Zum Beultragverhalten von Kreiszylinderschalen aus hochfesten Stählen unter Axial‐ und Umfangsdruck

Schalentragwerke in Stahlbauweise wurden in der Vergangenheit weitestgehend aus normalfesten Baustählen oder nichtrostenden austenitischen Stählen mit niedrigen Festigkeiten gefertigt. Vermehrt kommen allerdings hochfeste nichtrostende Duplex‐Stähle nach DIN EN 10088‐4, ‐5 zum Einsatz, z. B. in Biogasfermentern. Der Einsatz hochfester Stähle reduziert nicht nur den Materialeinsatz und die Fertigungskosten, sondern auch den Montageaufwand und erhöht somit die Wettbewerbsfähigkeit von Tank‐ und Silobehältern in Stahlbauweise. Eine Voraussetzung ist jedoch, dass das Stabilitätsversagen in Form von Schalenbeulen ausgeschlossen werden kann. Die europäischen Bemessungsnormen für Schalentragwerke DIN EN 1993‐1‐6, ‐4‐1, ‐4‐2 sind auf normalfeste Baustähle ausgelegt und berücksichtigen abschließende Nachweisformate weder für ring‐ und axialversteifte Kreiszylinderschalen noch für hochfeste Baustähle und nichtrostende Stähle mit einem bereits unterhalb der 0,2%‐Dehngrenze auftretenden nichtlinearen Materialverhalten. Im Rahmen des IGF‐Forschungsvorhabens Nr. 21719N „Tragverhalten axial‐ und ringversteifter Tank‐ und Silobehälter aus hochfesten (Duplex‐)Stählen und kaltzähen Druckbehälterstählen“ werden daher systematische Untersuchungen an (un‐)versteiften Kreiszylinderschalen am Institut für Metall‐ und Leichtbau (IML) der Universität Duisburg‐Essen (UDE) und an der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine (VAKA) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) durchgeführt. Die ersten gewonnenen Erkenntnisse dieses Forschungsvorhabens werden hier vorgestellt.

In the past, shell structures have largely been made of mild steels or austenitic stainless steels. However, high‐strength duplex stainless steels acc. to DIN EN 10088‐4, ‐5 are increasingly being used, e. g. in biogas fermenters. The use of high‐strength steels and duplex stainless steels not only reduces steel consumption and production costs, but also assembly costs, and thus significantly increases the competitiveness of tanks and silos in steel construction compared to containers made of other construction materials, e. g. concrete. One prerequisite, however, is that the problem of stability failure in the form of shell buckling can be eliminated. The European design standards for shell structures EN 1993‐1‐6, ‐4‐1, ‐4‐2 are developed for mild steels and do not take into account strength verification formats for ring‐stiffened and axially stiffened circular cylindrical shells for high‐strength structural steels and stainless steels with a nonlinear material behaviour below the 0.2 % yield strength. For this reason, within the framework of the IGF research project no. 21719N “Load‐bearing behaviour of meridionally and ring stiffened tanks and silos made of high strength (duplex) steels and low‐temperature steels for pressure vessels”, systematic investigations are carried out on (un‐)stiffened circular cylindrical shells at the Institute of Metal and Lightweight Structures at the University of Duisburg‐Essen and the Testing Institute for Steel, Wood and Stone at the Karlsruhe Institute of Technology. The first results of this research project are presented here.