Berichte derBundesanstalt fr Straenwesen

Brcken- und Ingenieurbau Heft B 71

ISSN 0943-9293ISBN 978-3-86509-988-4

Empfehlungen frgeschweite KK-Knoten

im Straenbrckenbau

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71

Berichte derBundesanstalt fr Straenwesen

Empfehlungen frgeschweite KK-Knoten

im Straenbrckenbau

Brcken- und Ingenieurbau Heft B 71

von

Ulrike KuhlmannMathias Euler

Institut fr Konstruktion und EntwurfStahl-, Holz- und Verbundbau

Universitt Stuttgart

Umschlag B 71 04.07.1906, 14:53 Uhr2

Die Bundesanstalt fr Straenwesenverffentlicht ihre Arbeits- und Forschungs-ergebnisse in der Schriftenreihe Berichte derBundesanstalt fr Straenwesen. Die Reihebesteht aus folgenden Unterreihen:

A -AllgemeinesB -Brcken- und IngenieurbauF -FahrzeugtechnikM-Mensch und SicherheitS -StraenbauV -Verkehrstechnik

Es wird darauf hingewiesen, dass die unterdem Namen der Verfasser verffentlichtenBerichte nicht in jedem Fall die Ansicht desHerausgebers wiedergeben.

Nachdruck und photomechanische Wieder-gabe, auch auszugsweise, nur mit Genehmi-gung der Bundesanstalt fr Straenwesen,Stabsstelle Presse und ffentlichkeitsarbeit.

Die Hefte der Schriftenreihe Berichte derBundesanstalt fr Straenwesen knnendirekt beim Wirtschaftsverlag NW,Verlag fr neue Wissenschaft GmbH,Bgm.-Smidt-Str. 74-76,D-27568 Bremerhaven,Telefon: (04 71) 9 45 44 - 0, bezogen werden.

ber die Forschungsergebnisse und ihreVerffentlichungen wird in Kurzform imInformationsdienst BASt-Info berichtet.Dieser Dienst wird kostenlos abgegeben;Interessenten wenden sich bitte an dieBundesanstalt fr Straenwesen,Stabsstelle Presse und ffentlichkeitsarbeit.

B 71

Impressum

Bericht zum Forschungsprojekt FE 15.413/2005/CRB:Entwurfs-, Bemessungs- und Konstruktionsempfehlungen fr geschweiteHohlprofilverbindungen mit KK-Knoten im Straenbrckenbau

ProjektbetreuungHeinz Friedrich

HerausgeberBundesanstalt fr StraenwesenBrderstrae 53, D-51427 Bergisch GladbachTelefon: (0 22 04) 43 - 0Telefax: (0 22 04) 43 - 674

RedaktionStabsstelle Presse und ffentlichkeitsarbeit

Druck und VerlagWirtschaftsverlag NWVerlag fr neue Wissenschaft GmbHPostfach 10 11 10, D-27511 BremerhavenTelefon: (04 71) 9 45 44 - 0Telefax: (04 71) 9 45 44 77Email: vertrieb@nw-verlag.deInternet: www.nw-verlag.de

ISSN 0943-9293ISBN 978-3-86509-988-4

Bergisch Gladbach, Mrz 2010

stachelRechteck

Kurzfassung Abstract

Empfehlungen fr geschweite KK-Knoten imStraenbrckenbau

In den letzten Jahren hat sich eine neue Konstrukti-onsform im Straenbrckenbau etabliert. Hierbeihandelt es sich um architektonisch anspruchsvolle,optisch ansprechende Verbundbrcken, die auseinem dreigurtigen Raumfachwerk mit Untergurt undStreben aus sthlernen Rundhohlprofilen bestehen.Die Obergurte werden in die betonierte Fahrbahn-platte integriert.

Als besonders gnstig hat sich bei der Gestaltungdes Raumfachwerks die Anordnung der Streben inForm von fallenden und steigenden Diagonalen er-wiesen. Der Untergurt bildet bei einer solchen An-ordnung zusammen mit den Streben jeder Fach-werkwand die Form eines liegenden Ks. Der kom-plette Raumfachwerkknoten wird daher als rumli-cher K-Knoten oder KK-Knoten bezeichnet.

Neuartig an der im Rahmen dieses Forschungsvor-habens untersuchten Bauweise ist die Ausfhrungder Fachwerkknoten als Schweiknoten. Das heit,es wird die Mglichkeit des direkten Verschweiensder Streben auf dem Gurtprofil untersucht. Bishersind in Deutschland Rohrknoten im Brckenbauohne Knotenbleche nur als Gussknoten ausgefhrtworden. Schweiknoten besitzen gegenber derGussknotenausfhrung drei wesentliche Vorteile.Zum Ersten werden durch die direkte Ver-schweiung die Gussformstcke eingespart, die auf-grund ihrer individuellen Herstellung einen wesentli-chen Kostenfaktor darstellen. Zum Zweiten besitztder Schweiknoten ein gutartiges Ermdungsverhal-ten, da der Rissfortschritt nicht vom Inneren derKonstruktion ausgeht, sondern an der Auenseitebeginnt. Damit bestehen die Mglichkeit einer frh-zeitigen Detektion bei einer Brckenkontrolle und dieOption fr eine Ertchtigung der ermdungskriti-schen Tragwerksstellen durch eine Nachbehand-lung. Zum Dritten wird der Planungs- und Aus-fhrungsprozess gestrafft, da die relativ langen Vor-laufzeiten fr die Gussknotenerstellung entfallen undmgliche Unterbrechungen bei Qualittsmngeln anden Gussknoten, die durch den Neuguss entstehen,ausgeschlossen sind.

Aus der Sicht der Materialermdung bedarf derSchweiknoten im Vergleich zum Gussknoten zu-stzlicher Untersuchungen. Im Bereich der Gurt-Streben-Verbindung kommt es durch die pltzliche

Geometrienderung zu hohen Spannungskonzen-trationen. Zustzlich erfhrt der Ermdungswider-stand in diesem Bereich aufgrund der metallurgi-schen Kerbe (Schweikerbe) eine Reduzierung.Voruntersuchungen haben gezeigt, dass bei einerSchweiknotenausfhrung der Ermdungsnachweisin der Regel fr die Ausbildung des Raumfachwerksim Straenbrckenbau bemessungsbestimmendwird. Aufgrund der komplizierten Geometrie kann dieBewertung des Ermdungsverhaltens eines KK-Knotens nicht auf der Grundlage des Nennspan-nungskonzeptes erfolgen, sondern muss auf derEbene der Strukturspannungen (Hot-Spot-Konzept)gefhrt werden. Eine praxisnahe Ermittlung derStrukturspannungen setzt das Vorhandensein tabel-larisch oder graphisch aufbereiteter Spannungskon-zentrationsfaktoren (SCF-Werte) voraus. Fr denKK-Knoten im Off-Shore-Bereich, Kranbau undHochbau stehen solche SCF-Werte zur Verfgung.Wegen der starken Abhngigkeit der SCF-Werte vonden Verhltnissen der Durchmesser und Wand-dicken der Gurt- und Strebenprofile ist eine einfachebertragung der existierenden SCF-Werte auf die imStraenbrckenbau besonderen Durchmesser-Wanddicken-Verhltnisse jedoch nicht mglich.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird derKK-Knoten mit straenbrckentypischer Geometrieeiner ganzheitlichen Betrachtung aus der Sicht derMaterialermdung unterzogen. Fr alle Phasen desPlanungs- und Umsetzungsprozesses werden pra-xisnahe Empfehlungen gegeben. Die entwickeltenEntwurfsempfehlungen fassen alle wesentlichen,entwurfsbestimmenden Grundstze zusammen, dieaus der unmittelbaren Abhngigkeit zwischen Stab-und Knotendimensionierung bei einem Fachwerkaus Hohlprofilen mit unversteiften KK-Knoten resul-tieren. Die Entwurfsempfehlungen stellen eine Syn-these der besonders auch im europischen Auslandgesammelten Erfahrungen an Pilot-Brckenvorha-ben dar.

Die Bemessungsempfehlungen geben dem Trag-werksplaner ein wirkungsvolles Werkzeug bei derFhrung des Ermdungsnachweises an die Hand.Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens ent-wickelten SCF-Werte ermglichen eine sichere undwirtschaftliche Ermittlung der Strukturspannungen.In den Ausfhrungsempfehlungen werden Hinweisezur Qualittssicherung zusammengefasst, um die inden Bemessungsempfehlungen unterstellten Vo-raussetzungen am Bauwerk sicherzustellen. Durchalle Empfehlungen wird auch unter den anspruchs-vollen Bedingungen im deutschen Straenbrcken-

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bau eine wirtschaftliche Realisierung von sthetischansprechenden Verbundfachwerkbrcken aus Hohl-profilen mit geschweiten KK-Knoten mglich.

Die Arbeiten erfolgten in Abstimmung mit demFOSTA-Projekt P 591 Wirtschaftliches Bauen vonStraen- und Eisenbahnbrcken aus Stahlhohlprofi-len.

Recommendations for welded KK-joints in theconstruction of road bridges

In the last two decades an innovative type ofhighway bridge design has been developed.Architecturally sophisticated spatial trusses made ofcircular hollow sections have become more andmore popular in steel-concrete composite highwaybridges. For this particular kind of composite bridgea tubular truss is arranged under the reinforcedconcrete slab serving as bridge deck.

Preferably, the tubular trusses consist of rising andfalling (not crossing) braces running at an angle of45 to 60 degrees (in longitudinal direction) toward abottom chord tube. Subsequently, the bottom chordforms in longitudinal direction together with twoadjacent braces a lying K. Due to the spatialarrangement of the braces a so-called multi-planarK-joint or KK-joint is created.

This research project is focused on innovativewelded KK-joints in highway bridge design. Up tonow the truss joints (if not reinforced by gussetplates) have been carried out as cast steel jointsbecause of the complex geometry of the brace tochord connection. With the introduction of the CNCcontrolled pipe cut-off technology the question hasarisen whether it is possible to fasten the bracesdirectly to the chord tube by welding. The weldedKK-joint has got some essential advantages over thecast steel joint. Firstly, the direct connection of thebraces and the chord saves the cast steel node and,consequently, reduces the costs. Secondly, thefatigue behaviour of the welded joint may beconsidered quite positive since the fatigue cracksare initiated on the outside of the truss elements,especially the chord crown toe. Therefore, thecracks are well detectable through permanent non-destructive inspections. Furthermore, the fatigueresistance of the potential crack locations can beimproved by post-weld treatment. Lastly, the designand the fabrication process are accelerated sinceinterruptions caused by flawy cast steel nodes areeliminated.

The fatigue verification of a welded KK-joint requiresadditional considerations compared with the caststeel joint. The stress distribution of the chord andthe braces indicates an essential stressconcentration (hot spot stress) within the intersectingregion. This stress-rising effect is caused by thesudden change in geometry (geometric notch).Additionally, the weld at this region diminishes thefatigue resistance (metallurgic notch). In apreliminary study it was shown that due to the fore-mentioned reasons the dimensioning of spatialtubular trusses is governed by the fatigue verificationof the KK-joints for highway bridges. In order to verifya tubular truss against fatigue failure the S-N methodcannot be performed anymore because of thecomplex geometry of the welded connections. Themore sophisticated Hot-spot stress method has to beapplied. The computation of the hot-spot stressesrequires so-called SCF (stress concentrationfactors). For KK-joints in off shore, cranes etc. SCFsare given in tables. Due to the strong dependancy ofthe SCFs on the ratios of tube diameters and wallthicknesses the existing SCFs cannot be transferredto highway bridge type geometries.

Within the research project the KK-joint in highwaybridge design is considered in an integral view.Practically relevant recommendations are given forall stages of the planning and fabrication process.The recommendations for the design phase cover awide range of design relevant principles beingcaused by the direct dependency of the trussmember geometry and the design of unstiffenedtubular joints. They are based on the experiencesmade by pilot bridge projects throughout Europe.The recommendations for the fatigue verification ofKK-joints being developed within the researchproject are supposed to simplify the computations ofhot-spot stresses. They are a powerful tool to getfast reliable hot-spot stresses without a great loss ofaccuracy.

