Ermüdungsbewertung durchgeschweißter Obergurt- Stegblechanschlüsse von Kranbahnträgern unter konzentrierter Radlasteinleitung

Von:

Sandro Citarelli

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Beim Ermüdungsnachweis von Kranbahnträgern wird oft das Detail der Radlasteinleitung vom Obergurt in das Stegblech maßgebend. Hierzu werden derzeit für den bauaufsichtlichen Bereich in Tabelle 8.10 der DIN EN 1993-1-9 [1] Kerbfälle zur Verfügung gestellt, die im Vergleich mit anderen internationalen Regelwerken wie der IIW-Richtlinie [2], FKM-Richtlinie [3], FEM [4] sowie der europäisch harmonisierten Krannorm DIN EN 13001-1 [5] wesentlich konservativer sind. Die größte Diskrepanz existiert gegenüber der abgelösten deutschen Kranbahnnorm DIN 4132 [6]. Unter Berücksichtigung des Mittelspannungseinflusses führte diese Norm zu einer extrem höheren Ermüdungsfestigkeit. Die Unterschiede haben insbesondere im Bereich von hochbeanspruchten Kranbahnanlagen, bspw. der von Hüttenwerken, starke Auswirkungen auf die Dimensionierung. Denn der überwiegende Teil der dort eingesetzten Kranbahnträger stammt noch aus den 1960er und 1970er Jahren und wurde gemäß den damals geltenden Regelungen aus DIN 4132 [6] bzw. der Vorgängernorm DIN 120 [7] oder aus TGL 13471 [8] in der ehemaligen DDR ausgelegt. Die aus betrieblichen Gründen häufig erforderlich werdenden Nachrechnungen, nunmehr nach DIN EN 1993-1-9, stellt die Anlagenbetreiber vor große Schwierigkeiten, die nicht selten zu neuen Kranbahnträgerquerschnitten mit mehr als doppelt so dicken Querschnittsteilen und teilweise bis zu 80 mm starken Stegblechen führen. Dies hat neben der Wirtschaftlichkeit der Kranbahnanlagen selbst auch weitreichende Auswirkungen auf die Unterkonstruktionen, die oft nur noch schwierig zu realisieren wären. Dies gab Grund für die vorliegende Dissertation, das Kerbdetail der Radlasteinleitung in für schwere Beanspruchung üblicher durchgeschweißter DHV- bzw. K-Ausführung näher zu untersuchen und Antworten auf die Frage der wirklichen Ermüdungsfestigkeit zu finden. Dabei werden zunächst die Hintergründe der aktuellen Kerbfalleinstufung erörtert. Hierzu werden Hintergrunddokumente des Eurocode 3 (EC3) sowie experimentelle Ergebnisse aus früheren Forschungsprojekten einbezogen, die u.a. mit den Anforderungen aus anderen Regelwerken verglichen werden. Der Ansatz der Arbeit ist neu. Denn er basiert nicht auf üblichen Laborversuchen, die für die vorliegende Fragestellung kaum und insbesondere nicht in der erforderlichen Anzahl durchführbar gewesen wären, sondern auf Ermüdungsuntersuchungen an realen Kranbahnträgern aus Stahlwerken mit hinreichend genau bekannter Lastgeschichte und erfasstem Schadenszustand. So umfasst die Arbeit die Auswertung von realen Kranbahnträgern hinsichtlich ihrer maximal ertragenen Spannungsschwingbreiten während ihrer Betriebsdauer. Charakteristisch für die untersuchte Datenbasis ist dabei die dominierende Anzahl von Durchläufern, die mit einem Anteil von über 95 % qualitativ bereits ein sehr gutmütiges Ermüdungsverhalten der Kranbahnträger impliziert. Diese Information wird mit Hilfe eines alternativen statistischen Auswerteverfahrens auf Grundlage der Maximum-Likelihood-Methode quantifiziert. Die Untersuchungen erfolgen sowohl unter Anwendung des herkömmlichen Nennspannungskonzepts als auch unter Berücksichtigung numerisch gestützter örtlicher Spannungskonzepte. Letztere wurden auch in weiterführenden FEM-Untersuchungen angewendet, deren Ergebnisse eine hinsichtlich der genauen Geometrie differenziertere Kerbfalleinstufung ermöglichte. Die Ergebnisse der Arbeit münden schließlich in einen Normenvorschlag.