Die Bemessung kaltgeformter Stahlerzeugnisse ist in der Norm EN 1993-1-3 [1] geregelt. Zu den typischen Formen kaltgeformter Querschnitte gehören U-, C-, Z-, Hut- und Sigma-Profile. Diese Profile werden aus dünnwandigem Blech durch Rollprofilier- oder Kantverfahren hergestellt.
Beim Nachweis der Grenzzustände der Tragfähigkeit muss sichergestellt werden, dass lokale Lasteinleitungen keine unerwünschten Effekte wie das Zusammendrücken, Stegkrüppeln oder örtliches Beulen im Steg der Profile verursachen. Solche Effekte können sowohl durch die Lasteinleitung über den Flansch in den Steg als auch durch Auflagerkräfte an den Stützpunkten entstehen. In Abschnitt 6.1.7 der EN 1993-1-3 ist beschrieben, wie die Beanspruchbarkeit des Steges Rw,Rd bei lokaler Lasteinleitung zu ermitteln ist.
Das Add-On Stahlbemessung ermöglicht eine Analyse der lokalen Lasteinleitung für nicht ausgesteifte Stege gemäß Abschnitt 6.1.7 [1]. Bei einer kombinierten Beanspruchung aus Biegung und lokaler Lasteinleitung wird auch untersucht, ob die in [1] 6.1.11 genannten Bedingungen eingehalten sind.
Ein Beispiel für die entsprechenden Nachweise wird im Folgenden anhand eines Biegeträgers aus einem kaltgeformten C-Profil vorgestellt. Der Träger wird durch eine Einzellast beansprucht.
System und Last
Der betrachtete Träger hat eine Länge von 2 Metern und besteht aus einem kaltgeformten C-Profil (C 2020) aus Stahl S235JR gemäß EN 10025-2. Die Auflagerbreite beträgt jeweils 110 mm, und der Träger überragt das Auflager nicht. Der Träger ist in einem Abstand von 50 cm vom Lager mit einer Einzellast von 10 kN belastet. Die Einzellast wird über eine Länge von 100 mm auf den Flansch eingeleitet und wirkt im Schubmittelpunkt. Das Eigengewicht des Trägers wird in dieser Berechnung nicht berücksichtigt.
Dateneingabe
In der Tragfähigkeitskonfiguration muss das Kontrollfeld „Beanspruchbarkeit des Steges unter örtlicher Lasteinleitung gemäß 6.1.7 ermitteln“ aktiviert werden, damit der Nachweis der örtlichen Lasteinleitung geführt wird.
Die erforderlichen Randbedingungen müssen im Register „Bemessungsauflager und Durchbiegung“ definiert werden. An jeder Stelle, an der der Nachweis der örtlichen Lasteinleitung geführt werden soll, muss ein Bemessungsauflager vom Typ „Stahl“ definiert werden. Die Länge der steifen Lasteinleitung ss wird im Eingabefeld „Lagerbreite w“ eingegeben. Die „Lagertiefe d“ hat hingegen keinen Einfluss auf den Nachweis.
Die örtliche Lasteinleitung wird untersucht, wenn das Lager an dem Rand definiert wird, der der Aktionskraft entgegengerichtet ist. Die Richtungen „+z/z'-Achse“ und „-z/z'-Achse“ beziehen sich auf die Ausrichtung der lokalen z/z'-Achse des Stabes. Wenn die Einzellast in +z-Richtung wirkt, muss für das Lager der Rand „-z/z'-Achse“ ausgewählt werden.
Für die Auflager wird ein Bemessungsauflager mit einer Länge der steifen Lasteinleitung von 110 mm am Rand der „+z/z'-Achse“ als Endlager mit einer Überhanglänge von 0 mm definiert.
Für die Einzellast wird ein Bemessungsauflager mit einer Länge der steifen Lasteinleitung von 100 mm am Rand der „-z/z'-Achse“ definiert.
Der Lagertyp für das Auflager wird dem Stabanfang und -ende zugewiesen, während der Lagertyp für die Einzellast am Zwischenknoten an der Stelle der Einzellast definiert wird.
Die Bemessungsauflager können auch grafisch ausgegeben werden. Im Navigator - Anzeige kann die Darstellung der Bemessungsauflager unter Typen für Stäbe → Bemessungsauflager aktiviert oder deaktiviert werden.
Ergebnisse
Der Nachweis für die örtliche Lasteinleitung wird an den definierten Bemessungsauflagerstellen durchgeführt – sowohl an den Lagern als auch an der Lasteinleitungsstelle. An der Stelle x = 0,00 m liegt die größte Ausnutzung vor. Der Nachweis wird an dieser Stelle im Folgenden zur Veranschaulichung durchgeführt.
Es liegt eine Lagerreaktion an einem Querschnitt vor, der nur einen Steg aufweist. Das C-Profil mit einer Blechdicke von t = 2,0 mm besitzt wegen seiner Lippen ausgesteifte Gurte. Der Abstand des Lagers vom freien Ende beträgt 0,00 m und ist somit kleiner als das 1,5-fache der Steghöhe hw = 198 mm. Damit ist [1] Gleichung (6.15a) maßgebend für die Ermittlung der Stegbeanspruchbarkeit Rw,Rd.
Als Beiwerte sind nach [1], 6.1.7.2 (3) anzusetzen:
Damit ergibt sich folgende Beanspruchbarkeit des Steges unter örtlicher Lasteinleitung:
Die Nachweisbedingung gemäß [1] Gleichung (6.13) ist erfüllt:
Für die übrigen beiden Bemessungsstellen erfolgt der Nachweis analog. Zudem wird überprüft, ob die Bedingungen nach [1], 6.1.11 eingehalten sind.
Zusammenfassung
Mit dem Add-On Stahlbemessung können Nachweise für örtliche Lasteinleitung gemäß [1] Abschnitt 6.1.7 geführt werden. An den bemessungsrelevanten Stellen sind hierfür Bmessungsauflager zu definieren. Der Nachweis für örtliche Lasteinleitung erfolgt gemäß [1] 6.1.7.2 für Querschnitte mit einem nicht ausgesteiften Steg oder gemäß [1] 6.1.7.3 für Querschnitte mit zwei oder mehreren nicht ausgesteiften Stegen. Zudem wird überprüft, ob die Bedingungen nach [1], 6.1.11 eingehalten sind.