P 880 - Mehrdimensional energieoptimierte Gebäudehüllen in Stahlleichtbauweise für den Industrie- und Gewerbebau

P 868 - Erweiterung eines analytisch numerischen Hybridmodells für die Verzugssimulation von Großstrukturen Schweißverzug stellt nach wie vor eines der Hauptprobleme in der Schweißtechnik dar. Er mindert die Qualität der Schweißkonstruktion, erschwert die reibungslose Durchführung des Fertigungsprozesses und führt zu hohen Nachbehandlungskosten. Zur Findung optimaler Schweißparameter, Einspannbedingungen oder Vorverformungen für die Verzugsminimierung von einfachen Schweißkonstruktionen ist die Durchführung zeit und kostenintensiver Experimente momentan noch weit verbreitet. Zunehmend setzt sich zu diesem Zweck auch die thermomechanische FE-Simulation durch. Jedoch stößt sie im Bereich industrierelevanter, großer Strukturen mit mehreren Schweißnähten an ihre Grenzen. Hier vorgestellt wird das analytisch numerische Hybridmodell zur Schweißverzugsberechnung, welches am Lehrstuhl Füge- und Schweißtechnik der BTU Cottbus entwickelt wurde. Unter Berücksichtigung der signifikanten Einflussfaktoren auf die beim Schweißen entstehenden plastischen Verformungen werden, zu der thermomechanischen Belastung jeder Schweißnaht mittels des analytischen Schrumpfkraftmodells äquivalent mechanische Lasten ermittelt. Diese werden einem Finite-Elemente-Modell der Konstruktion übergeben und die Verformung der gesamten Struktur mittels einer elastischen Analyse berechnet. Die Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung der einzelnen Schweißnähte sowie unterschiedlicher Fertigungsschritte erfolgt durch eine Rückkopplung. In dem Bericht wird die methodische Vorgehensweise ausführlich erläutert. Neben den Grundlagen des Hybridmodells werden auch weitere wichtige Aspekte, wie die Erfassung unterschiedlicher Stoßarten, industrierelevanter Schweißverfahren und Werkstoffe, sowie des instabilen Verhaltens dünnwandiger Strukturen beim Schweißen und im Raum gekrümmter Trajektorien diskutiert. Nach der Verifizierung des analytisch numerischen Hybridmodells an elementaren I-Stoßverbindungen folgen Anwendungsbeispiele, an denen die Vorgehensweise demonstriert wird. Die Komplexität der betrachten Schweißkonstruktionen erhöht sich hierbei sukzessive und beginnt mit einfachen I- und T-Stoßverbindungen. Anschließend wird das Modell auf eine Schweißkonstruktion mit acht Nähten angewandt und die Erfassung unterschiedlicher Schweißszenarien analysiert. Es folgt die Berechnung eines Schiffspanels welches mit 88 Schweißnähten in drei Fertigungsschritten gefügt wird. Die berechneten Schweißverzüge jedes Fertigungsschritts werden mit experimentell ermittelten Verzügen verglichen. Autoren: V. G. Michailov, C. Stapelfeld, N. Doynov Veröffentlichung: 2014

P 813 - Entwicklung von effizienten Dimensionierungsgrundlagen für die Tragbohlen kombinierter Stahlspundwände Mit dem seit Jahrzehnten stetig zunehmenden Welthandel steigen über die Zahl der transportierten Container und die Vergrößerung der Schiffe auch die Anforderungen an die Größe der Kaimauern von Hafenanlagen. Die dafür gängigste Stahlbaulösung im Tiefwasserhafenbereich ist die kombinierte Stahlspundwand, die aus bis zu 45 m langen Hförmigen Tragbohlen und Z-förmigen Zwischenbohlen besteht. Für diese Konstruktion ist ein Stabilitätsnachweis zu führen. Mit der Umstellung der Normen von der nationalen DIN 18800 (2008) auf die europäische DIN EN 1993-1-1 (2010) haben sich die Stabilitätsnachweise im Stahlbau verändert. Während früher separate Nachweise für Biegeknicken und Biegedrillknicken geführt werden konnten, gibt es jetzt einen kombinierten Stabilitätsnachweis. Vergleichsrechnungen im Hafenbau haben gezeigt, dass der neue Nachweis zu massiveren Konstruktionen führt. Was bei der Bemessung derzeit nicht berücksichtigt wird, ist die Bauwerk-Boden-Interaktion. Daher diente dieses Projekt der Abschätzung des Bodeneinflusses und der Entwicklung von Möglichkeiten, bisher nicht berücksichtigte Bettungen anzusetzen. Dazu wurdezunächst ein Parameterfeld abgesteckt, das die derzeitige Situation und die Entwicklungen in näherer Zukunft in Europa berücksichtigt. Hierbei wurden auf Beckentiefe und Bodenbeschaffenheiten ebenso eingegangen wie auf konstruktive Variationen der Spundwand und deren Belastung. Experimentell wurden das Verformungsverhalten einer eingebetteten Einzeltragbohle  und das Verhalten sowie die Steifigkeit durchden Spülsandboden ermittelt. Mit den Werten wurde ein Stabwerksmodell erstellt, das zu einer Parameteruntersuchung und der Ermittlung von ansetzbaren Bodenkennwerten führte. Parallel wurden mit Stabwerksmodellen der Einfluss von Imperfektionen und Bodenbettung auf das Stabilitätsverhalten von Tragbohlen untersucht. Hierbei wurden Einzel- und Doppeltragbohlen, verschiedene Lagerbedingungen (vor allem Bettung der Bohle über die volle Länge oder über eine Teillänge) und Biegeknick- und Biegedrillknickverhalten betrachtet. Zudem wurde experimentell und numerisch untersucht, welchen Einfluss Verschweißungsmuster und -grad auf die Torsionssteifigkeit teilverschweißter Doppeltragbohlen haben. Aus den Erkenntnissen wurden Lösungen erarbeitet, Bodenbettung im Stabilitätsnachweis zu berücksichtigen. Schließlich wurden aus den Bodenkennwerten, den Formeln zum Einbringen der Werte in den Stabilitätsnachweis und den Nachweisformeln aus DIN EN 1993-1-1, Abschnitt 6.3.3 (2010) vereinfachte Kriterien hergeleitet, mit denen Knicken um die schwache Achse und Biegedrillknicken ganz ausgeschlossen werden können. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit Hilfe ausführlicher experimenteller und numerischer Untersuchungen die Boden-Bauwerk-Interaktion von kombinierten Stahlspundwänden untersucht wurde und Ansätze sowie vereinfachte Kriterien entwickelt wurden, mit denen der Einfluss des Bodens beim Stabilitätsnachweis  berücksichtigt werden kann. Das IGF-Vorhaben 16493 N der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde an der Universität Stuttgart vom Institut für Konstruktion und Entwurf und an der Technischen Universität Hamburg-Harburg vom Institut für Geotechnik und Baubetrieb durchgeführt. Autoren: U. Kuhlmann, B. Leitz, A. Just, J. Grabe, C. Schallück Veröffentlichung: 2014