Tragfähigkeit von Stäben aus Baustahl

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Ermittlung der Tragfähigkeit von Stäben aus Baustahl unter Berücksichtigung des nichtlinearen Tragverhaltens und von Stabilitätseinflüssen. Darüber hinaus werden Nachweisverfahren und -methoden hinsichtlich ihrer Eignung zur Erfassung des Tragverhaltens und der sicheren Ermittlung der Tragfähigkeit untersucht. Für das Biegeknicken gewalzter I-Profile unter planmäßiger Druckbeanspruchung werden außerdem genaue Grenztragfähigkeiten für unterschiedliche Stahlgüten ermittelt und davon ausgehend geometrische Ersatzimperfektionen abgeleitet sowie Abminderungsfaktoren K festgelegt. Das geometrisch und physikalisch nichtlineare Tragverhalten wird anhand theoretischer und experimenteller Untersuchungen eingehend analysiert. Es wird gezeigt, dass das Eigenwertversagen des teilplastizierten Systems in vielen Fällen die Versagensursache darstellt, wenn der Querschnitt ganz oder teilweise durch Druckspannungen beansprucht ist. Die genaueste Erfassung des Tragverhaltens und der Tragfähigkeit ermöglicht eine Berechnung nach der Fließzonentheorie. Die sichere Anwendung der Fließzonentheorie setzt weitreichende Kenntnisse voraus und ist wegen des numerischen Aufwandes nur mit Hilfe entsprechender Computerprogramme möglich. Daher sind für die Bemessungspraxis vereinfachte Nachweisverfahren von großer Bedeutung die mit einem geringeren Aufwand als die Fließzonentheorie eine sichere und genaue Bemessung für baupraktisch relevante Anwendungsfälle ermöglichen. Sowohl das K-Verfahren als auch das Ersatzimperfektionsverfahren mit direkter Anwendung der Theorie 11. Ordnung sind solche vereinfachten Verfahren. Vor dem Hintergrund exemplarisch festgestellter Abweichungen wird die Frage geklärt, wie sicher und genau die Tragfähigkeiten für das Biegeknicken gewalzter I-Profile bei planmäßiger Druckbeanspruchung mit den genannten Näherungsverfahren ermittelt werden können. Durch die Bereitstellung genauer Grenztragfähigkeiten nach der Fließzonentheorie wird die Überprüfung ermöglicht und in Zukunft für einen Großteil der Anwendungsfälle eine deutlich wirtschaftlichere Bemessung erreicht. Das gilt in besonderem Maße für Profile mit höheren Stahlgüten, für die bislang keine gesonderten Regelungen vorhanden waren. Dazu wird eine neue Knickspannungslinie eingeführt und eine neue Zuordnung zu den Knickspannungslinien vorgenommen. Für das Ersatzimperfektionsverfahren werden kleinere geometrische Ersatzimperfektionen abgeleitet als bisher.