Tragverhalten von Hohlprofilverbundstützen mit Blechlamellenkern aus hochfesten Stählen

Hochfeste Stähle finden aufgrund technologischer Fortschritte in der Stahlerzeugung und wachsenden Anforderungen an nachhaltiges Bauen zunehmend Anwendung. Für druckbeanspruchte Bauteile ermöglichen hohe Streckgrenzen erhebliche Tragfähigkeitssteigerungen bei reduzierten Querschnittsabmessungen. Im Forschungsprojekt IGF‐Nr. 21366 N „Blechlamellenstützen aus hochfesten Stählen für den Hochbau“ wurde eine innovative Hohlprofil‐Verbundstütze entwickelt, bei der hochfeste Blechlamellen in ein Hohlprofil eingebracht und mit Beton vergossen werden. Großmaßstäbliche Knick‐ und Biegeversuche sowie Materialprüfungen wurden an repräsentativen Querschnitten durchgeführt. Experimentell verifizierte, nichtlineare Finite‐Elemente‐Modelle dienten zur systematischen Untersuchung des Tragverhaltens. Die Ergebnisse zeigen, dass gezielte, lokal begrenzte Verbindungen der Blechlamellen eine ausreichende Tragfähigkeit und wirtschaftliche Herstellung ermöglichen. Geometrische Imperfektionen, insbesondere die Lage des Kernprofils, wurden als entscheidende Einflussfaktoren identifiziert. Eine Bemessung mithilfe europäischer Knicklinien wurde unter Berücksichtigung dieser abgeleitet. Für die brenngeschnittenen Blechstreifen des Kernprofils konnte eine verbesserte Zuordnung zur Knicklinie a0 gegenüber der üblichen Knicklinie c für normalfeste Stähle erreicht werden. Die Kombination von strukturellen und geometrischen Imperfektionen führt für die Verbundquerschnitte zur Zuordnung zu Knicklinie a.

High‐strength steels are increasingly being used due to advances in steel production technology and the growing demand for sustainable construction. For structural members subjected to compression, high yield strengths enable significant increases in load‐bearing capacity while reducing cross‐sectional dimensions. In the research project IGF No. 21366 N, “Composite columns with laminated steel plates made of high‐strength steels for building construction,” an innovative hollow section composite column was developed, in which high‐strength steel plates (HSLP) are inserted into a hollow section and cast with concrete. Large‐scale buckling and bending tests, as well as material tests were carried out on representative cross‐sections. Experimentally verified nonlinear finite element models were used for the systematic investigation of the load‐bearing behavior. The results show that targeted, locally confined connections of the steel plates provide sufficient load‐bearing capacity and enable economic fabrication. Geometric imperfections, especially the position of the core section, were identified as decisive influencing factors. Design methods using European buckling curves were derived while considering these effects. For the flame‐cut steel plates of the core section, an improved allocation to buckling curve a0 as opposed to the usual buckling curve c for normal‐strength steels could be achieved. The combination of structural and geometric imperfections has led to the assignment of buckling curve a for the composite cross‐sections.