P 694 - Ermittlung von Messverfahren und Kennwerten zur objektiven Bewertung der Qualität polierter Stahloberflächen

P 690 - Zur Stabilität von biegebeanspruchten I-Trägern mit und ohne Voute - Entwicklung von Bemessungshilfen für den vereinfachten Stabilitätsnachweis Rahmenartige Tragwerke aus Stahl werden überwiegend aus offenen, I-förmigen Walzprofilen hergestellt, wobei häufig in den hochbeanspruchten Rahmenecken durch Voutung der Profile eine Annäherung an den Beanspruchungsverlauf vorgenommen wird. Diese Konstruktionsweise bietet den wirtschaftlichen Vorteil, dass für den größten Trägerbereich ein statisch angepasstes Profil verwendet werden kann. In der aktuellen Normung sind für den Nachweis der räumlichen Stabilität, d.h. den Biegedrillknicknachweis, Nachweisformate angegeben, die auf der Ermittlung des idealen Biegedrillknickmomentes an einem herausgelösten Ersatzstab basieren. Die Bauteiltragfähigkeit wird dann mit Hilfe einer durch Versuche und numerische Simulationen festgelegten Tragfähigkeitskurve bestimmt. Für den Nachweis parallelgurtiger Stäbe sind hierfür in der Fachliteratur zahlreiche Hilfen angegeben, das Biegedrillknicken gevouteter Bauteile wird jedoch nicht befriedigend erfasst. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden die Größen, die das Stabilitätsverhalten gevouteter I-Träger beeinflussen, durch theoretische, experimentelle und numerische Untersuchungen bestimmt. Im Anschluss wurden Grundlagen zur Schaffung von Bemessungshilfen erarbeitet, mit deren Hilfe der Nachweis biegebeanspruchter Bauteile mit und ohne Vouten in Form einer Handrechnung auf Grundlage des Ersatzstabverfahrens geführt werden kann. Im Ergebnis werden zur Bestimmung des idealen Biegedrillknickmoments einfach zu handhabende Bemessungshilfen sowohl als graphisch aufbereitete Diagramme als auch als Formeln bereitgestellt. Weiterhin werden Regeln für das Herauslösen von Ersatzstäben aus dem Gesamtsystem angegeben. In einem weiteren Schritt wurden Bedingungen für die erforderliche Steifigkeit sowie die Anordnung von sekundären Traggliedern hergeleitet, bei deren Einhaltung ein Biegedrillknickversagen ausgeschlossen werden kann. Diese ermöglichen es dem Ingenieur in der täglichen Praxis, zum einen auf einen aufwändigen Biegedrillknicknachweis zu verzichten und zum anderen die Querschnittstragfähigkeit voll auszunutzen. Die im Rahmen des Forschungsvorhabens erarbeiteten Bemessungshilfen geben die Ergebnisse der genauen numerischen Simulationsberechnungen in aufbereiteter Form für die Anwendung auf das Ersatzstabverfahren an. Somit wird ein an die numerischexperimentellen Ergebnisse angelehnter Biegedrillknicknachweis ohne aufwendige FEM-Analyse ermöglicht. Autoren: D. Ungermann, I. Strohmann, G. Nüsse Veröffentlichung: 2010

P 662 - Experimentelle Untersuchung von werkzeuggeometrischen Maßnahmen zur Kompensation der Rückfederung Die Forderungen nach größerer Genauigkeit von Karosserieteilen werden begleitet von zunehmender geometrischer und werkstofflicher Kompliziertheit der Bauteile. Die Komplexität der Werkstücke und das Verhalten der hochfesten  Mehrphasenstähle (z. B. TRIP-Stähle) erschweren die numerische Voraussagbarkeit und die prozesssichere Beherrschung der Rückfederung. Durch gezielte geometrische Gestaltung der Werkzeugaktivteile und der Bauteilgeometrie beim Hauptumformprozess soll eine Reduzierung und Kompensation der Rückfederung erreicht werden. Schwerpunkt der Untersuchungen in diesem Forschungsvorhaben war der hochfeste Blechwerkstoff HCT690T, der von drei unterschiedlichen Herstellern zur Verfügung gestellt wurde. Das Verhalten wurde anhand von realitätsnahen Modellversuchen unter Berücksichtigung der Einflussgrößen untersucht, bewertet sowie an realen Demonstratorbauteilen validiert. Ausgehend von einer Analyse des Standes der Technik wurde eine Bewertung der werkstückund werkzeuggeometrischen Maßnahmen vorgenommen und daraus gezielt in den Modellversuchen relevante Geometrien untersucht. Für die Modellversuche wurden 2 Versuchswerkzeuge mit strukturträgerartigen Geometriemerkmalen eingesetzt. Dabei handelt es sich einmal um ein geradliniges U-Profil