Bemessung der Schienenschweißnähte von Kranbahnträgern nach DIN EN 1993-6 im Grenzzustand der Tragfähigkeit

Ausführliche Erklärung

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Bild 01 - Anordnungsmöglichkeiten

Bild 02 - durchgehende Schweißnaht

Bild 03 - DIN EN 1993-6 Tab. 5.1

Bild 04 - effektive Lastausbreitungslänge

Bild 05 - Spannungen im Grenzzustand der Tragfähigkeit

Fachbeitrag

001402 18. März 2017 Fachbeitrag Krane und Kranbahnen KRANBAHN Steffen Clauß Einzelprogramme Eurocode 3

Sofern Kranbahnträger mit Flachstahlschienen konzipiert werden, ist auch immer die Verschweißung dieser Schienen ein Detail für die Bemessung beziehungsweise Auslegung. Generell kann hierfür zwischen durchlaufenden oder nicht durchlaufenden Kehlnähten als Befestigung gewählt werden. Der folgende Beitrag soll einen Überblick über die Nachweisführungen und deren Besonderheiten geben, speziell bei Verwendung der DIN EN 1993-6.

Anordnungsmöglichkeiten der Schienenkehlnähte

Für nicht durchlaufende Kehlnahtverbindungen kann weiterhin zwischen zwei Varianten gewählt werden. Diese sind auf folgendem Bild aus [2] dargestellt.

Bild 01 - Anordnungsmöglichkeiten

Die Schweißnahtabschnitte können entweder gegenüberliegend oder versetzt angeordnet werden. Für die Bemessung hat die versetzte Anordnung den Nachteil, dass zur Lastabtragung der Horizontallasten nur ein Nahtabschnitt herangezogen werden kann. Die dritte Variante, die im oberen Bild nicht dargestellt ist, ist natürlich die durchlaufende Kehlnaht entlang der gesamten Schienenlänge.

Bild 02 - durchgehende Schweißnaht

Effektive Lastausbreitungslänge

Für die Ermittlung der entsprechenden Schweißnahtspannungen ist die Berechnung der effektiven Lastausbreitungslänge erforderlich. Dabei unterscheidet die DIN EN 1993-6 zwischen drei Möglichkeiten und stellt die Tabelle 5.1 mit den zugehörigen Formeln für die Berechnung von l_eff zur Verfügung.

Bild 03 - DIN EN 1993-6 Tab. 5.1

Dabei bezieht sich l_eff auf die Unterkante des Oberflansches. Für die Schweißnahtbemessung ist jedoch die Oberkante des Flansches maßgebend. Daher reduziert sich l_eff um die doppelte Flanschdicke t_f.

Bild 04 - effektive Lastausbreitungslänge

Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit

Die Spannungen der Schienenschweißnähte werden mit dem richtungsbezogenen Verfahren aus [2] berechnet. Dabei beziehen sich die Spannungen auf die winkelhalbierende Fläche der Kehlnaht. Entsprechend [2], (NA) Kap. 4.5.2 sind für die Schweißnaht konstruktive Mindestdicken einzuhalten. Vorgeschrieben ist eine Naht von mindestens 3 mm oder die Anwendung folgender Formel:
a ≥ √max t - 0,5

Der exzentrische Radlastangriff von 1/4 der Schienenkopfbreite wird im Grenzzustand der Tragfähigkeit nach DIN EN 1993-6 nicht berücksichtigt. Daher erfolgt hierfür immer eine Bemessung infolge zentrischer Radlastbelastung.

Fall 1: durchgehende Schienenschweißnaht

Bild 05 - Spannungen im Grenzzustand der Tragfähigkeit

Für unterbrochene Schienenkehlnähte ist noch zu untersuchen, ob die Nahtabschnittslänge l_w kleiner als die berechnete Lastausbreitungslänge l_eff ist. Generell ist das Minimum beider Werte für die Bemessung maßgebend.

Bild 06 - Kehlnahtabschnitte

Fall 2: gegenüberliegende unterbrochene Schienenschweißnaht

Bild 07 - Spannungen im Grenzzustand der Tragfähigkeit unterbrochen gegenüber

Fall 3: versetzte unterbrochene Schienenschweißnaht

Da der horizontale Lastabtrag bei versetzter Anordnung der Schweißnähte nur über einen Nahtabschnitt erfolgt, entfällt im Term von H_Ed der Divisor 2.

Bild 08 - Spannungen im Grenzzustand der Tragfähigkeit unterbrochen versetzt

Literatur

[1] Seeßelberg, C.: Kranbahnen: Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode, 5. Auflage. Berlin: Bauwerk, 2016
[2] Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-8: Bemessung von Anschlüssen; EN 1993-1-8:2005 + AC:2009
[3] Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 6: Kranbahnen; EN 1993-6:2007 + AC:2009