Grundlagen zur Festlegung der Sicherheitselemente des Betriebsfestigkeitsnachweises

Der Ermüdungsnachweis für Stahlkonstruktionen kann nach Eurocode 3 mit Hilfe der schadensäquivalenten Schwingbreite oder auch einer direkten Schadensakkumulationsberechnung nach der Miner-Regel geführt werden - unter Berücksichtigung von Teilsicherheitsbeiwerten für die Einwirkungs- und Widerstandsgrößen. Der widerstandsseitige Teilsicherheitsbeiwert ist normativ zwischen 1,0 und 1,6 je nach Bauwerksart (Straßen-, Eisenbahnbrücke oder Kranbahn) festgelegt. Die Berechnungsverfahren basieren auf verschiedenen Miner-Regeln (bzw. Bezugs-Wöhlerlinien, z. B. mit/ohne Erfassung der Dauerfestigkeit) und einer theoretischen Grenzschadenssumme von D = 1,0.
Im folgenden Beitrag wird gezeigt, wie die “tatsächliche Schadenssumme bei Versagen” durch Auswertung experimenteller Untersuchungen für Schweißverbindungen bestimmt werden kann. Diese “tatsächlichen Schadenssummen” weichen meist stark von 1,0 ab und sind i. d. R. logarithmisch normalverteilt. Mit Kenntnis dieser Verteilungen können dann die im semiprobabilistischen Konzept erforderlichen Teilsicherheitsbeiwerte &ggr;Mf zur Berücksichtigung von widerstandsseitigen Streuungen sowie auch Modellunsicherheiten (je nach verwendeter Miner-Regel) für Betriebsfestigkeitsnachweise begründet werden. Der Beitrag dient vor allem dem Verständnis dieser Grundlagen, auch um im Einzelfall modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte begründen zu können.

Principles of determination of safety features for fatigue assessment.
According to Eurocode 3 the fatigue behaviour of steel structures can be assessed either by means of the damage equivalent stress range or directly using the damage accumulation method (Miner's rule). Partial safety factors for load and resistance are to be considered. On resistance side, the partial safety factors vary between 1.0 and 1.6 depending on the structure type, i. e. road bridge, railway bridge or crane runway girder. The fatigue assessment methods are based on different forms of Miner's rule, and accordingly different reference S/N curves with or without consideration of fatigue strength. Theoretically, fatigue failure occurs when the damage sum reaches an amount of D = 1.0.
In this paper the “actual damage sum at failure” will be determined by means of evaluation of fatigue tests conducted on welded joints. The “actual damage sums” deviate in most cases significantly from 1.0 and are generally lognormal distributed. Knowing the distribution characteristics allows the determination of the partial safety factors for resistance, which are required within the semi-probabilistic safety concept to take into account both material and model uncertainties, depending on the utilized form of Miner's rule.