und um ein gekrümmtes Hutprofil. Als relevante Geometrien wurden Matrizenstufen, Matrizenradien, Bodenfelder/Bombierungen und Ziehstäbe untersucht. Weiterhin wurde der Einfluss der Niederhalterkraft, der Schmierung und der Platinengeometrie untersucht. Die Untersuchung dieser Vielzahl an Einflussgrößen erforderte den Einsatz von statistischen Versuchsplanungsmethoden. Im Anschluss an die experimentellen Versuche wurden die Bauteile mit optischen Messmethoden geometrisch vermessen und daraus im Vergleich mit der Sollgeometrie der Einfluss auf das Rückfederungsverhalten ermittelt. Nach einer Bewertung der rückfederungsreduzierenden Maßnahmen erfolgte die Übertragung der Ergebnisse auf das Demonstratorbauteil, das hier ein Verstärkungsteil einer Federbeinstütze darstellte. Innerhalb dieses Bauteiles wurden verschiedene geometrische Varianten untersucht und hinsichtlich ihrer Rückfederung beurteilt. Mit den der Werkstoffuntersuchungen an dem HCT690T konnte gezeigt werden, welcher Veränderung der E-Modul mit steigender Vordehnung der Zugprobe unterliegt. Dies kann für die Mehrphasenwerkstoffe als eine Hauptursache für die steigende Rückfederungsproblematik gewertet werden. Innerhalb der Modellversuche stellten sich Matrizenstufen, Ziehstäbe und Bodenfelder als ein wirksames Mittel der Rückfederungsreduzierung bei geradlinigen Bauteilen heraus. Bei gekrümmten Profilen zeigten sich die Matrizenradien als wirksamste Möglichkeit der Rückfederungsreduzierung. In den Versuchen am Demonstratorbauteil konnte die bedingte Übertragbarkeit der Ergebnisse von den Modellversuchen nachgewiesen und somit eine Rückfederungsverbesserung erzielt werden. Autoren: R. Neugebauer, T. Lieber Veröffentlichung: 2008

P 652 - Wirtschaftliche Schweißverbindungen höherfester Baustähle Die Entwicklungen im Stahlbau tendieren zu immer schlankeren und leichteren Konstruktionen aus Baustählen mit höherer Festigkeit. Von der Stahlindustrie wurden hierfür Stähle entwickelt, die neben den höheren Festigkeiten auch gute Schweißeigenschaften und hohe Zähigkeiten aufweisen. Das Materialeinsparungspotential durch höherfeste Baustähle der Festigkeitsklassen S460 und S690 kann bei geschweißten Bauteilen jedoch aufgrund der aktuellen Normen nur ungenügend genutzt werden. Ziel des Forschungsvorhabens, war daher im Sinne eines wirtschaftlichen und zugleich Ressourcen schonenden Einsatzes von höherfesten Baustählen die Entwicklung von zeitgemäßen Konstruktions-, Bemessungs- und Verarbeitungsprinzipen für Schweißverbindungen höherfester Baustähle. Hierzu wurden umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen zur Tragfähigkeit und Sprödbruchsicherheit von nicht durchgeschweißten Laschen-, Kreuz- und Stumpfstoßverbindungen aus höherfesten Baustählen der  Stahlsorten S460M/ML und S690Q/QL mit Blechdicken von 15, 20 und 50 mm durchgeführt. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Untersuchung des Einflusses der Kombination von unterschiedlichen Festigkeitsverhältnissen zwischen Grundwerkstoff und Schweißzusatzwerkstoff (so genannte Misch- und Mismatch- Verbindungen) von MAG geschweißten Verbindungen. Insgesamt wurden dabei 326 Versuche zur Tragfähigkeit bei Raumtemperatur und 41 Versuche zur Ermittlung einer eventuellen Sprödbruchgefahr bei tiefen Temperaturen (-40°C) durchgeführt. Numerische Schweißsimulationen und Eigenspannungsmessungen dienten der Ermittlung der beim Schweißen lokal entstehenden Festigkeitsunterschiede und Eigenspannungszustände. Diese Ergebnisse unterstützen die Bewertung des Trag- und Bruchverhaltens der Schweißverbindungen. Auf Grundlage der durchgeführten Untersuchungen konnten Empfehlungen für die Bemessung von Schweißverbindungen aus höherfesten Baustählen im Hinblick auf die Tragfähigkeit und Sprödbruchsicherheit abgeleitet werden, die z.B. für die Stahlsorte S460M zu einer Tragfähigkeitssteigerung von 20% führen, während für die Stahlsorte S690Q die bestehenden normativen Tragfähigkeiten im Wesentlichen bestätigt werden konnten. Ergänzt werden diese Empfehlungen durch Hinweise für Anforderungen an eine sachgerechte Fertigung, z. B. im Hinblick auf die Auswahl geeigneter Schweißzusatzwerkstoffe und Schweißprozessparameter. