Spannungsbasierter Beulsicherheitsnachweis ebener und gekrümmter stählerner Flächentragwerke unter kombinierter Membranbeanspruchung

Abstract

Die Formate des Eurocode 3 für den spannungsbasierten Beulsicherheitsnachweis sind für ebene Flächentragwerke (Plattenbeulen nach EN 1993-1-5) und für gekrümmte Flächentragwerke (Schalenbeulen nach EN 1993-1-6) konzeptionell unterschiedlichim Gegensatz zur bisherigen Regelung in DIN 18800 (Teile 3 und 4). Auch ein kürzlich veröffentlichter Verbesserungsvorschlag für den Interaktionsnachweis beim Plattenbeulen, der ein formal identisches Aussehen der beiden EC 3-Beulinteraktionsgleichungen zur Folge hat, ändert daran nichts. Im vorliegenden Beitrag werden Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Formate für den spannungsbasierten Beulsicherheitsnachweis aufgezeigt. Für das Plattenbeulen werden, ergänzend zu dem erwähnten veröffentlichten Verbesserungsvorschlag, einige kleine weitere Verbesserungsvorschläge gemacht.Buckling stress design check for plane and curved steel surface structures under combined membrane stressing -a comparative analysis of the Eurocode formats. The formats of Eurocode 3 for the buckling stress design check are conceptually different for plane surface structures (plate buckling according to EN 1993-1-5) and for curved surface structures (shell buckling according to EN 1993-1-6) -contrary to the previous rules in DIN 18800 (Parts 3 and 4). Even a recently published proposal for improvement of the plate buckling interaction check, which results in a formally identical appearance of the two EC 3 buckling interaction expressions, does not modify that situation. In the present paper, the commonalities and the differences of the buckling stress design formats are pointed out. For the plate buckling interaction check, some minor further proposals for improvement, complementarily to the mentioned published one, are presented.

Allgemeines Nachweiskonzept stabilitätsgefährdeter Bauteile – Normenvorschlag für EN 1993‐1‐5 als neuer Anhang F

“…Wenn a ult = 1 ist und der a cr -Wert der betrachteten Struktur mindestens so groß wie a cr,min nach Tabelle 1, darf vereinfacht der entsprechende zugehörige Abminderungsfak- [9] und [17] für den veränderlichen Druckkraftverlauf in Kraftrichtung anstellen. Die Schlussfolgerung hieraus ist, dass der ungünstige Einfluss bei knickstabähnlichem Verhalten physikalisch im Wesentlichen von dem geometrischen Seitenverhältnis der druckparallelen Ränder zu den belasteten Rändern abhängt (⇒ σ cr,c mit b cr = 1), welches für ein mögliches überkritisches Tragverhalten maßgeblich ist ( [12], [26]). Eine vertiefende Untersuchung und Klarstellung wäre wünschenswert und hilfreich, denn so ließe sich der Einfluss von knickstabähnlichem Verhalten allein aus dem geometrischen Beulfeld-Seitenverhältntis einfach ableiten.…”

“…Falls die größere Verformung im benachbarten Einzelbeulfeld auftritt und die Steife nur etwas mitverformt wird, ist diese dann nicht die zutreffende Steifen-Eigenform. Die fektionsempfindliche Schalenbeulen [12] liefert der a cr,min -Wert in Tabelle 1 für QKL 3 l 0 = 1/12 0,5 = 0,289 > 0,2 [6], so dass nach [6] c x = 0,942 < 1 berechnet wird. Wie u. a. nun auch aus dem neuen Meridiandruck-Abminderungskurven-Verlauf in [21] mit l 0 ≈ 0,3 (für E/f y ≤ 1000, Qualitätsklasse A bis C) ersichtlich wird, stehen und standen bisher die d/t-Verhältnisse in [3] nicht im Widerspruch zu [22]…”

“…Hier wird der Hinweis in [17], Abschnitt 5.2.3 aufgegriffen und der Nachweis direkt unter Berücksichtigung der hier maßgebenden Zugspannungen im durch Schub und Querdruck beanspruchten Einzelbeulfeld nachgewiesen. Ge-wird auf diese verwiesen und auf eine erneute Darstellung hier verzichtet (betrifft: [17], Bild 10,11,12,16 sowie für das untere Einzelbeulfeld [16], Bild 31). Nachfolgend wird der Normenvorschlag mit den Nachweismethoden in [17], Abschn.…”

“…Hierfür bietet sich die Verwendung der aus dem Schalenbeulen bekannten MNA/LBA-Bemessungsmethode der EN 1993-1-6 [6] an, welche bereits in einer früheren Form [1] seit 1992 als alternatives Nachweisformat für Schalen angeboten wird und von baupraktischer Relevanz ist ( [19], [20]). Die Effizienz dieses Konzeptes liegt in der Verwendung eines einzigen globalen Abminderungsfaktors für den Nachweis der untersuchten beliebig belasteten Struktur, was den Aufwand bei der Nachweisführung -im Vergleich zu der Verwendung einer Beulinteraktionsgleichung im spannungsbasierten Beulsicherheitsnachweis [12] sowie dem Nachweis der Beulsteife mit Hilfe eines Stabwerksmodells nach Theorie II. Ordnung ( [16], [17]) -noch einmal erheblich verringert.…”

“…Für die biaxial gedrückte Platte und/oder eine Platte mit knickstabähnlichem Verhalten, wurde a cr,min = 7 für QKL 3 unter der Voraussetzung festgelegt, dass sich das plastische Plateau der Abminderungskurven für das normal imperfektionsempfindliche Schalen-bzw. Plattenbeulen mindestens bis zum bezogenen Schlankheitsgrad l 0 = 0,4 (≈ 0,378 = 1/7 0,5 = (a ult /a cr,min ) 0,5 ) erstreckt [12]. Für das sehr imper-und/oder Schub auftreten, sind diese mit zu berücksichtigen.…”