Ein hochlagenorientiertes und duktilitätsgesteuertes Stahlgütewahlkonzept

Die europäischen Stahlbaunormen enthalten ein vereinfacht aufbereitetes Modell der Stahlsortenwahl zur Vermeidung von Sprödbruch (DIN EN 1993-1-10), das auf einem bruchmechanischen Zähigkeitsnachweis in der Tieflage basiert. Für die eindeutige Charakterisierung des Materialverhaltens von ferritischen Baustählen ist jedoch die Entwicklung der Zähigkeitseigenschaften über den vollständigen Temperaturbereich und damit auch das Hochlagenverhalten entscheidend. Letzteres beeinflusst das Duktilitätsvermögen des Werkstoffs und damit seine Fähigkeit zur plastischen Umverteilung, was insbesondere bei festigkeitskontrollierten Versagensarten bei der Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit implizit als gegeben vorausgesetzt wird. Die in DIN EN 1993-1-1 in dieser Hinsicht existierenden Duktilitätskriterien werden als unzureichend angesehen, da sie weder mechanisch eindeutig zu begründen sind, noch aus dem Hochlagenverhalten abgeleitet werden können. Ähnliches gilt für den in Deutschland für dickere Bleche einiger Stahlsorten noch zu erbringenden Aufschweißbiegeversuch nach SEP 1390. Als Grundlage der Stahlgütewahl für die verformungsgesteuerte Bemessung wurde in diesem Sinne ein zähigkeitsorientiertes Modell zur Werkstoffwahl entwickelt, mit dem sich Hochlagenanforderungen in Form von Hochlagenkerbschlagwerten KVUS zur Einstellung eines notwendigen Duktilitätsniveaus quantifizieren und ferner Hochlage und Übergangsbereich mit der Tieflage verknüpfen lassen.

An upper shelf oriented and ductility-controlled steel selection concept.
The European steel work codes contain a simplified steel selection method for the avoidance of brittle fracture (DIN EN 1993-1-10) that is based on a fracture mechanical consideration of toughness properties in the lower shelf of the toughness transition curve. For the unambiguous characterisation of the material behaviour of ferrite structural steels the development of the toughness properties for the full temperature range and therewith the upper shelf behaviour is crucial. The latter affects the material’s ductile capacity and thereby its ability for plastic redistribution that is presumed as an integral element for the strength functions in case of the ultimate limit state design. In this respect only inadequate ductility criteria exist to date in DIN EN 1993-1-1 which cannot clearly be justified by mechanical means nor derived from upper shelf aspects. Something similar applies to the so-called Aufschweißbiegeversuch acc. to SEP 1390 that in Germany still in some cases is obligatory for thicker elements of several steel grades. In this light a toughness-oriented model for the choice of steel material for the plastic design taking inelastic redistributions into account was developed which allows to quantify upper shelf demands for adjusting a required ductility level by combining the upper shelf and the transition region with the lower shelf.