Stahlbaunormen Weiterentwicklung des Eurocodes (Eurocode 3)

w w w .un i- s

Deutscher Stahlbautag 2012 Aachen, 18. Oktober 2012

Prof. Dr.-Ing. Ulrike KUHLMANN ¹ Dr.-Ing. Hans-Peter GÜNTHER ² Dipl.-Ing. Antonio ZIZZA ¹

1

Institut für Konstruktion und Entwurf, Universität Stuttgart

2

Bürogemeinschaft Kuhlmann Gerold Günther Eisele, Nellingen

 Struktur und Aufbau des Eurocode 3

 Überarbeitung des Eurocode 3

 Mandat M/466

 EN 1993-1-1: Stabilitätsnachweise

 EN 1993-1-8: Schweißen und Knoten

 EN 1993-1-5: Beulnachweise

 EN 1993-1-9: Ermüdung

 Weitere Entwicklungen

 Zusammenfassung

W e it e re nt w ic k lung de s E ur oc ode 3

Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten

S tr uk tur und A uf ba u de s E ur oc ode 3

1.2

1.3

1.4

1.5 1.6 1.7

1.8 1.9 1.10

1.11 1.12

Allgemeine Regeln Hochbau

Brand

Dünn- wandige Bauteile

Nichtrost- ende Stähle

Platten- beulen Anschlüsse

Schalen Platten

Querbe- lastung Ermüdung

Spröd- bruch

Zug- glieder

Höher- feste Stähle

Türme, Maste, Schorn- steine,

Silo, Tankbauwerke, Pipelines Pfähle

und Spund-

wände

Teil 1

Allgemeine Bemessungsregeln

und Regeln für den Hochbau Kranbahn-

träger

Stahl- brücken

Grundnormen

Anwendungsnormen

Anwendungsnormen verweisen auf die Grundnormen

 „Master“ für den jeweiligen Anwendungsbereich

EN 1993-1-1

Von zentraler Bedeutung

S tr uk tur und A uf ba u de s E ur oc ode 3

1.2

1.3

1.4

1.5 1.6 1.7

1.8 1.9 1.10

1.11 1.12

Allgemeine Regeln Hochbau

Brand

Dünn- wandige Bauteile

Nichtrost- ende Stähle

Platten- beulen Anschlüsse

Schalen Platten

Querbe- lastung Ermüdung

Spröd- bruch

Zug- glieder

Höher- feste Stähle

Türme, Maste, Schorn- steine,

Silo, Tankbauwerke, Pipelines Pfähle

und Spund-

wände

Teil 1

Allgemeine Bemessungsregeln

und Regeln für den Hochbau Kranbahn-

träger

Stahl- brücken

1. Juli 2012

Konsolidierte Fassungen Dezember 2010

Einführung in Verbindung mit

Nationalen Anhängen NA

Überarbeitung des Eurocode 3 (CEN)

Übe ra rbe it ung de s E ur oc ode 3

CEN/TC 250

Structural Eurocodes

CEN/TC 250/SC 1

Actions on Structures

CEN/TC 250/SC 2

Design of concrete structures

CEN/TC 250/SC 3

Design of steel structures

CEN/TC 250/SC 4

Design of composite structures

Evolution Group EN 1993-1-1 B. Snijder (NL)

Evolution Group EN 1993-1-2 P. Schaumann (D)

Evolution Group EN 1993-1-5 U. Kuhlmann (D)

Evolution Group EN 1993-1-8 T. Ummenhofer (D)

Evolution Group EN 1993-1-10 B. Kühn (D)

Nominierung durch DIN

Ad Hoc Group

„Safety Value γ_M“ B. Snijder (NL)

Ad Hoc Group

„Girders with web- openings“

L.G. Gajot (L)

…

16 Evolution Groups

Übe ra rbe it ung de s E ur oc ode 3

CEN/TC 250/SC 3

Design of steel structures U. Kuhlmann (D)

DIN

Deutsches Institut für Normung

Evolution Groups Spiegelausschüsse

Änderungen

Anfragen

Zeitablauf Überarbeitung des Eurocode 3

Übe ra rbe it ung de s E ur oc ode 3

EN-Fassungen

2012/07/01 Bauauf. Einführung

in Deutschland

1. Überarbeitet Fassung der Eurocodes

2018

2005 2007 2010 2012 2018

Konsolidierte Fassungen

2010/12 DIN EN-Fassungen

inkl. Nationale Anhänge

1. Änderungen & Korrekturen Überarbeitungsphase

Mandat M/466

„Weiterentwicklung der Eurocodes durch CEN“ (2013 ∼ 2025)

M an d a t M /46 6

 Erarbeitung neuer Eurocodes

- Eurocode „Glas“

- Eurocode „Bestehende Tragwerke“

 Weiterentwicklung bestehender Eurocodes

- Vereinfachung und Harmonisierung bestehender Regeln - Erarbeitung neuer Regeln gemäß zukünftiger Anforderungen - Reduzierung der Nationalen Festlegungen (NPD)

- Stärkung der Anforderungen für Nachhaltigkeit & Robustheit

8 / 56

EU Mandat M/466

 CEN Programm-Mandat M/466

 weitere Entwicklung des Eurocodes

M an d a t M /46 6

1) Bauteilbemessung, Toleranzen und Ausführung 2) Sicherheit und Stabilität schlanker Bauteile

3) Harmonisierung der Bemessungsregeln für Schalen u.ä.

