Versuchsbasierte Ermüdungsfestigkeit von Konstruktionsdetails mit Radlasteinleitung - Untersuchungen an nicht durchgeschweißten Flansch-Steg-Verbindungen

Bei Brückenlaufkranen werden die Radlasten in die unterstützenden Kranbahnträger über deren Obergurte eingeleitet. Die Konstruktionsdetails im Obergurtbereich, d. h. die Anschlüsse und Verbindungen, erfahren dabei einen mehrachsigen Spannungszustand infolge der Radlasteinleitung und der gleichzeitigen Biegung des Kranbahnträgers. Zu diesen Konstruktionsdetails zählt bei geschweißten Kranbahnträgern die Flansch-Steg-Verbindung, die Gegenstand dieses Beitrags ist. Die wiederholte Überrollung von Kranbahnträgern durch Radlasten führt aufgrund der konzentrierten Lasteinleitung und der geometrischen Kerbwirkung der Konstruktionsdetails zu einer mehrachsigen Ermüdungsbeanspruchung. Da diese mehrachsige Ermüdungsbeanspruchung durch eine Phasenverschiebung der Spannungskomponenten gekennzeichnet ist, wird sie als nichtproportional bezeichnet. Die für den Ermüdungsnachweis erforderlichen Ermüdungsfestigkeiten im Eurocode 3 - aber auch in den ehemaligen nationalen Normen - beruhen bislang auf Analogiebetrachtungen zum Doppel-T-Stoß, dem Kreuzstoß, unter Zugbeanspruchung und stützen sich nicht auf Versuchsergebnisse am eigentlichen Konstruktionsdetail ab. Im IGF-Forschungsvorhaben FOSTA P895 wurde die Ermüdungsfestigkeit von Kranbahnträgern mit nicht durchgeschweißter Flansch-Steg-Verbindung durch eine Kombination aus Ermüdungsversuchen mit überrollender und ortsfest schwellender Radlast ermittelt. Ziel der Untersuchungen war es, die nichtproportional mehrachsige Ermüdungsbeanspruchung der Flansch-Steg-Verbindung zuverlässiger bewerten zu können.

Test-based fatigue strength of constructional details with wheel load application - Investigations on partial penetration flange-to-web connections.
In case of bridge cranes, the wheel loads are applied to the supporting crane runway girders through their top chords. The constructional details of the top-chord region, i. e. the joints and connections, are subjected to a multiaxial stress state due to the wheel load introduction and the global bending of the crane runway girder. For welded crane runway girders, the flange-to-web connection is one of these constructional details and subject of this article. The frequent travelling of wheel loads over a crane runway girder leads to a multiaxial fatigue stress due to the concentrated load introduction and the notch effect of the constructional details. As the multiaxial fatigue stressing exhibits a phase shift between the stress components, it is referred to as nonproportional. The fatigue strengths of Eurocode 3 being necessary for the fatigue evaluation were derived in analogy with the tension-loaded cruciform joint and are not test-based for the considered constructional detail. In the IGF research project FOSTA P895, the fatigue strength of partially penetrated flange-to-web connections were determined through a combination of fatigue tests on crane runway girders with travelling and stationarily pulsating wheel load. The project aimed at a more reliable evaluation of the nonproportional multiaxial fatigue stress of the flange-to-web connection.