Der Einsatz von Vollwandträgern ist oft eine wirtschaftliche Entscheidung beim Bau mit großen Spannweiten. Vollwandträger aus Stahl mit I-Profil haben typischerweise einen hohen Steg, sodass die Schubtragfähigkeit sowie der Abstand zwischen den Flanschen möglichst groß ist, aber einen dünnen Steg, um das Eigengewicht zu verringern. Aufgrund des großen Höhe-Dicke-Verhältnisses (h/tw können Quersteifen erforderlich sein, um den schlanken Steg auszusteifen.
Wenn am Oberflansch eine Betondecke vorliegt, wirkt sie als seitliche Abstützung (Verbundbau) und verhindert ein Biegedrillknick-Stabilitätsproblem. Bei einem negativen Verlauf des Biegemoments steht der Unterflansch unter Druck und der Oberflansch unter Zug. Wenn die seitliche Stützung durch die Steifigkeit des Steges nicht ausreicht, in diesem Fall ist der Winkel zwischen dem unteren Flansch und der Stegschnittlinie variabel, sodass die Möglichkeit einer Forminstabilität des Unterflansches besteht.
Durch die Selektionsmöglichkeiten im Ausdruckprotokoll können einzelne Beulfiguren mit zugehörigem Beulnachweis in Kurz- oder Langfassung der Detailergebnisse dargestellt werden.
Die Bemessung kaltgewalzter Stahlerzeugnisse ist in EN 1993-1-3 geregelt. Typische Formen kaltgeformter Querschnitte sind U-, C-, Z-, Hut- oder Sigma-Profile. Sie werden aus dünnwandigem Blech durch Rollprofilier- oder Kantverfahren erzeugt. Beim Nachweis für die Grenzzustände der Tragfähigkeit ist auch sicherzustellen, dass örtliche Lasteinleitungen nicht zu einem Zusammendrücken, Stegkrüppeln oder örtlichem Beulen im Steg der Profile führen. Diese Effekte können sowohl durch örtliche Lasteinleitungen durch den Flansch in den Steg als auch durch Auflagerkräfte an den gelagerten Punkten hervorgerufen werden. Abschnitt 6.1.7 der EN 1993-1-3 regelt im Detail, wie die Beanspruchbarkeit des Steges Rw,Rd unter örtlicher Lasteinleitung zu ermitteln ist.
Zum Abschluss der Thematik über die Bemessung von Schweißnähten an Kranbahnträgern folgt nun - nach den Beiträgen zur Schienenschweißnaht im Grenzzustand der Tragfähigkeit und im Grenzzustand der Ermüdung - ein Beitrag zur Bemessung der Steghalsnähte. Dabei sollen sowohl der Grenzzustand der Tragfähigkeit als auch der Grenzzustand der Ermüdung betrachtet werden.
Um die Mitwirkung von Platten, welche als Zug- oder Druckgurt wirken sollen, sicherzustellen, müssen diese schubfest an den Steg angeschlossen werden. Dieser Anschluss wird analog zur Schubübertragung in der Fuge zwischen Betonierabschnitten über die Zusammenwirkung Druck- und Zugstreben erreicht. Um die Schubtragfähigkeit zu gewährleisten, muss nachgewiesen werden, dass die Druckstrebentragfähigkeit gegeben ist und die Zugstrebenkraft von der Querbewehrung aufgenommen werden kann.
Mit DUENQ lassen sich Querschnittswerte und Spannungen von beliebigen Profilen berechnen. Sind Flansch oder Steg durch Schraubenlöcher geschwächt, kann dies durch die Verwendung von Nullelementen abgebildet werden. Die Spannungen werden im Anschluss mit den abgeminderten Querschnittswerten neu berechnet. Ein besonderes Augenmerk ist hierfür auf die Schubspannungen zu legen. Diese werden standardmäßig im Bereich der Nullelemente zu Null gesetzt. Berechnet man die Schubspannungen mit den abgeminderten Querschnittswerten und ohne weitere Anpassung erneut, stellt sich heraus, dass das Integral der Schubspannungen nicht mehr gleich der angesetzten Querkraft ist. Wie sich daher die Schubspannung im Detail berechnet, soll im folgenden Beispiel aufgezeigt werden.
