Authors: Klostermann, Oliver
Title: Zum Tragverhalten von lasergeschweißten Stahlhohlplatten im Brückenbau
Language (ISO): de
Abstract: Abstract: In contrast to the widely used orthotropic plate in steel bridge constructions, hollow plates provide higher longitudinal and transverse load capacities and also a better load distribution perpendicular to the webs in the area of locally concentrated wheel loads. However a cost-efficient assembly of hollow plates was not possible with current welding methods so far. By now modern laser welding methods enable the assembling of these hollow plates with their statical and structural advantages in an economic way, like in the maritime application where laser-welded steel hollow plates are successfully used since the mid-1990s. Therefore previous studies on the load bearing behavior of hollow plates refer only to the typical dimensions of the plates on maritime application with a cover sheet thickness ≤ 4 mm. Research with the dimensions and sheet thicknesses which are normally used in steel bridge constructions are not provided. This study investigates the structural behavior of laser-welded hollow plates in the geometry and thickness range of steel bridges and corresponding load cases. Based on the examination of existing calculation methods, the main parameters influencing the structural performance were analyzed and the relevant effects in the area of local load introduction were identified by own experimental and extensive numerical investigations. The results of this analysis were used to develop a simplified approach to determining the main cover sheet tensions in the area of locally concentrated wheel loads. For two decisive load cases the approach is prepared in form of a design manual. For the certain use of hollow plates for example in the maritime application, in steel bridge construction or in steel building construction the various load cases can be reduced to a few corresponding cases. For these decisive load cases calculation methods can be developed according to the models and methods used in this work. -
Zusammenfassung: Im Stahlbrückenbau bieten Hohlplatten als Fahrbahnplatten gegenüber der üblichen orthotropen Platte prinzipiell höhere Längs- und Quertragfähigkeiten sowie eine bessere Lastquerverteilung im Bereich lokal konzentrierter Radlasten. Der Einsatz der Stahlhohlplatte war dem Brückenbau jedoch auf Grund der sehr aufwendigen Herstellungsmethode bisher verwehrt. Mit der Entwicklung der Laserschweißtechnik besteht nun die Möglichkeit, die Hohlplatten mit ihren statisch konstruktiven Vorteilen gegenüber der orthotropen Platte dem Brückenbau zugänglich zu machen. Als Vorbild dient hier der Schiffsbau, in dem seit Mitte der 90`er Jahre Stahlhohlplatten als Schiffsdecks, Balkone und Treppenpodeste erfolgreich eingesetzt werden. Bisherige Forschungen zum Tragverhalten beziehen sich jedoch ausschließlich auf die typischen Hohlplattenabmessungen der maritimen Anwendung mit Deckblechdicken ≤ 4 mm. Forschungen im Hinblick auf die im Stahlbrückenbau notwendigen Blechdicken und Dimensionen fehlen gänzlich. In der vorliegenden Arbeit wird das Tragverhalten von lasergeschweißten Stahlhohlplatten im Geometrie- und Blechdickenbereich sowie unter den Lastansätzen des Stahlbrückenbaus untersucht. Aufbauend auf der Untersuchung bestehender Berechnungsansätze für Hohlplattenstrukturen werden durch eigene experimentelle und umfangreiche numerische Untersuchungen die wesentlichen Einflussparameter auf das Tragverhalten analysiert sowie die maßgebenden Effekte auf die Spannungsverteilung in den Deckblechen im lokalen Lasteinleitungsbereich identifiziert. Mit den Ergebnissen dieser Analysen wird ein Konzept zur vereinfachten Ermittlung der maßgebenden Deckblechspannungen im Bereich lokal konzentrierter Einzelradlasten entwickelt und für zwei maßgebende Lastfälle für die praktische Anwendung in Form von Bemessungshilfen aufbereitet. Je nach Anwendungsfall der Hohlplatte z.B. in der maritimen Anwendung, im Stahlhoch- oder Stahlbrückenbau lassen sich in der Regel die Lastfälle für die Nachweisführung auf einige wenige Lastfälle reduzieren. Entsprechend der in dieser Arbeit verwendeten Methoden und Modelle können für diese maßgebenden Lastfälle, speziell zugeschnitten auf die jeweiligen Anwendungsfälle, Hilfsmittel für die entsprechenden Parameterbereiche entwickelt werden.
Subject Headings: Brückenbau
Laserschweißen
Stahlbau
Stahlhohlplatte
Tragverhalten
URI: http://hdl.handle.net/2003/29375
http://dx.doi.org/10.17877/DE290R-3329
Issue Date: 2012-03-06
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