Finally, the recommendations for the fabricationsummarize a couple of quality management linkedrules. They are supposed to ensure that theprerequisites of the fatigue verification are realized inthe real structure. These recommendations allow therealisation of aesthetic composite tubular trussbridges with welded KK-joints that meet thedemanding German highway bridge designrequirements.

The research was performed in coordination withFOSTA-Project P 591: Economic use of structuralhollow sections for highway and railway bridges.

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Inhalt

1 Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1 Vorteile von Rundhohlprofilen . . . . . . 7

1.2 Rund-Hohlprofilfachwerke im Brckenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3 Vergleich von Gussknoten undSchweiknoten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4 Forschungsgegenstand . . . . . . . . . . . 8

1.5 Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.5.1 Begriffe, Abkrzungen . . . . . . . . . . . . 9

1.5.2 Lateinische Formelzeichen . . . . . . . . . 10

1.5.3 Griechische Formelzeichen . . . . . . . . 10

1.5.4 Indizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2 Entwurfsempfehlungen . . . . . . . . . . 11

2.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2 Besonderheit der Planung . . . . . . . . . 11

2.3 Redundanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.4 Geometrieparameter . . . . . . . . . . . . . . 12

2.5 Entwurfselemente . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.5.1 Grundform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.5.2 Durchmesserverhltnis . . . . . . . . . . 132.5.3 Wanddickenverhltnis . . . . . . . . . . . 13

2.5.4 Gurtschlankheit . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.5.5 Strebenneigung in Gurtlngs-richtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.5.6 Neigung der Streben im Querschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.5.7 Spaltma gL in Gurtlngs-richtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.5.8 Exzentrizitt e in Gurtlngs-richtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.5.9 Exzentrizitt e im Querschnitt . . . . . . . 16

2.5.10 Spaltma gQ im Querschnitt . . . . . . . . 16

2.5.11 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.6 Schweinahtausbildung . . . . . . . . . . . 17

2.6.1 Nahtformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.6.2 Bestehende Regelwerke . . . . . . . . . . 17

2.6.3 Betrachtete Schweinahtaus-bildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.7 Datenbank der ausgefhrten Brcken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.7.1 Viadukt Lully (Schweiz) . . . . . . . . . . . 24

2.7.2 Dttwill (Schweiz) . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.7.3 Aarwangen (Schweiz) . . . . . . . . . . . . . 24

2.7.4 Nesenbach (Deutschland) . . . . . . . . . 24

2.7.5 Korntal-Mnchingen (Deutschland) . . 25

2.7.6 Porto (Portugal) . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.7.7 St. Kilian (Deutschland) . . . . . . . . . . . 25

3 Bemessungsempfehlungen . . . . . . . 25

3.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2 Nachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3 Widerstandsseite . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.4 Einwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4.2 Strukturspannungen durch FEA . . . . . 27

3.4.3 Strukturspannungen durch SCF-Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4.4 Konzept der lastfallabhngigen SCF-Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4.5 Elementarlastflle . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4.6 Superposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.5 Zusammenstellung der SCF-Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.5.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.5.2 Auswertungsorte . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.5.3 Mindestwerte der SCF . . . . . . . . . . . . 33

3.5.4 Anwendung der SCF-Diagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.6 Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

3.6.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

3.6.2 Geometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

3.6.3 Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

3.6.4 Bestimmung des Parameter-bereiches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

3.6.5 Ermittlung des Mindest-Spalt-maes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

5

3.6.6 Ermittlung der Ausmitte . . . . . . . . . . . 133

3.6.7 Schnittgren und deren Zerlegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

3.6.8 Nennspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . 135

3.6.9 Ermittlung der Strukturspannung . . . . 135

3.6.10 bertragung auf Schwingbreiten . . . . 136

4 Hinweise zur Ermittlung der Nennspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . 137

4.1 Einwirkungsseite . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

4.2 Sekundrbiegung . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

4.2.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

4.2.2 Sekundrbiegung ber Momenten-beiwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

4.2.3 Explizite Erfassung der Sekundr-biegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

4.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . 140

5 Hintergrnde zur numerischen Ermittlung der SCF-Werte . . . . . . . . . 140

5.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

5.2 Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

5.2.1 Verschneidungskurven . . . . . . . . . . . . . 141

5.2.2 Extrapolationspfade . . . . . . . . . . . . . . . 141

5.2.3 Schweinahtmodellierung . . . . . . . . . . 144

5.2.4 Elementtyp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

5.2.5 Diskretisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

5.3 Materialverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

5.4 Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

5.5 Spannungsermittlung . . . . . . . . . . . . . . 145

5.6 Verifizierung des FE-Modells . . . . . . . . 146

5.6.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

5.6.2 Vergleichsmglichkeiten . . . . . . . . . . . . 146

5.6.3 Grenzen der Vergleichbarkeit . . . . . . . . 146

5.6.4 Gurtnormalkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

5.6.5 Gurtbiegung in der Ebene (ipb) . . . . . . 150

5.6.6 Strebennormalkraft . . . . . . . . . . . . . . . . 150

5.6.7 Strebenbiegung in der Ebene (ipb) . . . 153

5.6.8 Strebenbiegung aus der Ebene (opb) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

5.6.9 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . 155

5.7 SCF-Verlufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

5.7.1 Parameterstudie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

5.7.2 SCF-Verlufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

6 Ausfhrungsempfehlungen . . . . . . . . 158

6.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

6.2 Anforderungen an den Schwei-betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

6.2.1 Schweierprfung . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

6.2.2 Zustzliche Verfahrensprfung . . . . . . . 158

6.3 Bewertungsgruppe . . . . . . . . . . . . . . . . 159

6.4 Schweikantenvorbereitung . . . . . . . . . 159

6.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

6.4.2 Nacharbeiten des Zuschnitts . . . . . . . . 159

6.4.3 Schweibadsicherung . . . . . . . . . . . . . 159

6.4.4 Schweinahtbergnge . . . . . . . . . . . . 159

6.4.5 Heftungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

6.5 Materialanforderungen . . . . . . . . . . . . . 160

6.5.1 Prfzeugnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

6.5.2 Stahlgtewahl mit Blick auf die Bruchzhigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

6.5.3 Stahlgtewahl mit Blick auf beson-dere Anforderungen in Blechdicken-richtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

6.6 Fertigungsbegleitende Qualitts-prfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

6.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

6.6.2 Fertigungskontrollen . . . . . . . . . . . . . . . 161

6.6.3 Zerstrungsfreie Prfungen . . . . . . . . . 161

7 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

8 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

8.1 Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

8.2 Bcher, Beitrge etc. . . . . . . . . . . . . . . 163

8.3 Sonstige Verffentlichungen . . . . . . . . . 165

6

1 Vorwort

1.1 Vorteile von Rundhohlprofilen

Rundhohlprofile zeichnen sich gegenber offenenQuerschnitten durch eine Reihe von Vorteilen aus.Zu diesen Vorteilen zhlen allgemein deren rich-tungsunabhngige Widerstands- und Steifigkeits-werte, ihre geringe Knickgefhrdung sowie ihrhoher Torsionswiderstand. Des Weiteren bedingtdas gnstige Verhltnis von Querschnittsflche undOberflche einen kostenreduzierenden, weil spar-samen Einsatz von Korrosionsschutz. Ferner besit-zen Rundhohlprofile in steifenlosen Fachwerkeneine Reihe von gestalterischen Vorzgen aufgrundihres organischen und abgerundeten Erschei-nungsbildes. Auch zhlen steifenlose Rundhohlpro-filkonstruktionen zu den so genannten sauberenKonstruktionen aufgrund der geringen Schmutzab-lagerungen im Bereich der steifenlosen Knoten-punkte.

1.2 Rund-Hohlprofilfachwerke imBrckenbau

Fachwerkkonstruktionen aus Hohlprofilen werdenim Brckenbau im zunehmenden Mae aufgrundihres transparenten und sthetisch ansprechendenErscheinungsbildes gegenber den Vollwandkon-struktionen bevorzugt, vgl. [DAUNER 1998,SCHLAICH, SCHOBER 1999B, SEIFRIED, AN-GELMAIER, et al. 1999, BERNHARDT, MOHR etal. 2003, DENZER, WEYER, DIECKMANN 2006]etc. Hierbei kommt der Querschnittsform der drei-gurtigen Fachwerkverbundbrcke mit steigendenund fallenden Diagonalen und einer aufliegendenBetonfahrbahnplatte als Obergurt eine hervorra-gende Bedeutung zu, die sich bereits bei im eu-ropischen Ausland umgesetzten Brckenvorha-ben sehr gut bewhrt hat, vgl. Bild 1-1.

Bei dieser Brckenbauweise bilden jeweils zweiStreben einer Fachwerkwand zusammen mit demUntergurt ein liegendes K, Bild 1-2 a, b. Rumlichtreffen auf dem Untergurt in jedem Fachwerkknotenvier Streben aufeinander, Bild 1-1. Daher bezeich-net man diese Fachwerkknoten als rumliche K-Knoten oder KK-Knoten.

Die Ausbildung der Knotenpunkte ist fr die Wirt-schaftlichkeit einer Fachwerkkonstruktion ausRundhohlprofilen von entscheidender Bedeutung.Grundstzlich knnen zwei versteifungsfreie Aus-

fhrungsvarianten (ohne Knotenbleche) unterschie-den werden: der Schweiknoten und der Gusskno-ten, siehe Bild 1-3. Beim Schweiknoten werdendie Streben direkt auf das durchlaufende Gurtprofilgeschweit. Im Gegensatz dazu kommt beim Gussknoten ein eigens angefertigtes Stahlgussteilzum Einsatz, an das alle Tragglieder ber Stumpf-ste angeschlossen werden. Da die Stahlgusstei-le fr jede Brcke individuell gefertigt werden ms-

7

Bild 1-1: Schematischer Aufbau einer dreigurtigen Fachwerk-verbundbrcke

Bild 1-2: Fachwerkverbundbrcke: (a) Querschnitt, (b) Seiten-ansicht, (c) geschweiter K-Knoten

sen, bilden sie einen nicht unerheblichen Anteil anden Baukosten.

Bisher sind in Deutschland abgesehen von Aus-fhrungen mit konventionellen, durch Knotenblecheversteiften Rohrknoten nur Brcken mit Stahl-gussknoten ausgefhrt worden, siehe bspw.[SCHLAICH, SCHOBER 1999C, HERION 2007].

Ein wesentlicher Grund hierfr sind die komplizier-ten geometrischen Verschneidungen beim Zusam-mentreffen der einzelnen Fachwerkelemente (sieheBild 1-2 c). Durch die Weiterentwicklung des CNC-gesteuerten Rohrzuschnitts ist der Stahlbau heutein der Lage, diese Verschneidungsbereiche zu be-herrschen. Damit stellt sich die Frage, ob ge-schweite Fachwerkknoten als kostengnstige Al-ternative zu den Gussknoten im Straenbrcken-bau zum Einsatz kommen knnen. Erste Sonder-angebote durch Stahlbaufirmen bei Brckenaus-schreibungen zeigen das Interesse.

1.3 Vergleich von Gussknoten undSchweiknoten

Es kann nicht grundstzlich gesagt werden, dassGuss- und Schweiknoten konkurrierende Bau-weisen sind. Beide Knotentypen haben ihre spezi-ellen Anwendungsbereiche.

Der Gussknoten zeichnet sich durch eine hohe Fle-xibilitt in der Formgebung aus. Diese kommt vorallem dann zum Tragen, wenn eine Vielzahl vonTraggliedern an einen Knoten anschlieen. Dieauszufhrenden Schweiarbeiten sind im Gegen-satz zum Schweiknoten einfacher, da alle An-schlsse reine Stumpfste darstellen. Auf der an-deren Seite ist jedoch die Anzahl der im erm-dungskritischen, zugbeanspruchten Haupttragele-ment zu schweienden Ste grer. Zustzlich istdie Herstellung der Stahlgussteile zeit- und kos-tenintensiv.