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens tragen somit wesentlich zu einem optimierten Einsatz von höherfesten Baustählen in geschweißten Konstruktionen des Stahl- und Anlagenbaus bei, in dem neben Einsparungen im Materialverbrauch auch Vorteile durch eine schnellere Fertigung infolge reduzierten Schweißvolumens und geringer Montagegewichte erzielt werden können. Eine Umsetzung der Forschungsergebnisse findet im Rahmen der Überarbeitung der Bemessungsnormen für Stahlbauten statt. Autoren: U. Kuhlmann, H. P. Günter, C. Rasche, F. Werner, J. Hildebrand, I. Wudtke, M. Vormwald, T. Beier, C. Versch, G. Köhler, H. Heinemann Veröffentlichung: 2008

P 620 - Effizienter Stahlbau aus höherfesten Stählen unter Ermüdungsbeanspruchung Die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen beschränkt sich in den derzeitigen Normen im Brückenbau lediglich auf den Kerbfall sowie die  Spannungsschwingbreite und ist unabhängig von der Streckgrenze. Die Anwendung von höherfesten Stählen in Schweißkonstruktionen bringt somit bei hohen  Ermüdungsbeanspruchungen vielfach keine Vorteile. Insbesondere durch die Anwendung der Verfahren der Schweißnahtnachbehandlung besteht die Möglichkeit die  Ermüdungsfestigkeit von Schweißkonstruktionen, speziell aus höherfesten Stählen, wirkungsvoll zu verbessern. Im Bauwesen ist der Einsatz der Verfahren der  Schweißnahtnachbehandlung allerdings noch sehr begrenzt, da die gegenwärtig gültigen Normen sowie die zukünftigen europäischen Normen bisher keine Möglichkeit bieten, die Vorteile dieser Verfahren bei der Tragwerksbemessung auszunutzen. Der Schwerpunkt dieses Forschungsvorhabens liegt bei der Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen aus höherfesten Stählen durch die Anwendung von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren. Im Rahmen einer Parameterstudie im Straßenverbundbrückenbau konnte aufgezeigt werden, dass eine effektive Anwendung von höherfesten Stählen durch den lokal begrenzten Einsatz von Nachbehandlungsverfahren an kritischen Konstruktionsdetails erreicht werden kann. Im Rahme dieses Forschungsvorhabens kamen die Nachbehandlungsverfahren WIG Aufschmelzen sowie das bisher noch wenig bekannte Nachbehandlungsverfahren „Ultrasonic Impact Treatment" (UIT) zur Anwendung. Durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen an Klein- und Großprüfkörpern konnte am Konstruktionsdetail der aufgeschweißten Quersteife die Wirksamkeit beider Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit nachgewiesen werden. Dabei stellte sich bei der höherfesten Stahlsorte S690 das UIT-Verfahren als effektiver heraus. Die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit war dabei teilweise so hoch, dass sich die Bruchausgangsstellen ins Grundmaterial verlagerten. In experimentellen Untersuchungen an Trägern konnte im Weiteren die Effektivität der UIT-Behandlung auch in Bauteilen und bei hohen Mittelspannungen nachgewiesen werden. Auf Grundlage einer systematischen Auswertung bereits vorhandener Versuchsreihen konnten die bestehenden Regelungen zur Beurteilung der Ermüdungssicherheit für das im Schweißzustand belassene Konstruktionsdetail der Quersteife sowie die bestehenden Empfehlungen für die Anwendung des Nachbehandlungsverfahrens WIGAufschmelzen bestätigt werden. Darüber hinaus konnte auf Basis der eigenen experimentellen und numerischen Untersuchungen ein Bemessungsvorschlag nach dem Nennspannungskonzept für die Anwendung des UIT-Verfahrens am Konstruktionsdetail der Quersteife abgeleitet werden. Durch die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens besteht die Möglichkeit höherfeste Baustähle in ermüdungsbeanspruchten Schweißkonstruktionen mittels einer lokal begrenzten Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit an kritischen Konstruktionsdetails effektiv und wirtschaftlich einzusetzen. Dadurch ergibt sich eine deutliche Verbesserung der Marktchancen des Stahlbaus gegenüber anderen Bauweisen. FORSCHUNGSVEREINIGUNG STAHLANWENDUNG e.V. Veröffentlichung: 2006 Autoren: Prof. Dr.-Ing. U. Kuhlmann, Dr.-Ing. A. Dürr, Prof. Dr.-Ing. J. Bergmann