Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von Hohlprofil‐K‐Knoten mittels formoptimierter Knotenbleche

Die Ermüdungsfestigkeit von Tragwerken aus rechteckigen (RHS) und kreisförmigen Hohlprofilen (CHS) ist durch inhomogene Steifigkeitsverteilungen in den Verbindungsbereichen von Streben und Gurten gekennzeichnet, die zu hohen Spannungskonzentrationsfaktoren (SCF) führen. Mithilfe dieser SCFs in Verbindung mit Ermüdungsfestigkeitskurven kann ihre Lebensdauer abgeschätzt werden. Im Rahmen des Forschungsprojekts FOSTA P1442 wurden experimentelle und numerische Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit an K‐Knoten aus hochfesten Hohlprofilen mit formoptimierten Knotenblechen durchgeführt. Durch den Einsatz von Knotenblechen wird die Ermüdungsfestigkeit von K‐Verbindungen erhöht, indem die Lage des Hotspots in Bereiche mit geringeren Spannungen verlagert wird. Zu diesem Zweck wurden drei verschiedene Knotenblechgeometrien an unterschiedlichen RHS‐ bzw. CHS‐Geometrien untersucht. Der SCF der drei Knotenblechgeometrien wird mit dem SCF herkömmlicher K‐Knoten auf Grundlage der numerischen Untersuchungen verglichen. Abschließend wird eine Empfehlung für den praktischen Einsatz der Knotenblechgeometrien ausgesprochen.

The fatigue strength of structures made of rectangular (RHS) and circular hollow sections (CHS) is characterized by inhomogeneous stiffness distributions in the connecting areas of the braces and chords, which lead to high stress concentration factors (SCF). Using these SCFs in conjunction with fatigue strength curves, their service life can be estimated. As part of the FOSTA P1442 research project, experimental and numerical fatigue studies were carried out on high‐strength K‐joints with shape‐optimized gusset plates. The use of gusset plates increases the fatigue strength of K‐joints by shifting the location of the hot spot to areas with lower stresses and reducing the stresses at the hot spot. For this purpose, three different gusset plate geometries were examined for five RHS and three CHS geometries. The SCF of the three gusset plate geometries is compared with the SCF of conventional K‐joints based on the numerical investigations. Finally, a recommendation is made for the practical use of the gusset plate geometries.