Schweiknoten besitzen gegenber der Gusskno-tenausfhrung drei wesentliche Vorteile. Zum Ersten werden durch die direkte Verschweiung dieGussformstcke eingespart, die aufgrund ihrer in-dividuellen Herstellung einen wesentlichen Kosten-faktor darstellen. Zum Zweiten besitzt derSchweiknoten ein gutartiges Ermdungsverhal-ten, da der Rissfortschritt nicht vom Inneren derKonstruktion ausgeht, sondern an der Auenseitebeginnt. Damit bestehen die Mglichkeit einer frh-zeitigen Detektion bei einer Brckenkontrolle unddie Option fr eine Ertchtigung der ermdungskri-tischen Tragwerksstellen durch eine Nachbehand-lung. Zum Dritten wird der Planungs- und Aus-fhrungsprozess gestrafft, da die relativ langen Vor-laufzeiten fr die Gussknotenerstellung entfallenund mgliche Unterbrechungen bei Qualittsmn-geln an den Gussknoten, die durch den Neugussentstehen, ausgeschlossen sind. Nachteilig sindbeim Schweiknoten, dass die Schweiarbeiteneine hohe Befhigung des fertigenden Unterneh-mens voraussetzen. Nicht nur dass ber den Naht-verlauf sich die Nahtform und die Schweipositionndern, sondern auch die hohe Ermdungsbean-spruchung der Schweinhte erfordert eine hoheFertigungsqualitt. Im Gegensatz zum Gussknoten,bei dem durch eine gnstige Ausformung des Gussteils die Schweinhte aus dem strukturellenStrbereich des Fachwerkknotens herausgefhrtwerden knnen, liegen die Schweinhte beimSchweiknoten im Bereich der hchsten Erm-dungsbeanspruchung.

1.4 Forschungsgegenstand

Durch bereits im Vorfeld des Forschungsvorhabensdurchgefhrte numerische Untersuchungen an KK-Knoten stellte sich heraus, dass im Straen-brckenbau die Ermdungsfestigkeit von ge-schweiten KK-Knoten gegenber deren statischerTragfhigkeit bemessungsentscheidend wird[KUHLMANN et al. 2002, STUBA 2001].

Auf der Grundlage der existierenden, in Deutsch-land bisher aber noch nicht eingefhrten Bemes-sungsregeln lassen sich KK-Knoten unter zykli-scher Belastung auslegen [ZHAO et al. 2002]. Al-lerdings beschrnken sich diese Bemessungsre-geln auf den Geometriebereich des Hoch- undKranbaus. Bisher existiert nur ein Bemessungsvor-schlag fr K-Knoten von [SCHUMACHER 2003] frim Straenbrckenbau bliche Knotengeometrien.[SCHUMACHER 2003] entwickelte Bemessungs-

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Bild 1-3: Ausbildung der Fachwerkknoten: a) Schweiknoten,b) Gussknoten

hilfen fr den Ermdungsnachweis auf der Grund-lage der Strukturspannungsmethode. Hierzu fhrtesie umfangreiche numerische Studien durch, diedurch eine grere Versuchsreihe validiert wurden.Fr den KK-Knoten mit brckenbautypischen Ab-messungen existieren derzeit weder experimentel-le noch numerische Untersuchungen in Form vonParameterstudien.

Das Forschungsvorhaben konzentrierte sich daherauf die Entwicklung von Bemessungsempfehlun-gen fr KK-Knoten unter besonderer Bercksichti-gung des Ermdungsaspektes. Neben den Bemes-sungsempfehlungen wurden zustzlich Entwurfs-und Ausfhrungsempfehlungen formuliert. Siehaben das Ziel, dem planenden Ingenieur sichereund praxisgerechte Hilfsmittel zur Bemessung undGestaltung von im Straenbrckenbau einsetzba-ren KK-Knoten an die Hand zu geben. Die hier zu-sammengestellten Empfehlungen zum Entwurf undzur Ausfhrung basieren im Wesentlichen auf denErfahrungen der bisher ausgefhrten Straen-brcken mit geschweiten KK-Knoten im europi-schen Ausland.

Da die lteste bekannte Brcke im Ausland erstknapp 20 Jahre alt ist, spiegeln die Empfehlungennur den heutigen Wissensstand wider und solltenber die nchsten Jahre und Jahrzehnte entspre-chend dem Erfahrungszugewinn angepasst wer-den.

1.5 Definitionen

1.5.1 Begriffe, Abkrzungen

Folgende Begriffe und Abkrzungen werden in die-sem Bericht verwendet:

AWS. American Welding Society, amerikanischesNormungsinstitut.

Bezugsstrebe ist die Strebe, auf die sich der SCF-Wert bezieht.

Carry-over-Effekt, siehe auch Reference-Effekt.Hierunter versteht man die Beeinflussung einesSCF-Werts, die von Lasten ausgeht, die nicht aufdie Bezugsstrebe einwirken.

Dihedral-Winkel . Dieser Winkel besitzt nur beider Schweinahtausbildung gem AWS eine Be-deutung. Siehe Bild 2-11 a.

Extrapolation. Verfahren zur Ermittlung der Struk-turspannungen am Schweinahtbergang. Als Aus-

gangspunkt der Extrapolation dient der Spannungs-verlauf aus dem von der Schweinahtkerbe unbe-einflussten Bereich.

Kronenferse, Rckseite der Verschneidungslinievon Gurt und Strebe. Siehe Bild 1-5.

Geometrische Spannungen. Synonym fr Struk-turspannungen.

Hot-Spots sind Orte groer Spannungskonzentra-tionen, vorwiegend im Verschneidungsbereich vonStrebe und Gurt.

Hot-Spot-Spannungen. Synonym fr Struktur-spannungen.

Kronenspitze, Vorderseite der Verschneidungsli-nie von Gurt und Strebe. Siehe Bild 1-5.

Mastabseffekt. Im Rahmen dieses Berichtes ver-steht man unter Mastabseffekt die Abnahme desErmdungswiderstandes mit zunehmender Wand-dicke.

Nennspannungen, auch nominelle Spannungen,sind die durch die Ingenieurmechanik ermitteltenSpannungen. Sie bercksichtigen keine sekun-dren Spannungsanteile infolge einer Lasteinlei-tung oder einer Spannungskonzentration im Be-reich struktureller Strungsstellen wie Schweinh-ten.

Primrspannungen (engl. primary stresses) wer-den in diesem Bericht als die Spannungen senk-recht zum Schweinahtbergang definiert. Allge-meiner formuliert sind sie die Spannungen, die nor-mal zur potenziellen Ermdungsrissebene verlau-fen. Im Fall des KK-Knotens ist der Schweinaht-bergang der potenzielle Rissausgangsort. DiePrimrspannungen mssen nicht mit den Haupt-spannungen (engl. principal stresses) an der be-trachteten Stelle identisch sein.

Reference-Effekt. Unter dem Reference-Effekt aufeinen SCF-Wert versteht man die Wirkung von Lasten, die direkt auf die Bezugsstrebe wirken.

Sattel, auch Sattelbereich, Flanken der Verschnei-dungslinie von Gurt und Strebe, siehe Bild 1-5.Beim KK-Knoten wird zwischen innerem und ue-rem Sattel unterschieden, siehe Bild 3-8.

SCF, Abkrzung fr Spannungskonzentrationsfak-tor (engl. stress concentration factor). Dieser Faktorstellt eine Beziehung zwischen den Nennspannun-gen und den Strukturspannungen her.

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Strebenneigung im Querschnitt. Diese wirdber den ebenen Winkel zwischen den Streben imQuerschnitt definiert, siehe Bild 1-4 (a).

Strebenneigung in Gurtlngsrichtung. Diesewird ber den ebenen Winkel zwischen Strebe undGurtrohr definiert, siehe Bild 1-4 (b).

Strukturspannungen, auch geometrische Span-nungen oder Hot-Spot-Spannungen, sind rechneri-sche Spannungen. Im Bereich der Verschneidungvon Gurt und Strebe bewirkt die Schweinaht einenSpannungsanstieg. Zum einen wird dieser Anstieginfolge der Versteifung des Fachwerkknotens durchdie Schweinaht bedingt (globaler Effekt). Zum an-deren fhren die Form der Schweinaht und derenbergnge zu rtlichen Spannungsspitzen (lokaler

Effekt). Die Strukturspannungen bercksichtigen imGegensatz zu den Kerbspannungen nur den glo-balen Effekt. Aufgrund der Vernachlssigung der lo-kalen Effekte entsprechen die Strukturspannungennicht den Spannungen, die eine FE-Berechnungmit modellierten Nhten am Schweinahtbergangliefert. Die Strukturspannungen mssen ber einesog. Extrapolation aus den Spannungen im von derNaht ungestrten Bereich ermittelt werden.

1.5.2 Lateinische Formelzeichen

a Kehlnahtdicke,

d0 Durchmesser des Gurtprofils, in anderer Li-teratur auch D,

d1 Durchmesser der Strebe, in anderer Litera-tur auch d,

e Ausmitte,

F Strebennormalkraft,

g Spaltma,

L Abstand vom Schweinahtbergang,

M Biegemoment,

m Gleichgewichtsfaktor,

N Gurtnormalkraft,

r Radius,

t0 Wanddicke des Gurtprofils, in anderer Lite-ratur auch T,

t1 Wanddicke der Strebe, in anderer Literaturauch t,

wGurt Schenkelma der Schweinaht = Schwei-nahtspur auf dem Gurt,

x, y, z Koordinaten im kartesischen Koordinaten-system.

1.5.3 Griechische Formelzeichen

Durchmesserverhltnis, Gurtschlankheit,

Umlaufwinkel,

Strebenneigung im Querschnitt,HS Strukturspannung, auch Hot-Spot-Span-

nung genannt,

nom Nennspannung,

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Bild 1-4: Definition der Strebenwinkel: (a) im Querschnitt, (b) in Gurtlngsrichtung

Bild 1-5: Orte im Bereich der Gurt-Streben-Verschneidung

Wanddickenverhltnis,

Strebenneigung in Gurtlngsrichtung,

Dihedralwinkel.

1.5.4 Indizes

Die verwendeten Indizes orientieren sich an denblichen Bezeichnungen in den bestehenden eng-lischsprachigen Untersuchungen [ZHAO et al.2002, WARDENIER et al. 1991, SCHUMACHER2003] und Normen [EN 1993-1-8]. Um den Ver-gleich zu diesen Untersuchungen zu erleichtern,werden im Rahmen dieser Arbeit auch die engli-schen Indizes verwendet.

ax Normalkraft (engl. axial force),

br Strebe (engl. brace),

ch Gurt (engl. chord),

ipb Biegung in der Ebene (engl. in-plane ben-ding),

nom Nenn-, nominell,

L in Lngsrichtung,

opb Biegung aus der Ebene (engl. out-of-planebending),

Q in Querrichtung,

ref infolge Belastung der Bezugsstrebe.

2 Entwurfsempfehlungen

2.1 Vorbemerkung

In diesem Kapitel wird auf die Empfehlungen fr dieTragwerksplanung und die konstruktive Durchbil-dung eines geschweiten Fachwerks im Straen-brckenbau aus Rundhohlprofilen eingegangen.Damit sollen zum einen die Vorteile und Vorzgedieser Konstruktionsweise voll genutzt werden kn-nen und zum anderen die Konstruktion der beson-deren Ermdungsbeanspruchung gerecht werden.

2.2 Besonderheit der Planung

Im Vergleich zu Fachwerkkonstruktionen mit offe-nen Querschnitten weist die Planung eines Fach-werks aus Hohlprofilen einige Besonderheiten auf.Der klassische Weg der Tragwerksplanung und der

statischen Bemessung vollzieht sich normalerweisein zwei Schritten. In einem ersten Schritt werdendie Abmessungen der einzelnen Fachwerkstbe (z. B. Gurte, Streben etc.) entsprechend den auf-tretenden Stabschnittgren festlegt. Anschlie-end, in einem zweiten Schritt, werden die Verbin-dungen und Anschlsse der Fachwerkstbe so di-mensioniert, dass die auftretenden Schnittgrenbertragen werden knnen. Die Trennung dieserPlanungsschritte lsst sich bei versteifungsfreienFachwerkknoten aus Hohlprofilen nicht mehr auf-rechterhalten. Durch die unversteifte Ausbildungknnen die Fachwerkknoten gegenber den St-ben fr das Fachwerk bemessungsbestimmendwerden. Da die Tragfhigkeit der unversteiftenFachwerkknoten wesentlich von der Geometrie deranschlieenden Fachwerkstbe abhngt, werdenso indirekt die geometrischen Abmessungen deranschlieenden Stbe festgelegt. Demzufolge soll-te die Knotendetaillierung also bereits am Ent-wurfsbeginn festgelegt werden. Andernfalls werdenunter Umstnden Knotenversteifungen erforderlich[PUTHLI 1998], die das Erscheinungsbild des Hohl-profilfachwerks nicht unerheblich beeinflussen.

