Kerbfallkombinationsmodell zur Berücksichtigung von Schweißnahtimperfektionen beim Ermüdungsnachweis

Abstract

AbstractFertigungsbedingte Imperfektionen treten in jeder Schweißnaht auf, die insbesondere in ermüdungsbeanspruchten Stahlkonstruktionen, wie z. B. Stahlbrücken, eine große Rolle spielen. Denn diese Schweißnahtimperfektionen beeinflussen die Ermüdungsfestigkeit der Schweißverbindung. Die Verknüpfung der Ermüdungsfestigkeitswerte mit dem Qualitätsniveau der Schweißverbindungen ist jedoch bisher nur unzureichend geschehen. Die Größen tolerierbarer Schweißnahtimperfektionen sind zwar gemäß DIN EN 1090‐2, DIN EN 1993‐1‐9 und DIN EN ISO 5817 vorgegeben, doch sie wurden ohne wissenschaftlichen Hintergrund festgelegt. Die wahren Grenzwerte sind unbekannt. Dies bot den Anlass, eine Methode zu entwickeln, mit der Kerbfälle abhängig von der Größe der Schweißnahtimperfektionen bestimmt werden können. Auf Basis von Ermüdungsversuchen geschweißter Details des Kreuzstoßes und der Quersteife mit Imperfektionen wurden numerische Untersuchungen mithilfe der Finite‐Elemente‐Methode und lokaler Ermüdungskonzepte durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Berechnungen liefern einen quantitativen Zusammenhang zwischen Ermüdungsfestigkeit und Größe einzelner Schweißnahtimperfektionen. Zusätzlich wurde das Kerbfallkombinationsmodell entwickelt, mit dem mehrere Imperfektionen auf probabilistische Weise im Kerbfall effizient berücksichtigt werden können. Da bei Anwendung des vorgestellten Verfahrens zeitaufwendige Überarbeitungen von Schweißnähten in Zukunft entfallen können, wird das Nachweiskonzept für ausreichende Sicherheit gegen Ermüdungsversagen hinsichtlich der Kosten‐ und Ressourceneffizienz verbessert.