 564 ff.