2.3 Redundanz

Die Gurte eines Fachwerks bilden die Haupttrag-glieder dieser Konstruktion. Die Anzahl von Stenim Gurtprofil (potenzielle Schwachstellen) solltedaher minimiert werden. Dieser Forderung kommtder Einsatz von Schweiknoten entgegen.

Im Gegensatz zum Gussknoten, bei dem das Gurt-profil vor und hinter jedem Knotenpunkt stumpf ge-stoen werden muss, verringert sich beimSchweiknoten die Anzahl der Ste und der zu-gehrigen Schweinhte aufgrund des durchlau-fenden Gurtprofils, vgl. Bild 2-1.

Bei den bisher realisierten Straenbrcken (sieheKapitel 2.7) bewegte sich der Knotenabstand ineinem Bereich von ca. 5,00 m. Soweit es dasTransportgewicht (Begrenzung durch Hebezeug)und die Lieferlngen der Hohlprofilhersteller zulas-sen, sollten daher mehrere Schweiknoten aufeinem Rohrschuss realisiert werden. Fr den imStraenbrckenbau relevanten Durchmesserbe-reich, der sich schwerpunktmig zwischen 400 mm und 800 mm bei Wanddicken von 20 mmbis 80 mm bewegt, werden warmgefertigte Rohrebis zu einer Lieferlnge von 10,00 m angeboten, z. B. [VALLOUREC & MANNESMANN 1999].

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2.4 Geometrieparameter

Ein KK-Knoten kann durch folgende Geometriepa-rameter eindeutig beschrieben werden (siehe Bild2-2):

Strebe: d1 = Strebendurchmesser, t1 = Wand-dicke der Strebe,

Gurt: d0 = Gurtdurchmesser, t0 = Wanddicke desGurts,

Strebenneigung in Gurtlngsrichtung ,

Strebenneigung im Querschnitt ,

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Bild 2-1: Anzahl der Stumpfste im Gurtprofil an einem Bei-spiel, (a) Schweiknoten, (b) Gussknoten

Bild 2-2: Geometrieparameter des KK-Knotens: (a) Lngsansicht, (b) Lngsschnitt durch Gurtprofilscheitel, Spalt gL, (c) Blick aufden KK-Knoten von oben, (d) Querschnitt, (e) Querschnitt durch Gurtprofilscheitel, Spalt gQ

Spaltma in Gurtlngsrichtung gL, das zu einerentsprechenden Exzentrizitt e in dieser Rich-tung fhrt,

Spaltma im Querschnitt gQ.

2.5 Entwurfselemente

2.5.1 Grundform

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurdenausschlielich KK-Knoten mit Spalt und vier sym-metrisch angeordneten, identischen Streben unter-sucht. Gem [EN 1090-2:2005], Bild E.4 sindSchweiknoten mit Spalt den berlappendenSchweiknoten vorzuziehen. Die Ausbildung einesSpalts ist eine wesentliche Voraussetzung fr dieQualittssicherung des KK-Knotens. Eine berlap-pung der Streben fhrt teilweise zu verdecktenSchweinahtbereichen, die sich whrend der Ferti-gung als auch bei den regelmig stattfindendenBrckeninspektionen whrend der Nutzung einerSichtkontrolle aufgrund der beschrnkten Zugng-lichkeit entziehen.

Der im Folgenden vorgestellte Parameterbereich,der die Untersuchungsgrundlage des Forschungs-vorhabens bildete, orientiert sich an in der Praxisbewhrten Ausfhrungsbeispielen (siehe Kapitel2.7). Die Autoren mchten ausdrcklich betonen,dass grundstzlich auch andere Ausfhrungen (alsdie hier untersuchten) mglich sind. Die hier fest-gelegten Parameter haben sich jedoch alle durchdie bisherige Erfahrung als realisierbar und dahersinnvoll erwiesen.

2.5.2 Durchmesserverhltnis Der dimensionslose Wert beschreibt das Verhlt-nis der Durchmesser von Gurt und Strebe.

Im Straenbrckenbau ist die Bandbreite des -Werts sowohl nach oben als auch nach unten be-grenzt. Im Gegensatz zum Hoch- und Kranbau sindim Straenbrckenbau Verhltnisse < 0,45 unb-lich aufgrund der zu bertragenden hohen Lasten.

Nach oben ist der -Wert durch die Schweibarkeitund die Ausbildung eines Spalts begrenzt. Fr K-Knoten sollte der -Wert maximal 0,80 betragen, daandernfalls im Sattelbereich schleifende Schwei-nhte entstehen, Bild 2-3 (a). Die Literatur empfiehlt

in der Regel 0,60 [SCHUMACHER 2003, ZHAOet al. 2002], Bild 2-3 (b). Fr die betrachteten KK-Knoten besteht zustzlich noch die Nebenbedin-gung nach einem Spalt im Querschnitt. Die Gredes Spalts ist von der Strebenneigung im Quer-schnitt und dem -Wert abhngig, Bild 2-3 (c). Frdiese Abhngigkeit lsst sich folgender formelmi-ger Ausdruck angeben:

somit

Die Tabelle 2-1 beinhaltet eine Zusammenstellungausgefhrter Durchmesserverhltnisse.

Der Untersuchungsbereich wurde daher auf 0,50 0,60 begrenzt, siehe auch Kapitel 2.5.10.

2.5.3 Wanddickenverhltnis

Das Wanddickenverhltnis ist definiert als:

Bezug nehmend auf die Brckenprojekte, die be-reits realisiert wurden (vergleiche Tabelle 2-2),wurde der Parameterbereich in diesem For-schungsvorhaben auf 0,25 0,75 begrenzt.

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Tab. 2-1: Bereits realisierte Durchmesserverhltnisse

Brcken = d1/d0Lully 0,53

Dttwill 0,53

Aarwangen 0,48

Nesenbachtal 0,60

Korntal-Mnchingen 0,58

St. Kilian 0,49

Bild 2-3: Durchmesserverhltnisse (a) Querschnitt eines K-Knotens mit = 0,80, (b) Querschnitt eines K-Knotens = 0,60, (c) Spaltforderung bei KK-Knoten

2.5.4 Gurtschlankheit

Die Gurtschlankheit ist als Verhltnis von Gurt-durchmesser und doppelter Gurtwanddicke defi-niert:

Im Straenbrckenbau liegt die Gurtschlankheit inder Regel bei 12. Damit grenzt sich der Straen-brckenbau vom Hoch- und Kranbau ab, derenGurtschlankheiten 12 betragen. Die geringerenGurtschlankheiten im Brckenbau sind auch einGrund, warum die Ergebnisse der bisherigen nu-merischen und experimentellen Untersuchungenzu KK-Knoten nicht ohne weiteres auf deren Geo-metrien bertragen werden knnen.

Die bisher realisierten Gurtschlankheiten bewegensich in einer Bandbreite, die der Tabelle 2-3 ent-nommen werden kann. Dem Forschungsvorhabenwurde daher ein Parameterbereich von 4 12zugrunde gelegt.

2.5.5 Strebenneigung in Gurtlngsrichtung

Um die Gre der Stabkrfte und die Strebenan-zahl zu begrenzen, ist fr Fachwerkkonstruktioneni. Allg. eine Strebenneigung in Gurtlngsrichtung imBereich von 45 60 sinnvoll.

Die Tabelle 2-4 zeigt ausgefhrte Strebenneigun-gen in Gurtlngsrichtung. Es wurden im For-schungsvorhaben daher sowohl 45 als auch 60Strebenneigung in Gurtlngsrichtung untersucht.

2.5.6 Neigung der Streben im QuerschnittDie Strebenneigung im Querschnitt hat einen we-sentlichen Einfluss auf die Auslegung der Stahlbe-ton-Fahrbahnplatte. Steiler gestellte Streben bedin-gen grere Auskragungen, siehe Bild 2-4. Im Rah-men des Forschungsvorhaben wurde die Streben-

neigung zur Begrenzung des Untersuchungsum-fangs zu = 90 gewhlt, siehe auch Tabelle 2-5.

2.5.7 Spaltma gL in Gurtlngsrichtung

Die Gre des Spaltmaes gL besitzt sowohl fr diestatische als auch dynamische Tragfhigkeit des

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Tab. 2-2: Bereits realisierte Wanddickenverhltnisse

Brcken = t1/t0

Lully 0,44 0,50

Dttwill 0,22 0,50

Aarwangen 0,40 0,78

Nesenbachtal 0,63 0,75

Korntal-Mnchingen 0,62 0,69

St. Kilian 0,50 1,00

Tab. 2-3: Bereits realisierte Gurtschlankheiten

Bauvorhaben = d0/(2 t0)

Lully 5,08 10,16

Dttwill 5,08

Aarwangen 4,06 5,64

Nesenbachtal 2,03 10,13

Korntal-Mnchingen 3,51 5,07

St. Kilian 2,49 12,20

Tab. 2-4: Bereits realisierte Strebenneigungen in Gurtlngsrich-tung

Brcke

Lully 60

Dttwill 60

Aarwangen 45

Nesenbachtal 46

Korntal-Mnchingen 60

St. Kilian 55

Tab. 2-5: Bereits realisierte Strebenneigungen im Querschnitt

Brcke Lully 69

Dttwill 69

Aarwangen --

Nesenbachtal 102

Korntal-Mnchingen 90

St. Kilian 72

Bild 2-4: Abhngigkeit von Strebenneigung im Querschnitt undSpannweiten der Fahrbahnplatte in Querrichtung

Knotens eine entscheidende Bedeutung. In derRegel fhren kleinere Spaltmae zu greren Kno-tentragfhigkeiten. Das Spaltma bedingt eine de-finierte Exzentrizitt e des Anschlusses der Strebenan den Gurt, die zustzliche Biegung bewirkt (ver-gleiche Bild 2-2 a). Die geometrische Abhngigkeitzwischen den Durchmessern von Gurt und Strebe,der Exzentrizitt im Gurt und der Strebenneigungkann durch folgende Gleichungen ausgedrcktwerden:

Anforderungen nach Eurocode 3

Mit Blick auf die Schweibarkeit sollte das Spalt-ma eines nicht berlappenden K- bzw. KK-Kno-tens die folgende Mindestgre besitzen [DIN EN1993-1-8:2005-07]:

wobei t1 und t2 die Wanddicken der beiden an-schlieenden Streben bezeichnen. Da die im Rah-men dieses Forschungsvorhabens untersuchtenKK-Knoten nur Streben gleicher Wanddicke besit-zen, gilt:

Bei den Beziehungen (2.7) und (2.8) handelt essich also nicht um Forderungen der Statik, sondernum Forderungen der Schweibarkeit.

Zustzliche Anforderungen

In [SCHUMACHER 2003] werden folgende An-haltswerte fr das absolute Spaltma gL fr K-Kno-ten angegeben:

Die erste Bedingung in (2.9) soll die Schweibarkeitdes Fachwerkknotens sichern. Diese Forderungfhrt vor allem bei groen Strebenwanddicken zugroen Spaltmaen, die beispielsweise weit berdie Forderungen nach (2.7) hinausgehen.

Die zweite Bedingung in (2.9) soll sicherstellen,dass die Strukturspannungen fr den Schwei-nahtbergang ermittelt werden knnen.

