Zur Schubsteifigkeit von Ständerrahmen aus dünnwandigen, kaltgeformten Stahlprofilen - Schneider, Stephan (Technische Universität Dortmund, 2021)
Hochregallager bilden heutzutage in nahezu allen Bereichen der Wirtschaft einen wichtigen Baustein zur effizienten Steuerung von Warenströmen. Für den Bau von Hochregallagern wird überwiegend auf dünnwandige, kaltgeformte Profile aus Baustahl zurückgegriffen. Ein zentrales Element bilden dabei die fachwerkartigen Ständerrahmen, die sowohl für den vertikalen Lastabtrag als auch für die räumliche Aussteifung eingesetzt werden. Konstruktionsbedingt weisen diese Ständerrahmen im Vergleich zu einem Fachwerk eine signifikant reduzierte Schubsteifigkeit auf. Grundlagen für eine umfassende analytische Ermittlung der Schubsteifigkeit fehlen bisher, sodass es gängige Praxis ist, die Schubsteifigkeit experimentell zu bestimmen. Diese Herangehensweise ist sehr zeit- und kostenintensiv und verhindert eine gezielte Optimierung der hoch beanspruchten Regaltragwerke. Genau hier setzt die vorliegende Arbeit an. Es werden zunächst die verfügbaren Ergebnisse von Rahmenschubversuchen aus der Literatur sowie der Forschung und Entwicklung von verschiedenen Regalherstellern zusammengetragen, und die Datenbank durch ein eigenes Versuchsprogramm erweitert. Das Trag- und Verformungsverhalten der Ständerrahmen ist – nach einer kritischen Auseinandersetzung zur Durchführung und Auswertung von Rahmenschubversuchen – mithilfe von räumlichen FE-Modellen weiter untersucht worden. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse haben dazu beigetragen, die maßgebenden Einflussfaktoren zu identifizieren und ein analytisches Modell in Anlehnung an die Komponentenmethode zu entwickeln, mit dem die Schubsteifigkeit der Ständerrahmen realitätsnah bestimmt werden kann. Hierfür sind insgesamt acht Komponenten definiert und die zur Ermittlung der anteiligen Schubsteifigkeit benötigten Steifigkeitskoeffizienten hergeleitet worden. Für die Schlüsselkomponenten Schraubenbiegung und Lochleibung sind zudem Komponentenversuche durchgeführt worden, um die analytischen Modelle zu verifizieren. Die anteiligen Schubsteifigkeiten können in Anlehnung an die Arbeiten von Engesser in einem Gesamtmodell zur Schubsteifigkeit der Ständerrahmen zusammengefasst werden. Die Eignung des Gesamtmodells ist durch Vergleichsrechnungen zu Rahmenschubversuchen bestätigt und für die baupraktische Anwendung aufbereitet worden. Komplettiert wird die Arbeit durch weiterführende Untersuchungen zu schlupfbedingten Verformungen und Sensitivitätsstudien für Regaltragwerke. Mithilfe der Ergebnisse der Forschungsarbeit ist es nun möglich, die für den Regalbau typischen Ständerrahmen gezielt zu optimieren und weiterzuentwickeln, ohne dabei auf experimentelle Untersuchungen angewiesen zu sein. Die enge Anbindung an das Konzept der Komponentenmethode erlaubt zudem eine einfache Integration der Forschungsergebnisse in die Stahlbaunormung.
Schriftenreihe Stahlbau;11
Keywords: Hochregallager; Schubsteifigkeit; Ständerrahmen; Komponentenmethode; 690; Hochregallager; Schubsteifigkeit; Finite-Elemente-Methode