Besteht ein Aluminiumstabquerschnitt aus schlanken Elementen, besteht die Möglichkeit des Versagens aufgrund von lokalem Beulen der Flansche oder Stege, bevor der Stab die volle Steifigkeit erreichen kann. Im Zusatzmodul RF-/ALUMINIUM ADM gibt es jetzt drei Optionen, um die nominale Biegefestigkeit für den Grenzzustand des lokalen Beulens zu bestimmen, Mnlb, aus Abschnitt F.3 des 2015 Aluminum Design Manual. Alle drei Methoden beinhalten die Abschnitte F.3.1 Methode des gewichteten Mittelwerts, F.3.2 Direkte Festigkeitsmethode und F.3.3 Methode der Begrenzungselemente.
Entsprechend Absatz 7.3.2 (2) fordert die Norm DIN EN 1992-1-1: "Bei gegliederten Querschnitten wie Hohlkästen oder Plattenbalken ist in der Regel die Mindestbewehrung für jeden Teilquerschnitt (Gurte und Stege) einzeln nachzuweisen."Bei einem Plattenbalken mit T-Querschnitt sollte eine Ermittlung der Mindestbewehrung für die beiden Gurte und den Steg durchgeführt werden, wenn die entsprechenden Teilquerschnitte im Zugbereich liegen. Die Einteilung der Querschnitte ist in Bild 01 dargestellt.
Grundlage für den Beulnachweis nach der Methode der effektiven Breiten beziehungsweise der Methode der reduzierten Spannungen ist die Ermittlung der Verzweigungslast des Systems, nachfolgend LBA (lineare Beulanalyse) genannt. Der folgende Beitrag soll die Vorgehensweise zur analytischen Berechnung des Verzweigungslastfaktors erläutern sowie die Nutzung der FE-Methode.
In gemischten FEM-Strukturen (Flächen- und Stabelemente) sowie in Faltwerken kann eine Unterzugkonstruktion für die Bemessung am Stab auf einen fiktiven Plattenbalkenquerschnitt zurückgeführt werden, dessen Geometrie von der mitwirkenden Breite abhängig ist. In RFEM wird bei Verwendung des Stabtyps "Rippe" die Steifigkeit durch einen Plattenanteil (Flächenelement) und einen Steganteil (Stabelement) abgebildet. Diese Vorgehensweise bringt für die Bemessung Besonderheiten mit sich, auf die im Folgenden eingegangen werden soll.
Beulnachweise von ausgesteiften Platten stellen eine besondere Aufgabenstellung dar. DIN EN 1993-1-5 stellt für diese Herausforderung drei Berechnungsverfahren zur Verfügung:Methode der wirksamen Querschnitte, [1], Kap. 4-7Methode der reduzierten Spannungen, [1], Kap. 10Berechnungen mit der Finite-Element-Methode (FEM), [1], Anhang C
Aus konstruktiven Gründen werden Querkraftanschlüsse häufig mit Fahnenblechen oder Flanschwinkeln ausgeführt. Wenn Haupt- und Nebenträger oberkantenbündig liegen sollen, sind Ausklinkungen oder lange Fahnenbleche erforderlich. Gelenkige Stirnplattenanschlüsse werden häufig nur mit dem Steg verschweißt ausgeführt.
Der DIN-Auschuss NA 005-08-23 Stahlbrücken beantragte im Januar 2015 die bauaufsichtliche Einführung der Änderung der Gleichung 10.5 der DIN EN 1993-1-5. Es handelt sich hierbei um die Interaktion von Längs- und Querdruck im Beulnachweis. Diese Interaktionsgleichung sieht nun den Hilfsfaktor V vor, welcher sich aus den Abminderungsfaktoren der Längs- und Querspannungen berechnet.
Seit Neuestem kann in BETON und RF-BETON Stäbe auch der Schubnachweis für den Anschluss von Druck- und Zuggurten an den Steg beispielsweise eines Plattenbalkens geführt werden.
In KRANBAHN werden die Schweißnähte zwischen den Flanschen und dem Steg des Querschnitts bemessen. Es stehen hier die Optionen zur Ausführung als Doppelkehlnaht oder als Stumpfnaht zur Verfügung.