In Bild 2-5 (a) wird exemplarisch dargestellt, welcheAuswirkung eine zu geringe Spaltgre auf die Er-mittlung der Strukturspannungen besitzt. Aufgrundder berlagerung der Einflussbereiche der benach-barten Schweikerben besteht die Mglichkeit,dass die Extrapolation der Spannungen zum linkenSchweinahtbergang (siehe Kapitel 5) die Struk-turspannungen unterschtzt. Bei der in Bild 2-5 (b)dargestellten Spaltgre wurde dieser Umstand beider Gestaltung des Knotens bercksichtigt. Die Ex-trapolationsbereiche berlagern sich nicht. Damitergibt sich der folgende empfohlene Mindestwertfr das Spaltma:

als uere Extrapolationsgrenze (siehe Kapitel5.2.2) an der Kronenspitze und wGurt als Schwei-nahtspur auf dem Gurt an der Kronenspitze nachBild 2-6.

Eine Auswertung der Extrapolationsgrenze Lmax inAbhngigkeit von und zeigt Bild 2-7. Aufgrundder schmalen Bandbreite, in der der -Wert im be-

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Bild 2-5: Extrapolation der Spannungen an der Kronenspitzefr den linken Schweinahtbergang (a) bei zu kleinerSpaltgre, (b) bei ausreichender Spaltgre

trachteten Parameterbereich variiert, ist Lmax wei-testgehend von unabhngig. Es wurde daher indiesem Forschungsprojekt folgendes Mindestspalt-ma zugrunde gelegt:

mit Lmax nach Bild 2-7. Eine Zusammenstellung vonSpaltmaen aus der Literatur kann Tabelle 2-6 ent-nommen werden.

In der Regel wird der Entwurf eines KK-Knotens aufein minimales Spaltma abzielen. Um die Berech-nungsempfehlungen praxisnah zu gestalten undum dem planenden Ingenieur einen gewissen ge-stalterischen Freiraum zu gewhrleisten, wurden imRahmen dieses Forschungsvorhabens die folgen-den Spaltmae untersucht:

Variante 1: gL = gL,min (2.12)

Variante 2: gL = 2 gL,min (2.13)

2.5.8 Exzentrizitt e in Gurtlngsrichtung

Wie bereits in Kapitel 2.5.7 eingefhrt, kann die inGurtlngsrichtung vorhandene Exzentrizitt infolgedes Spaltmaes gL ber die Beziehung (2.6 b) er-mittelt werden. Da das Spaltma vom gestalteri-schen Standpunkt aus grere Bedeutung als dieExzentrizitt besitzt, wurde die Exzentrizitt zu-gunsten des Spaltmaes nicht als freier Parameterinnerhalb dieses Forschungsprojekts eingefhrt.

2.5.9 Exzentrizitt e im Querschnitt

Im Querschnitt wird von einem zentrischen An-schluss der Streben an das Gurtprofil ausgegan-gen, siehe Bild 2-2 (d).

2.5.10 Spaltma gQ im Querschnitt

Den Ausfhrungen in Kapitel 2.5.7 zum SpaltmagL in Gurtlngsrichtung folgend besteht fr dasSpaltma gQ im Querschnitt die gleiche Anforde-rung an die Schweibarkeit gem Beziehung (2.7)[DUTTA 1999, S. 195].

Unter Einbeziehung der Extrapolationsgrenzen er-gibt sich folgende Forderung:

als uere Extrapolationsgrenze am Sattel (sieheKapitel 5.2.2) und wGurt als Schweinahtspur aufdem Gurt am Sattel nach Bild 2-8.

Gem Beziehung (2.3) ergibt sich fr die betrach-tete Strebenneigung im Querschnitt von = 90und das betrachtete maximale Durchmesserver-hltnis 0,60 der in Bild 2-9 dargestellte Spalt imQuerschnitt.

Ein Vergleich von Bild 2-8 und Bild 2-9 zeigt, dassfr den untersuchten Parameterbereich sicherge-stellt ist, dass sich die Extrapolationsbereiche derSchweinhte nicht berlagern.

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Bild 2-6: Minimal erforderliche Spaltgre gL

Bild 2-7: Abhngigkeit von Extrapolationsgrenze Lmax undGurtdurchmesser d0

Tab. 2-6: Spaltmae gL aus der Literatur

Quelle gL

Straenbrcke Lully [DAUNER et al. 1998]

60 mm

Versuche an K-Knoten [ZIRN 1975]: = 0,5, = 0,5, d0 = 177,8 mm, = 45, = 8,9

52 mm

Nach Ansicht des Arbeitskreises zu diesem For-schungsvorhaben und in Abstimmung mit der DVSAG A5 Schweien im Bauwesen sollte unabhn-gig von der Beziehung (2.14) ein absolutes Min-destma von 25 mm fr den Spalt gQ eingehaltenwerden, vergleiche auch Tabelle 2-7.

2.5.11 Zusammenfassung

Im Kapitel 2.5 wurde der untersuchte Parameterbe-reich der Entwurfselemente eines KK-Knotens vor-gestellt. Fr den Straenbrckenbau konnte dabeider folgende Parameterbereich als relevant identifi-ziert werden:

0,50 0,60, 4 12, 0,25 0,75, = 90, 45 60,Spalt in Gurtlngsrichtung: gL = gL,min bzw. 2 gL,min,

Spalt im Querschnitt: gQ so gewhlt, dass sichkeine Ausmitte im Querschnitt ergibt.

2.6 Schweinahtausbildung

2.6.1 Nahtformen

Die Festlegung der Schweinahtform sollte sowohlmit Blick auf die Schweibarkeit als auch auf dieWirtschaftlichkeit erfolgen. Eine gute Schweibar-keit garantiert die Sicherheit und Zuverlssigkeitdes KK-Knotens durch fehler- und kerbarmeSchweinhte. Die Begrenzung der Nahtvolumenauf das Erforderliche sichert die Wirtschaftlichkeitder Bauweise.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurdenzwei alternative Schweinahtformen untersucht.Zum einen wurde eine umlaufende HV-Naht (Naht-form A) betrachtet, zum anderen eine an der Kro-nenspitze ausgefhrte HV-Naht, die an der Kronen-ferse in eine Kehlnaht (Nahtform B) bergeht. EinBeispiel fr erstere Schweinahtform ist das Via-duct von Lully, siehe Kapitel 2.7.1. Ebenfalls eineumlaufende HV-Naht wiesen die von [SCHUMA-CHER 2003] untersuchten Trgerversuche zu K-Knoten auf.

Im Kran- und Hochbau ist eine Kombination ausKehlnaht und HV-Naht (Nahtform B) blich, verglei-che [DUTTA 1999, DUTTA et al. 1998]. Die von[ROMEIJN 1994] durchgefhrten Trgerversuchemit KK-Knoten besaen eine solche Ausfhrung.Es zeigte sich, dass die Wurzellage der an der Kro-nenferse ausgefhrten Kehlnaht nicht gefhrdet ist.Der Riss ging in den Versuchen auch bei dieserNahtform immer vom Schweinahtbergang aus.

2.6.2 Bestehende Regelwerke

Nach den bestehenden Regelwerken ist die Ausbil-dung der beiden betrachteten Schweinahtformennicht eindeutig geregelt. Im Folgenden werden dieFestlegungen der wichtigsten Normen vorgestelltund diskutiert.

AWS

Die [AWS 2004] trifft fr die umlaufende HV-Nahtprzise Ausfhrungsbestimmungen, sowohl hin-sichtlich der Schweikantenvorbereitung als auchdes Schweinahtprofils.

Die Abbildung 3.10 in [AWS 2004] ist fr dynamischbeanspruchte Hohlprofilknoten anzuwenden, ver-gleiche Bild 2-11 (b) und Bild 2-12 (b), rechte Seite.Fr den im Brckenbau typischen Anwendungsbe-reich werden fr die Kronenspitze das Detail A undfr die Kronenferse das Detail C magebend.

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Bild 2-8: Erforderliche Spaltgre gQ

Bild 2-9: Gre des Spalts im Querschnitt bei = 0,6

Tab. 2-7: Bereits realisierte Spaltmae gQ aus der Literatur

Quelle gQ

Straenbrcke Lully [DAUNER et al. 1998]

26 mm

In Bild 2-10 b wird an einem Beispiel einer Stre-benneigung von 45 die Schweinahtvorbereitungfr eine HV-Naht an der Kronenferse gem AWS(Bild 2-11) dargestellt. Der Anstellwinkel derSchweikante muss hierbei in einer Bandbreite von22,5 bis 40 liegen. Mit Blick auf das Schwei-nahtvolumen sollte sich die Ausfhrung am Mini-malwert orientieren. Es zeigt sich jedoch, dass da-durch zwei Fertigungsprobleme entstehen. Zumeinen kann die Erfassung der Schweinahtwurzelnicht garantiert werden, zum anderen sind Binde-fehler an der flach geneigten oberen Schweinaht-flanke nicht ausgeschlossen.

Germanischer Lloyd

Von [Germanische Lloyd IV: 2005] wird fr alle Stre-benneigungen gem [Germanische Lloyd IV:2005], Bild 3.4.4 eine umlaufende HV-Naht alsStandardausfhrung vorgesehen, wenn ein Gegen-schweien der Wurzel nicht mglich ist. AndereAusfhrungen bedrfen einer gesonderten Zulas-sung durch GL Wind.

EN 1090-2

Dieses Regelwerk trifft grundstzlich Reglungen frgeschweite Konstruktionen des Stahlbaus, unab-hngig von der Art deren Beanspruchung. Im Ge-gensatz zu den amerikanischen AWS-Empfehlun-

gen, die eine Kombination von HV-Naht und Kehl-naht nicht ausdrcklich behandeln, sind im europi-schen Regelwerk, in [EN 1090-2:2005], Anhang E,Bild E.2a und b solche kombinierten Nahtformenausdrcklich erfasst. Allerdings sind die formulier-ten Ausfhrungsvorschlge zur Schweinahtprofi-lierung nur qualitativer Natur. Die Empfehlungenzur Schweikantenvorbereitung sind im Gegensatzdazu zwar prziser, aber nicht so detailliert wie beider AWS, vergleiche Bild 2-11 (b) und (c) sowie Bild2-12 (b) und (c), jeweils linke Seite.

DIN 18808

Diese deutsche Norm trifft grundstzlich nur Festle-gungen fr vorwiegend ruhend beanspruchte Hohl-profilkonstruktionen. Die Festlegungen sind vorallem qualitativer Natur [DIN 18808], Bild 11. Eswird empfohlen, an der Kronenspitze bei Streben-neigungen < 45 eine HV-Naht und bei Streben-neigungen von 45 eine Kehlnaht auszubilden.Fr die Kronenferse werden fr alle Strebenneigun-gen Kehlnhte zugelassen.

ENV 1993-1-1

Aus statischer Sicht soll gem [DIN V ENV 1993-1-1:1992] grundstzlich die Schweinahtbean-spruchbarkeit hher sein als die Beanspruchbarkeitder anzuschlieenden Strebe. Um ein frhzeitigesSchweinahtversagen unter statischen Einwirkun-gen zu vermeiden, sind nach [DIN V ENV 1993-1-1:1992] folgende Kehlnahtdicken einzuhalten:

a 0,84 t1 fr S235

a 0,87 t1 fr S275 (2.15)

a 1,01 t1 fr S355

Eine entsprechende Regelung ist in [DIN EN 1993-1-1] nur noch qualitativ formuliert.

2.6.3 Betrachtete Schweinahtausbildung

Auf der Grundlage der in Kapitel 2.6.2 vorgestelltenEmpfehlungen der internationalen Regelwerkewurde jeweils eine Schweinahtausbildung fr diebetrachteten Nahtformen A und B festgelegt, die imFolgenden detailliert beschrieben werden. Die inBild 2-15 bzw. Bild 2-16 dargestellte Schweinaht-ausbildung fr Strebenneigungen von 45 bzw. 60wird vorgeschlagen und wurde bei der numeri-schen Untersuchung zu den KK-Knoten zugrundegelegt.

18

Bild 2-10: Schweibarkeit der Kronenferse: (a) Schweikan-tenvorbereitung an der Kronenferse fr = 45 nachAWS, (b) kleinste Abmessungen der blichen Gas-dse fr MAG-Schweien

19

Bild 2-11: Empfohlene Nahtprofile nach EN 1090-2 und AWS, (a) Bereichsbersicht, (b) Kronenferse mit HV-Naht, (c) Kronenfersemit Kehlnaht

20

Bild 2-12: Empfohlene Nahtprofile nach EN 1090-2 und AWS, (a) Bereichsbersicht, (b) Kronenspitze, (c) Sattelbereich

Kronenspitze

An der Kronenspitze wurde fr die im Rahmen die-ses Forschungsvorhabens untersuchten Streben-neigungen stets eine HV-Naht ausgebildet, verglei-che Bild 2-15 (a), (b) bzw. Bild 2-16 (a), (b).

