Zum Sprödbruch alter Baustähle - Teil 2: Eigenschaften und bruchmechanische Bewertung gelochter Bauteile

Frau Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann zur Vollendung ihres 60. Lebensjahres gewidmet
Bei der Beurteilung der Sicherheit bestehender Konstruktionen aus Flussstahl und der Entscheidung über notwendige Instandsetzungs- und Verstärkungsmaßnahmen ist der Nachweis ausreichender Werkstoffzähigkeit von wesentlicher Bedeutung. Die in DIN EN 1993-1-10 [1] geregelten Nachweise zur Beurteilung der Sprödbruchgefährdung wurden auf der Grundlage umfangreicher bruchmechanischer Untersuchungen entwickelt. Die Festlegung zulässiger Erzeugnisdicken für bestimmte Stahlsorten und Gütegruppen wurde für Schweißkonstruktionen aus Stählen nach DIN EN 10025 mit überwiegend hohen Zähigkeitswerten abgeleitet und in [1] tabelliert. Dieses vereinfachte Verfahren ist für alte Flussstahlkonstruktionen mit Lochschwächungen durch Niet- und Schraubenverbindungen nicht geeignet (vgl. [40]). In diesem Beitrag werden experimentelle und rechnerische Untersuchungen zum Sprödbruchverhalten gelochter Bauteile aus alten Flussstählen vorgestellt, die im Rahmen verschiedener Forschungsvorhaben am Institut für Stahl- und Holzbau der TU Dresden und dessen Kooperationspartnern durchgeführt wurden (z. B. [2]). Im Teil 2 werden mechanische und metallografische Untersuchungen im Bereich gestanzter Löcher und gescherter Bauteilkanten beschrieben, deren Ergebnisse für das Anrissverhalten quasi-statisch beanspruchter Bauteile von Bedeutung sind. Nach einer kurzen Einführung in Grundlagen zum bruchmechanischen Nachweis werden analytische Modelle zur Bestimmung des Spannungsintensitätsfaktors KI an Rissen angegeben und auf die speziellen Belange von Anschlüssen mit Lasteinleitungen über Niete und Schrauben angepasst. Auf der Basis umfangreicher Parameterstudien durch FEM-Berechnungen an Winkelprofilen mit unterschiedlichen Querschnitten und Anschlusskonfigurationen erfolgt eine Anpassung der K-Faktor-Lösungen. Es folgen Beispiele zur Bewertung der Sprödbruchgefährdung unter Ansatz der Werkstoffzähigkeit aus Teil 1 des Beitrags [40].

About brittle fracture old mild steels - Part 2: Crack initiation and fracture-mechanical evaluation of components with holes.
In the safety assessment of existing structures made of old mild steel and for the decision on necessary repair and reinforcement measures, the verification of sufficient material toughness is essential. The assessment methods to avoid brittle failure in DIN EN 1993-1-10 [1] were developed based on extensive fracture mechanics investigations. The determination of permissible element thickness for certain steel grades was derived and tabulated for welding constructions made of steels according to DIN EN 10025 with generally high toughness. This method is not suitable for mild steel structures with holes for riveted or bolted joints (see [40]). In this article, experimental, analytical and numerical studies of the brittle fracture behavior of structures with holes made of old mild steels are presented. The results were carried out through various research projects at the Institute for Steel and Timber Construction of the TU Dresden and its cooperation partners (see, e. g. [2]). Part 2 describes mechanical and metallographic investigations in the area of punched holes and sheared edges of structural elements, the results of which are important for the cracking behavior of quasi-statically stressed components. After a brief introduction in the basics of fracture mechanics, analytical models for the determination of the stress intensity factor KI on cracks are given and adapted to the special requirements of connections with load application via rivets and bolts. On the basis of extensive parameter studies by FEM calculations on angle profiles with different cross-sections and connection configurations, the K-factor solutions are adapted. Finally, examples for the assessment of the brittle fracture with the material toughness from Part 1 of the article [40] are presented.