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Autor
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Filip Łukasik
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Gegenstand der vorliegenden Diplomarbeit ist die Studie zur Bemessung von Stahlträgern mit großen Stegöffnungen. Die Arbeit besteht aus einem studientechnischen Teil und einem projekt- und forschungsbezogenen Teil.
Im studientechnischen Teil werden ein Literaturüberblick sowie der aktuelle Wissensstand im Bereich der Träger mit Öffnungen dargestellt. Es werden die Entwicklung und Anwendung dieser Elemente, typische Öffnungsformen und die für sie charakteristischen lokalen Ausfallmodi erörtert, einschließlich des Vierendeel-Mechanismus und des Ausknickens des Stegpfostens zwischen den Öffnungen. Es werden die Konstruktionsregeln für Verstärkungen (horizontale und vertikale Laschen, Aussteifungsringe), geometrische Einschränkungen sowie ein Satz von Bemessungsverfahren nach der neuesten Generation der Eurocode-Vorschriften – den Normen EN 1993-1-13:2024 und EN 1993-1-14:2024 – zusammengestellt.
Im projekt- und forschungsbezogenen Teil wurden experimentelle Untersuchungen an vier Stahlträgern aus IPE300-Profilen mit kreisförmigen Öffnungen durchgeführt. Die Elemente wurden in zwei Variantenpaare unterteilt – mit weitem und engem Abstand, wobei in jedem Paar ein Träger ohne Verstärkungen und einer mit Öffnungsverstärkungen in Form von Hülsen aus Stahlrohren geprüft wurde. Die Träger wurden in einem Dreipunkt-Biegeschema belastet, wobei Kraft, Durchbiegung, punktuelle Dehnungen und das Dehnungsfeld mittels DIC-Methode registriert wurden. Die erzielten Ergebnisse wurden mit analytischen Berechnungen nach EN 1993-1-13 und einer numerischen Analyse mittels der Finite-Elemente-Methode (GMNIA) verglichen, die im Programm Dlubal RFEM 6 durchgeführt wurde.
Die durchgeführten Analysen bestätigten, dass die Resistenz von Trägern mit Öffnungen hauptsächlich von den lokalen Ausfallmodi abhängt. Für Träger mit weitem Abstand war die Vierendeel-Biegung der maßgebende Mechanismus, während für den engen Abstand die mit dem Stegpfosten zwischen den Öffnungen verbundenen Mechanismen maßgebend waren. Es wurde nachgewiesen, dass die Ringverstärkung die Spannungskonzentration am Öffnungsrand wirksam reduziert und die Vierendeel-Biegeresistenz erhöht, wodurch das Verhalten des geschwächten Trägers dem eines vollwandigen Elements angenähert wird. Es wurde eine gute Übereinstimmung der experimentellen, analytischen und numerischen Ergebnisse sowohl hinsichtlich der Resistenz als auch der Ausfallform erzielt, was die Richtigkeit der normativen Verfahren in EN 1993-1-13 für die Bemessung derartiger Elemente bestätigt.