Das Bild 2-13 zeigt ein Beispiel fr eine kerbredu-zierte Nahtausbildung an der Kronenspitze. Deut-lich zu erkennen sind die Zusatzlagen, welche diegeometrische Kerbe am Schweinahtbergang re-duzieren sollen. Auf die Modellierung solcher Zu-satzlagen wurde jedoch konservativerweise ver-zichtet, auch mit Blick auf alternative Formen derKerbreduzierung wie dem WIG-Schmelzen, derSchweinahtnachbehandlung durch UIT und HIFitetc.

Sattelbereich

Im Bild 2-14 ist ein Ausfhrungsbeispiel eines K-Knotens abgebildet. Aufgrund des groen Durch-messerverhltnisses von = 0,80 trifft die Strebeunter einem stumpfen Winkel auf die Gurtwand. DieSchweinaht ist daher langgezogen und stellt imWesentlichen eine kontinuierliche Verlngerung derStrebenwand dar. Es wurde bereits in Kapitel 2.5.2darauf hingewiesen, dass sich bei KK-Knoten diemglichen Durchmesserverhltnisse in einem klei-neren -Bereich von 0,50 bis 0,60 bewegen. DieSchweinhte fallen somit kleiner aus, stellen aberim Wesentlichen auch eine Verlngerung der Stre-benwand dar, siehe Bild 2-15 (c), (d) bzw. Bild 2-16(c), (d)

Kronenferse

An der Kronenferse wurden sowohl eine HV-Nahtals auch eine Kehlnaht untersucht, siehe Bild 2-15(e) bis (h) bzw. Bild 2-16 (e) bis (h). Die Kehlnaht-dicke wurde mit Blick auf die statischen Erforder-nisse gem [DIN V ENV 1993-1-1:1992] generellmit a = 1,1 t1 angesetzt.

Schweinahtverlauf

Die bergnge zwischen den unterschiedlichenNahtprofilen an der Kronenspitze, Sattel und Kro-nenferse wurden flieend modelliert. Im Falle derKombination aus HV-Naht und Kehlnaht (NahtformB) wurde davon ausgegangen, dass sich die HV-Naht ber 2/3 und die Kehlnaht ber 1/3 des Um-fangs erstrecken.

21

Bild 2-13: Beispiel fr die Schweinahtausbildung an der Kro-nenspitze [Quelle: Prof. BUCAK 2007]

Bild 2-14: Beispiel fr ein Schweinahtprofil am Sattel eines K-Knotens mit = 0,8 [Quelle: Prof. BUCAK 2007]

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Bild 2-15: Vorgeschlagene Schweinahtausbildung bei einer Strebenneigung von = 45

23

Bild 2-16: Vorgeschlagene Schweinahtausbildung bei einer Strebenneigung von = 60

2.7 Datenbank der ausgefhrtenBrcken

2.7.1 Viadukt Lully (Schweiz)

Ausfhrung: geschweite KK-Knoten (1997)Strebe: 267/11 25Gurt: 508/25 50 = 60, = 69 = 0,53, = 5,08 10,16 = 0,44 0,50Quelle: [SCHUMACHER 2003]

2.7.2 Dttwil (Schweiz)

Ausfhrung: geschweite KK-Knoten (2001)Strebe: 267/11 25Gurt: 508/50 = 60, = 69 = 0,53, = 5,08 = 0,22 0,50Quelle: [SCHUMACHER 2003]

2.7.3 Aarwangen (Schweiz)

Ausfhrung: geschweite K-Knoten (1997)Strebe: 194/20 28Gurt: 406/36 50 = 45 = 0,48, = 4,06 5,64 = 0,40 0,78Quelle: [SCHUMACHER 2003],

Foto: Jahrbuch Oberaargau 2000 Ursula Wittwer

2.7.4 Nesenbach (Deutschland)

Ausfhrung: KK-Gussknoten (1999)Strebe: 194/10 60Gurt: 324/16 80 = 46, = 102 = 0,60, = 2,03 10,13 = 0,63 0,75Quelle: [KUHLMANN et al.2002], Foto: H.-P. Gnther

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Bild 2.17: Viaduct Lully

Bild 2.18: Dttwil

Bild 2.19: Aarebrcke in Aarwangen (Bauzustand)

Bild 2.20: Nesenbachtalbrcke

2.7.5 Korntal-Mnchingen (Deutschland)

Ausfhrung: KK-Gussknoten (2002)Strebe: 267/28 45Gurt: 457/45 65 = 60, = 90 = 0,58, = 3,51 5,07 = 0,62 0,69Quelle: [KUHLMANN et al. 2002], Foto: H.-P. Gnther

2.7.6 Porto (Portugal)

Ausfhrung: Schweiknoten

Foto: B. Braun

2.7.7 St. Kilian (Deutschland)

Ausfhrung: Gussknoten (2006)Strebe: 298,5/25 60Gurt: 610/25 60 = 55, = 72 = 0,49, = 2,5 12,2 = 0,5 1,00Quelle: [DENZER et al. 2006], Foto: Kuhlmann

3 Bemessungsempfehlungen

3.1 Vorbemerkung

In diesem Kapitel werden die Empfehlungen fr dieBemessung des KK-Knotens im Straenbrckenbauauf Materialermdung zusammengefasst. Aufgrundder komplizierten Geometrie im Verschneidungsbe-reich von Gurt und Strebe des Hohlprofilknotens istes nicht mglich, eine Nennspannung zu definieren.Diese ist jedoch die Voraussetzung fr die Anwen-dung des Standardverfahrens nach Eurocode 3 [DINEN 1993, Teil 1-9], des Nennspannungskonzepts.Daher muss der Ermdungsnachweis nach demsog. Strukturspannungskonzept erfolgen. Das Struk-turspannungskonzept fhrt den Nachweis auf einerSpannungsebene, auf der die Spannungserhhunginfolge des versteifenden Einflusses der Schwei-naht bercksichtigt wird. Der Grundgedanke desStrukturspannungskonzeptes lsst sich nach [HAI-BACH 1989] wie folgt zusammenfassen: BeimNachweis auf der Strukturspannungsebene stehtnicht das konstruktive Detail (d. h. der KK-Knoten),sondern die Schweikerbe (d. h. die Kehlnaht bzw.HV-Naht) im Vordergrund. Es wird davon ausgegan-gen, dass jede Schweikerbe in ein sie umgebendesStrukturspannungsfeld eingebettet ist. Die Struktur-spannungen stehen fr eine definierte Schweiker-

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Bild 2.21: Korntal-Mnchingen

Bild 2.22: Porto

Bild 2.23: St. Kilian

be in einem festen Verhltnis zur Kerbspannung.Der Vorteil bei der Verwendung der Strukturspan-nungen besteht darin, dass sie sich einfacher als dieKerbspannungen ermitteln lassen.

Das Strukturspannungskonzept ist an die Voraus-setzung geknpft, dass die Rissinitiierung amSchweinahtbergang und nicht an der unzugng-lichen Schweinahtwurzel erfolgt. Durch umfang-reiche Versuche [ROMEIJN 1994, SCHUMACHER2003] konnte diese Annahme fr Hohlprofilknotenbesttigt werden.

3.2 Nachweis

Der Ermdungsnachweis nach dem Strukturspan-nungskonzept weist gem [DIN EN 1993-1-9:2005] folgendes Format auf:

mit hs als einwirkende Beanspruchung undFAT als charakteristischer Widerstandswert ent-sprechend der der Schweikerbe zugeordnetenStrukturspannungs-Whlerlinie. Die Gre des Teil-sicherheitsbeiwerts der Widerstandsseite Ff richtetsich nach der Anforderung an die Zuverlssigkeitund die zu erwartenden Schadensfolgen und wirdin [DIN EN 1993, Teil 1-9], Kapitel 3 geregelt. DerTeilsicherheitsfaktor der Einwirkung betrgt in derRegel Mf = 1,00.

3.3 Widerstnde

Auf der Widerstandseite ist der charakteristischeFestigkeitswert der entsprechenden Strukturspan-nungs-Whlerlinie anzusetzen. Fr Hohlprofilknotenwerden in [ZHAO et al. 2002] eigene Whlerliniendefiniert, vergleiche Bild 3-1. Durch die Blechdi-ckenabhngigkeit der Whlerlinien wird dabei derMastabseffekt bercksichtigt. Eine Verwendungdes Kerbfallkatalogs nach [DIN EN 1993, Teil 1-9],Anhang A ist nicht mglich, da die dort hinterlegtenKerbdetails in der Regel beidseitig angeordneteSchweinhte besitzen. Des Weiteren bercksich-tigt der Anhang A nicht den Mastabseffekt. Da imStraenbrckenbau vorrangig dickwandige Hohlpro-file eingesetzt werden, besitzt jedoch der Mastabs-effekt hier eine entsprechend groe Bedeutung.

Zwischen den Strukturspannungs-Whlerliniennach [ZHAO et al. 2002] und dem Kerbfallkatalog

nach [DIN EN 1993, Teil 1-9] besteht eine Verbin-dung. Der Festigkeitswert nach [DIN EN 1993, Teil1-9] fr den Kerbfall 112 ist mit dem Einhngepunktder Kurve t = 16 mm bei 2 Millionen nach [ZHAO etal. 2002] identisch, vergleiche Bild 3-1.

An dieser Stelle muss darauf hingewiesen werden,dass die Untersuchungen zum Mastabseffektnoch nicht abgeschlossen sind. Experimentelle Un-tersuchungen zu den Ermdungswiderstnden vonKK-Knoten mit den im Brckenbau typischenWanddickenverhltnissen liegen derzeit nicht vor,sind aber Gegenstand der Forschung [NUSSBAU-MER, BORGES 2008]. Der Ansatz der Ermdungs-widerstnde gem Bild 3-1 stellt somit eineNhrung dar.

Aus baurechtlicher Sicht sind zum Zeitpunkt derDrucklegung dieses Berichts weder [DIN EN 1993,Teil 1-9], Anhang A noch [ZHAO et al. 2002] bau-aufsichtlich eingefhrt. Dem Tragwerksplaner wirddaher empfohlen, rechtzeitig die verantwortlicheBauaufsichtsbehrde in seine Planung einzubin-den.

Eine Erhhung der Festigkeitswerte, wie sie bei-spielsweise bei einer Schweinahtnachbehandlungzu erwarten ist, ist nach dem derzeitigen Stand derForschung noch nicht zuverlssig quantifizierbar,auch wenn zum Beispiel [HOBBACHER 2003] ba-sierend auf [HAAGENSEN, MADDOX 2006] Er-hhungsfaktoren empfiehlt.

Fr Wanddicken grer als 50 mm wird auf die stei-gende Sprdbruchgefhrdung hingewiesen, dieeine Extrapolation der Kurvenschar nach Bild 3-1nach Meinung der Autoren ohne zustzliche Versu-che nicht zulsst.

26

Bild 3-1: Ermdungsfestigkeiten nach [ZHAO et al. 2002]

3.4 Einwirkungen

3.4.1 Vorbemerkung

Die Ermittlung der Strukturspannungen kann ent-weder ber eine rein elastische Analyse auf derGrundlage der Finiten Elemente oder unter Ver-wendung von SCF-Werten erfolgen.

