Einfluss der Wanddicke auf das Ermüdungsverhalten von geschweißten X-Knoten aus Rundhohlprofilen

In der aktuellen Fassung der DIN EN 1993-1-9 sind Kerbklassen zur Bemessung ermüdungsbeanspruchter Detailpunkte mit Hilfe des Nennspannungskonzeptes katalogisiert. Es wird im Anhang B der vorab genannten Norm auch die Bemessung nach dem Strukturspannungskonzept ermöglicht, jedoch sind hier weder Vorgaben bzw. Richtlinien zur Ermittlung der einwirkenden Spannungen (Stichwort Extrapolationspfade) vorhanden, noch finden sich im Speziellen Angaben für ermüdungsbeanspruchte Hohlprofilverbindungen. Umfangreiche Bemessungsvorgaben zum Strukturspannungskonzept für Hohlprofilverbindungen finden sich z. B. im CIDECT-Design Guide Nr. 8. Hier sind ausführlich Angaben hinsichtlich Bemessungsformeln, Bemessungsdiagrammen sowie Lage der Extrapolationspunkte zur Ermittlung der Strukturspannungen (SCF) und Strukturdehnungen (SNCF) beschrieben.
Im Umgang mit dem Blechdickeneinfluss, dem “Maßstabseffekt” finden sich in den Normen und der einschlägigen Literatur unterschiedliche Vorgaben. Beispielsweise gibt DIN EN 1993-1-9 einen Abminderungsfaktor für Stumpfnähte bei Blechen mit t > t0 = 25 mm von SR = SR, D (to/t),25 vor. Hinsichtlich der Vorgaben für geschweißte Hohlprofilverbindungen beschränkt DIN EN 1993-1-9 den Gültigkeitsbereich allerdings dahingehend, dass Blechdicken über 8 mm bzw. 12,5 mm bzw. Rohrdurchmesser größer 300 mm bei Rundhohlprofilen und Kantenlängen größer 200 mm bei Rechteckhohlprofilen in den Kerbfalltabellen nicht mehr berücksichtigt werden. Es werden für Hohlprofilkonstruktionen nach DIN EN 1993-1-9 keine Abminderungsfaktoren in Abhängigkeit der Hohlprofilwanddicke angegeben.
Im Rahmen des abgeschlossenen FOSTA Forschungsprojekts P 801 wurden im Labor für Stahl- und Leichtmetallbau der Hochschule München umfangreiche Untersuchungen an verschiedenen Kerbfällen durchgeführt, mit dem Ziel, Einflussfaktoren auf die Ermüdungsfestigkeit geschweißter Hohlprofilkonstruktionen bestimmen zu können.

Influence of wall thickness on the fatigue behaviour of welded X-joints of circular hollow sections.
The current version of EN 1993-1-9 stipulates different notch classes for the design of fatigue loaded constructions based on the nominal stress concept. Annex B of EN 1993-1-9 also outlines the design referring to the structure stress concept, but includes no specifications for the evaluation of the structural stresses (e. g. extrapolation path) nor detailed classification for specific fatigue loaded hollow sections. More extensive specifications for the application of the structure stress concept with detailed calculation formulas graphs and extrapolation points are given in CIDECT-Design Guide No. 8, for example.
For the design of such welded steel constructions for fatigue, there are different methods, that can be applied. In order to handle the size effect, different recommendations can be found in literature to reduce the predicted fatigue life of plates and tubes with increased thickness. For example in the current DIN EN 1993-1-9 wall thickness correction factor for plates exceeding t > t0 = 25mm is given, i. e.: SR = SR, D (to/t),25. For welded hollow sections, DIN EN 1993-1-9 limits the range of validity to wall thicknesses t ≤ 8mm and 1,5mm respectively and the diameters of circular hollow sections to d ≤ 300mm and to edge length of rectangular hollow section b ≤ 200mm.
In the scope of the FOSTA research project P 801, the Labor für Stahl- und Leichtmetallbau of the University of Applied Sciences Munich, conducted investigations on different notch cases of welded hollow sections with the outcome of assessing the influence parameters of welded hollow sections.