3.4.2 Strukturspannungen durch FEA

Eine Mglichkeit, Strukturspannungen eines KK-Knotens zu errechnen, bildet eine Finite-Elemente-Analyse (FEA), in der der KK-Knoten aus einementsprechend feinen Netz aus Hexaeder-Elemen-ten abgebildet wird. Die Gewinnung von Struktur-spannungen aus einer Finite-Elemente-Analysewird in der Praxis die Ausnahme bilden, da siehohe Anforderungen an die Modellierung stellt,siehe hierzu Kapitel 5. Besonders hervorgehobenwerden soll, dass eine Verifizierung des Finite-Ele-mente-Modells an Versuchsdaten zur Absicherungder numerischen Simulation als absolut notwendigerachtet wird. Des Weiteren wird darauf hingewie-sen, dass die Strukturspannungen kein unmittelba-res Ergebnis der FE-Berechnung sind. Bei denStrukturspannungen handelt es sich um theoreti-sche Spannungen, die ber eine Extrapolation ge-wonnen werden mssen. Eine Verwendung der un-mittelbaren FE-Spannungen am Schweinahtber-gang kann unter Umstnden die Strukturspannun-gen unterschtzen, da die meisten Postprozesso-ren die Spannungen am Schweinahtbergangaus den benachbarten Elementen unterschiedli-cher Dicke mitteln.

3.4.3 Strukturspannungen durch SCF-Werte

Eine praxisnahe Alternative stellt die Verwendungvon SCF-Werten dar, die ber einen Abgleich mitVersuchsdaten abgesichert worden sind. Diese Va-riante der Strukturspannungsermittlung erbrigteine aufwndige Finite-Elemente-Analyse desHohlprofilknotens mit Hexaeder- oder Tetraeder-Elementen. Bei dieser Vorgehensweise erfolgt dieBerechnung der Strukturspannungen direkt ausden Nennspannungen, das heit aus den Span-nungen, die sich aus den Stabschnittgren erge-ben. Diese Nennspannungen werden durch eineMultiplikation mit den SCF-Werten auf das Niveauder Strukturspannungen angehoben.

3.4.4 Konzept der lastfallabhngigen SCF-Werte

Die SCF-Werte (und somit die Strukturspannungen)werden in der Regel nicht fr eine Lastkombinationaus Normalkraft und Moment in Gurt und Streben er-mittelt, da sie dann nur fr diese eine Kombinationzutrfen. Damit die SCF-Werte Allgemeingltigkeitbesitzen, werden sie fr einzelne Elementarlastflledefiniert. Die Elementarlastflle knnen wiederumdurch beliebige Kombination zur tatschlichen Be-lastungssituation zusammengesetzt werden.

Die berlagerung der Elementarlastflle ist an zweiVoraussetzungen geknpft. Die erste Voraussetzungeines solchen Vorgehens ist eine elastische Bean-spruchung des KK-Knotens. Diese Voraussetzungist erfllt, da bei Materialermdung im Zeitfestig-keits- und Dauerfestigkeitsbereich Plastizierungenunter den ermdungswirksamen Beanspruchungenausgeschlossen werden mssen. Des Weiteren istes erforderlich, dass die Richtung der Strukturspan-nungen, welche die einzelnen SCF-Werte reprsen-tieren, nicht vom Elementarlastfall abhngig ist.Auch diese Voraussetzung ist erfllt, da nur diesenkrecht zum Schweinahtbergang wirkendenSpannungsanteile, die sog. primren Spannungen,als ermdungswirksam angesehen werden unddaher bercksichtigt werden. (Anmerkung: Im Ge-gensatz zu den primren Spannungen weisen dieHauptzugspannungen fr die unterschiedlichen Ele-mentarlastflle unterschiedliche Richtungen auf.)Siehe auch Kapitel 5.5.1 und [van WINGERDE etal.1998].

3.4.5 Elementarlastflle

In Bild 3-3 bis Bild 3-7 werden die im Rahmen die-ses Forschungsvorhabens betrachteten Elementar-lastflle dargestellt. Die angreifenden Schnitt-gren werden hierbei mit ihrer positiven Definitiondargestellt. Die dem jeweiligen Lastfall zugrunde zulegende Nennspannung (= Bezugsspannung frden SCF-Wert) ist in den jeweiligen Bildern defi-niert. Im Folgenden werden einige Erluterungenzu den Elementarlastfllen gegeben.

Gurtlastflle

Die Lastflle 1 bis 3 spiegeln die verschiedenenGurtbelastungen wider, Bild 3-3 (a) (c).

Strebennormalkraft

Die Lastflle 4 bis 6 reprsentieren den Lastfall derNormalkraftbelastung der Streben, Bild 3-3 (d).

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Hervorzuheben ist, dass die Strebennormalkrfteeiner Fachwerkwand mit gleichem Betrag ange-setzt werden und somit keine resultierende Verti-kalkraft aufweisen. Dieser Zustand ist annherndbei jedem Fachwerk gegeben, da die Normalkrftein einem Gleichgewichtszustand stehen. Untersu-chungen zeigen, dass die maximalen Abweichun-gen in Fachwerkkonstruktionen nicht mehr als 15 %betragen [KARAMANOS et al.1997] und daher ver-nachlssigt werden knnen.

Die Strebenlastflle erfordern bei der Ermittlung derSCF-Werte zustzliche berlegungen hinsichtlichder FE-Modellierung.

In den Strebenlastfllen knnen die im FE-Modellgewhlten Randbedingungen des untersuchten KK-Knotens (einseitige Einspannung, siehe Kapitel 5.2)resultierende Gurtnormalkrfte und/oder -biegungbewirken, die die Gre der SCF-Werte an den ein-zelnen Streben aufgrund ihrer unsymmetrischenVerteilung beeinflussen, vergleiche Bild 3-2. UmSCF-Werte zu erhalten, die unabhngig von den ge-whlten Randbedingungen des FE-Modells sind,mssen daher sog. Kompensationskrfte und/oder -momente auf den Gurt aufgebracht werden.

So fhren beispielsweise die Strebennormalkrftezu einer horizontalen Resultierenden im Gurt, die

mit einer entsprechenden kompensierenden Gurt-normalkraft ins Gleichgewicht gesetzt werdenmuss.

Siehe auch Bild 3-3.

Schlieen zustzlich die Streben auermittig anden Gurt an, so wird im KK-Knoten ein Exzentrizi-ttsmoment erzeugt, das aufgrund der betrachtetenGeometrien zu einer zustzlichen Biegebeanspru-chung des Gurts mit unsymmetrischer Verteilungfhrt. In einer Fachwerkkonstruktion wird das Ex-zentrizittsmoment im Wesentlichen auch alleinvom Gurt abgetragen (Trgheitsmomente der Stre-be und des Gurts stehen im Verhltnis 1:10 im be-trachteten Parameterbereich), jedoch wird sich dasBiegemoment gleichmig zu beiden Seiten desGurtes verteilen. Um diesen Einfluss der Randbe-dingungen im FE-Modell zu bereinigen, sind daherkompensierende Gurtmomente erforderlich, diesich bei einer positiven Ausmitte e bestimmen zu:

In [KARAMANOS et al.1997] wurden nur kompen-sierende Gurtnormalkrfte verwendet, da aus-schlielich KK-Knoten-Geometrien ohne AusmitteGegenstand der Betrachtung waren. Von [SCHU-MACHER 2003] wurden zwar ausmittige Knoten-geometrien untersucht, sie vernachlssigte aberdie Kompensationsmomente fr den Gurt.

Der Faktor m in den obigen Gleichungen wird alsGleichgewichtsfaktor eingefhrt und soll folgendenUmstand bercksichtigen: Auch wenn innerhalbeiner Fachwerkwand die Strebennormalkrftenherungsweise im Gleichgewicht stehen, so kn-nen doch Unterschiede zwischen den Fachwerk-wnden auftreten. Fr m = -1 stehen auch dieFachwerkwnde im vollstndigen Gleichgewicht.Durch Variation des Faktors m werden die sog.Carry-over-Effekte eingefangen, das heit der Ein-fluss auf die SCF-Werte fr die Streben der einenFachwerkwand, der von einer Belastung der ande-ren Fachwerkwand ausgeht.

Strebentorsion

Strebentorsionsbeanspruchungen werden nichtbercksichtigt, da sie durch eine Kombination derLastflle 7 bis 9 und 10 bis 12 dargestellt werdenknnen.

28

Bild 3-2: Gurtnormalkraftverteilung unter Strebenbelastung (a)ohne kompensierende Gurtnormalkraft, (b) mit kom-pensierender Gurtnormalkraft

Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerk-wand

Im Gegensatz zu den Strebennormalkrften, dieimmer im Gleichgewicht stehen, muss das fr dieBiegemomente in den Streben zwangslufig nichtzutreffen. Es werden daher zum einen drei Lastfl-le 7 bis 9 (m = -1, 0, +1) untersucht, bei denen dieStrebenbiegung in der Fachwerkwand, auf dieBezug genommen wird, im Gleichgewicht steht,siehe Bild 3-4. Zum anderen werden die gleichenLastflle mit unausgeglichener Strebenbiegung inden Fachwerkwnden untersucht (Lastflle 107 bis109), siehe Bild 3-5. Fr den letzten Fall sind wie-derum kompensierende Gurtmomente erforderlich.

Durch die Betrachtung dieser beiden Arten vonStrebenbiegung werden, wie bereits oben erwhnt,die sog. Carry-over-Effekte bercksichtigt.

Strebenbiegung aus der Ebene der Fachwerk-wand

Hier gelten gleichermaen die Anmerkungen zurStrebenbiegung in der Fachwerkebene, vergleichedie Lastflle 10 bis 12 in Bild 3-6 und die Lastflle110 bis 112 in Bild 3-7. Die Strebenbiegung aus derFachwerkwand heraus steht mit der Torsion im Gurtim Gleichgewicht. Da die Torsion nicht weiter be-trachtet wird, wurde fr diesen Elementarlastfall aufeine Kompensation verzichtet.

3.4.6 Superposition

Die Strukturspannung an einer Stelle i der Gurt-Streben-Verschneidung ergibt sich somit als Super-position der Strukturspannungen aus den Elemen-tarlastfllen zu:

Der erste Index der Spannungen und der zweiteIndex der SCF-Werte beziehen sich jeweils auf dieArt der Belastung (Normalkraft, Biegung in oder ausder Ebene) und der zweite bzw. dritte auf den be-lasteten Fachwerkstab (Gurt oder Strebe). DieLastflle der Strebenbiegung in der Ebene und aus

der Ebene der Fachwerkwand knnen jeweils berzwei Anteile verfgen (ausgeglichene und unaus-geglichene Strebenbiegung).

Auf den wissenschaftlichen Hintergrund, der fr dasVerstndnis der SCF-Ermittlung erforderlich ist,wird detailliert in Kapitel 5 eingegangen.

Die Nachweisfhrung wird im Kapitel 3.6 anhandeines Anwendungsbeispiels ausfhrlich erlutert.

3.5 Zusammenstellung der SCF-Werte

3.5.1 Vorbemerkung

Dieser Abschnitt beinhaltet eine Zusammenstellungder SCF-Werte fr die einzelnen Elementarlastfllein Diagrammform. Die SCF-Werte werden in derSystematik von CIDECT [ZHAO et al. 2002] fr achtStellen auf der Verschneidungskurve von Strebeund Gurt angegeben. Ausgehend von einem Basis-wert SCF0, der fr die Geometriekombination = 12und = 0,5 bei Ausfhrung der Nahtform A und desMindestspaltmaes bestimmt wird, werden die SCFfr beliebige Kombinationen von und und ab-weichende Nahtformen und Spaltmae ber Kor-rekturfaktoren ermittelt. Dieses Vorgehen erfolgtorts- und lastfallbezogen.

3.5.2 Auswertungsorte

Fr die in Bild 3-8 dargestellten acht Stellen knnendie SCF-Werte der folgenden Zusammenstellungentnommen werden, siehe Bild 3-9 bis Bild 3-106.

Der maximale SCF-Wert pro Lastfall tritt teilweisenicht exakt an einer der acht Stellen auf. Dieser Um-stand ist bei der Bemessung zu bercksichtigen.[KUHLMANN, EULER 2008] enthlt detaillierte An-gaben, die hier zusammenfassend ausgewertetsind.

Fr Auswertungsorte, bei denen der SCF-Wert ver-nachlssigbar klein ist, wurde auf die Darstellung inden folgenden Diagrammen verzichtet.

Lastfall 1

Fr den Gurt ergibt sich fr folgende Auswertungs-orte ein vernachlssigbar kleiner SCF-Wert: Stellen03, 07.

Lastfall 2 und 3

Fr den Gurt ergibt sich fr folgende Auswertungs-orte ein vernachlssigbar kleiner SCF-Wert: Stellen

29

30

Bild 3-3: Untersuchte Lastflle mit Angabe der Nennspannung: (a) bis (c) Gurtlastflle, (d) bis (g) Strebennormalkraft

31

Bild 3-4: Untersuchte Lastflle mit Angabe der Nennspannung: (a) bis (d) ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fach-werkwand

Bild 3-5: Untersuchte Lastflle mit Angabe der Nennspannung: (a) bis (d) unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fach-werkwand

02, 03, 04, 07 fr Lastfall 2 und Stellen 03, 06, 07,08 im Lastfall 3.

Fr die Strebe wurde auf eine Vertafelung der SCF-Werte fr den Lastfall 3 verzichtet, da Tabelle 3-1gilt.

32

Bild 3-6: Untersuchte Lastflle mit Angabe der Nennspannung: (a) bis (c) unausgeglichene Strebenbiegung aus der Ebene derFachwerkwand

Bild 3-7: Untersuchte Lastflle mit Angabe der Nennspannung: (a) bis (c) ausgeglichene Strebenbiegung aus der Ebene der Fach-werkwand

Lastfall 7 bis 9

Fr die Strebe ergibt sich fr folgende Auswer-tungsorte ein vernachlssigbar kleiner SCF-Wert:Stellen 13, 17.

Lastfall 10 bis 12 bzw. 110 bis 112

Fr den Gurt und die Strebe ergibt sich fr folgen-de Auswertungsorte ein vernachlssigbar kleinerSCF-Wert: Stellen 01, 05, 11, 15.

3.5.3 Mindestwerte der SCF

In [ZHAO et al. 2002] werden fr die einzelnen Ele-mentarlastflle Mindestwerte definiert. In [van WIN-GERDE et al. 2001] wird erlutert, dass der Hinter-grund der Mindestwerte aus der Vereinfachung derBemessungshilfen resultiert. Es zeigt sich jedoch,dass vor allem fr kleine Gurtschlankheiten dieseMindestwerte zu einer teilweise sehr auf der siche-ren Seite liegenden Spannungsermittlung fhren.Des Weiteren ist zu bedenken, dass sich die Fragenach Mindest-SCF-Werten bei einer FE-Berech-nung unter kombinierter Belastung (= Kombinationaus mehreren Elementarfllen) gar nicht stellt. Eswurde daher im Sinne einer wirtschaftlichen Ausle-gung der KK-Knoten auf die Definition von Mindest-SCF-Werten verzichtet.

33

Bild 3-8: Auswertungsorte entlang der Verschneidung von Gurt und Bezugsstrebe

Tab. 3-1: SCF-Werte der Strebe im Lastfall 3

Stelle im Lastfall 3identisch mit Stelle im Last-

fall 2

11 11

12 18

13 17

14 16

15 15

16 14

17 13

18 12

3.5.4 Anwendung der SCF-Diagramme

Die Darstellung der SCF-Verlufe orientiert sich ander Darstellungsweise in CIDECT [ZHAO et al.2002]. Die Diagramme einer Seite gelten jeweils freinen Lastfall und eine Auswertungsstelle fr denGurt oder fr die Strebe.

Das jeweils oberste Diagramm zeigt den SCF0-Ver-lauf fr den sog. Standardfall mit =12, = 0,5,Nahtform A und einfaches Mindestspaltma. Han-delt es sich bei dem betrachteten Elementarlastfallum einen Strebenlastfall, so wird ferner davon aus-gegangen, dass der Gleichgewichtsfaktor m = 0 be-trgt. Das heit, eine K-Knotenbelastung (nur zweibelastete Streben) bildet hier die standardmigeBelastung.

Fr abweichende Geometrien bzw. Belastungensind Korrekturfaktoren anzuwenden, sodass sichder endgltige SCF-Wert wie folgt zusammen-setzt:

Korrekturfaktor K1

Dieser Faktor bercksichtigt eine Abweichung derbetrachteten Geometrie vom Standardfall mit = 12und = 0,5.

Korrekturfaktor K2

Dieser Faktor wird nur fr die Strebenlastflle defi-niert. Er bercksichtigt eine andere als die K-Kno-tenbelastung. Es ist zu beachten, dass der Korrek-turfaktor K2 zum Faktor K1 addiert wird, siehe Glei-chung (3.8).

Korrekturfaktor K3

Hiermit wird der Einfluss einer Verdopplung desSpaltmaes gL bercksichtigt.

Korrekturfaktor K4

Hiermit wird der Einfluss der Nahtform B, das heitder Fersenkehlnaht, bercksichtigt.

Hinweise

Der Korrekturfaktor K1 ist im zweiten Diagrammund die Korrekturfaktoren K2 bis K4 sind im Kastenam unteren Blattrand der folgenden Bilder hinter-legt. Die Korrekturfaktoren nhern in der Mehrzahl

die Ergebnisse der FE-Untersuchungen mit kleiner10 % an.

Die Korrekturwerte K3 und K4 stellen eine Nhe-rung dar, da sie unabhngig vom Gleichgewichts-faktor m sowie den Parametern , , gelten. Damitdie Nherung zu sicheren Ergebnissen fhrt, ist fol-gender Grundsatz zu beachten:

Wirkt der betrachtete Lastfall in der Kombinationaller Lastflle gnstig, dann sollten KorrekturwerteK3 > 1 und K4 > 1 nicht in Ansatz gebracht werden.

34

35

Bild 3-9: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Kronenspitze (01), Gurt

36

Bild 3-10: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Zwischenposition (02), Gurt

37

Bild 3-11: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Zwischenposition (04), Gurt

38

Bild 3-12: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Kronenferse (05), Gurt

39

Bild 3-13: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Zwischenposition (06), Gurt

40

Bild 3-14: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Zwischenposition (08), Gurt

41

Bild 3-15: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Kronenspitze (11), Strebe

42

Bild 3-16: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Zwischenposition (12), Strebe

43

Bild 3-17: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), uerer Sattel (13), Strebe

44

Bild 3-18: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Zwischenposition (14), Strebe

45

Bild 3-19: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Kronenferse (15), Strebe

46

Bild 3-20: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Zwischenposition (16), Strebe

47

Bild 3-21: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), innerer Sattel (17), Strebe

48

Bild 3-22: SCFax,ch fr Lastfall 1 (Gurtnormalkraft), Zwischenposition (18), Strebe

49

Bild 3-23: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung in der Ebene), Kronenspitze (01), Gurt

50

Bild 3-24: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung in der Ebene), Kronenferse (05), Gurt

51

Bild 3-25: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung in der Ebene), Zwischenposition (06), Gurt

52

Bild 3-26: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung in der Ebene), Zwischenposition (08), Gurt

53

Bild 3-27: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung), Kronenspitze (11), Strebe

54

Bild 3-28: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung), Zwischenposition (12), Strebe

55

Bild 3-29: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung), uerer Sattel (13), Strebe

56

Bild 3-30: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung), Zwischenposition (14), Strebe

57

Bild 3-31: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung), Kronenferse (15), Strebe

58

Bild 3-32: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung), Zwischenposition (16), Strebe

59

Bild 3-33: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung), innerer Sattel (17), Strebe

60

Bild 3-34: SCFipb,ch fr Lastfall 2 (Gurtbiegung), Zwischenposition (18), Strebe

61

Bild 3-35: SCFopb,ch fr Lastfall 3 (Gurtbiegung aus der Ebene), Kronenspitze (01), Gurt

62

Bild 3-36: SCFopb,ch fr Lastfall 3 (Gurtbiegung aus der Ebene), Zwischenposition (02), Gurt

63

Bild 3-37: SCFopb,ch fr Lastfall 3 (Gurtbiegung aus der Ebene), Zwischenposition (04), Gurt

64

Bild 3-38: SCFopb,ch fr Lastfall 3 (Gurtbiegung aus der Ebene), Kronenferse (05), Gurt

65

Bild 3-39: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Kronenspitze (01), Gurt

66

Bild 3-40: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Zwischenposition (02), Gurt

67

Bild 3-41: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), uerer Sattel (03), Gurt

68

Bild 3-42: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Zwischenposition (04), Gurt

69

Bild 3-43: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Kronenferse (05), Gurt

70

Bild 3-44: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Zwischenposition (06), Gurt

71

Bild 3-45: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), innerer Sattel (07), Gurt

72

Bild 3-46: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Zwischenposition (08), Gurt

73

Bild 3-47: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Kronenspitze (11), Strebe

74

Bild 3-48: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Zwischenposition (12), Strebe

75

Bild 3-49: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), uerer Sattel (13), Strebe

76

Bild 3-50: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Zwischenposition (14), Strebe

77

Bild 3-51: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Kronenferse (15), Strebe

78

Bild 3-52: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Zwischenposition (16), Strebe

79

Bild 3-53: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), innerer Sattel (17), Strebe

80

Bild 3-54: SCFax,br fr Lastfall 4, 5, 6 (Strebennormalkraft), Zwischenposition (18), Strebe

81

Bild 3-55: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Kronenspitze (01), Gurt

82

Bild 3-56: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposition (02),Gurt

83

Bild 3-57: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), uerer Sattel (03), Gurt

84

Bild 3-58: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposition (04),Gurt

85

Bild 3-59: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Kronenferse (05), Gurt

86

Bild 3-60: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposition (06),Gurt

87

Bild 3-61: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), innerer Sattel (07), Gurt

88

Bild 3-62: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposition (08),Gurt

89

Bild 3-63: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Kronenspitze (11), Strebe

90

Bild 3-64: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposition (12),Strebe

91

Bild 3-65: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposition (14),Strebe

92

Bild 3-66: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Kronenferse (15), Strebe

93

Bild 3-67: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposition (16),Strebe

94

Bild 3-68: SCFipb,br fr Lastfall 7, 8, 9 (ausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposition (18),Strebe

95

Bild 3-69: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Kronenspitze(01), Gurt

96

Bild 3-70: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposi-tion (02), Gurt

97

Bild 3-71: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenpositi-on (04), Gurt

98

Bild 3-72: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Kronenferse(05), Gurt

99

Bild 3-73 SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenpositi-on (06), Gurt

100

Bild 3-74: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposi-tion (08), Gurt

101

Bild 3-75: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Kronenspitze(11), Strebe

102

Bild 3-76: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposi-tion (12), Strebe

103

Bild 3-77: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), uerer Sattel(13), Strebe

104

Bild 3-78: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposi-tion (14), Strebe

105

Bild 3-79: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Kronenferse(15), Strebe

106

Bild 3-80: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenposi-tion (16), Strebe

107

Bild 3-81: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), innerer Sattel(17), Strebe

108

Bild 3-82: SCFipb,br fr Lastfall 107, 108, 109 (unausgeglichene Strebenbiegung in der Ebene der Fachwerkwand), Zwischenpositi-on (18), Strebe

109

Bild 3-83: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgeglichene Strebenbiegung aus Fachwerkwand), Zwischenposition (02), Gurt

110

Bild 3-84: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgeglichene Strebenbiegung aus Fachwerkwand), uerer Sattel (03), Gurt

111

Bild 3-85: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgeglichene Strebenbiegung aus Fachwerkwand), Zwischenposition (04), Gurt

112

Bild 3-86: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgeglichene Strebenbiegung aus Fachwerkwand), Zwischenposition (06), Gurt

113

Bild 3-87: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgeglichene Strebenbiegung aus Fachwerkwand), innerer Sattel (07), Gurt

114

Bild 3-88: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgeglichene Strebenbiegung aus Fachwerkwand), Zwischenposition (08), Gurt

115

Bild 3-89: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgeglichene Strebenbiegung aus Fachwerkwand), Zwischenposition (12), Strebe

116

Bild 3-90: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgeglichene Strebenbiegung aus Fachwerkwand), uerer Sattel (13), Strebe

117

Bild 3-91: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgeglichene Strebenbiegung aus Fachwerkwand), Zwischenposition (14), Strebe

118

Bild 3-92: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgeglichene Strebenbiegung aus Fachwerkwand), Zwischenposition (16), Strebe

119

Bild 3-93: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgeglichene Strebenbiegung aus Fachwerkwand), innerer Sattel (17), Strebe

120

Bild 3-94: SCFopb,br fr Lastfall 10, 11, 12 (unausgegli