4) Dauerhaftigkeit und Robustheit von Verbindungen 5) Ermüdung

6) Material und Sprödbruch

Vereinfachung, Pflege und Weiterentwicklung der bestehenden Regeln

Entwicklung neuerer Regeln unter Berücksichtigung

zukünftiger Anforderungen

SC 3

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

EN 1993-1-2: Tragwerksbemessung für den Brandfall

EN 1993-1-3: Ergänzende Regeln für kaltgeformte Bauteile und Bleche

EN 1993-1-4: Ergänzende Regeln zur Anwendung von nichtrostenden Stählen EN 1993-1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau

EN 1993-1-6: Festigkeit und Stabilität von Schalen EN 1993-1-7: Plattenförmige Bauteile mit Querbelastung EN 1993-1-8: Bemessung von Anschlüssen

EN 1993-1-9: Ermüdung

EN 1993-1-10: Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung

EN 1993-1-11: Bemessung und Konstruktion von Tragwerken mit Zuggliedern aus Stahl

EN 1993-1-12: Zusätzliche Regeln zur Erweiterung von EN 1993 auf Stahlgüten bis S700

E N 1993 -1 EN 1993-1-5: Plattenförmige Bauteile

Kap. 1 Allgemeines

Kap. 2 Grundlagen der Tragwerksplanung Kap. 3 Werkstoffe

Kap. 4 Dauerhaftigkeit

Kap. 5 Tragwerksberechnung 5.1 Statische Systeme

5.2 Untersuchung von Gesamttragwerken 5.3 Imperfektionen

5.5 Berechnungsmethoden

5.6 Klassifizierungen von Querschnitten

5.7 Besondere Anforderungen an Fließgelenke

EN 1993-1-1

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

Kap. 7 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit Anh. A Verfahren 1: Interaktionsbeiwerte k

für die

Interaktionsformel in 6.3.3(4)

6.2 Beanspruchbarkeit von Querschnitten 6.3 Stabilitätsnachweise für Bauteile

6.3 Mehrteilige Bauteile

Anh. B Verfahren 2: Interaktionsbeiwerte k

für die Interaktionsformel in 6.3.3(4)

Anh. AB Zusätzliche Bemessungsregeln

Anh. BB Knicken von Bauteilen in Tragwerken des Hochbaus

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

EN 1993-1-1

DIN EN 1993-1-1:2010-12 DIN EN 1993-1-1/NA:2010-12

+

NA: Nationaler Anhang

• NCI:

national non-contradictory complementary information) NA enthält die national fest- gelegten zusätzlichen

Regelungen in Form von:

• NDP:

nationally determined parameters

→ generelles Mischungsverbot (z.B. mit der nationalen Normenreihe DIN 18800)

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

Einfache Hallen und Geschossbauten

3 Methoden des Nachweises

EC3-1-1:

5.2.1(4)B EC3-1-1/EC4-1-1:

5.2.1(3) Allgemein

Kein Einfluss der Verformungen

Einfluss der

Verformungen muss berücksichtigt werden

nein nein

ja ja

NEIN

≥ 10

=

Ed cr cr

F

α F ¹⁰

,

 ≥







 





 

 



= 

Ed H Ed

crit Ed

h V

H α δ

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

Methode a)

Räumliche

Tragwerksberechnung nach Theorie II. Ordnung

Räumlicher Ansatz von globalen und lokalen Imperfektionen

Nur Querschnittsnachweise erfordelich

Biegedrillknicken: nichtlineare Biegetorsionstheorie unter

Berücksichtigung der Wölbkrafttorsion

Beispiel: Zweigelenkrahmen

Stabilität und Imperfektionen

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

Methode b1)

Kombination:

Th. II. Ordnung + Ersatzstabverfahren

Globale und lokale Imperfektionen in der Rahmenebene

Ebene Tragwerksberechnung nach Th. II. Ordnung

Ersatzstabverfahren für Biegeknicken aus der Rahmenebene

Beispiel: Zweigelenkrahmen

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

Methode b2)

Kombination:

Th. II. Ordnung + Ersatzstabverfahren

Globale Imperfektionen in der Rahmenebene

Ebene Tragwerksberechnung nach Th. II. Ordnung

Ersatzstabverfahren für Biegeknicken in und aus der Rahmenebene

Beispiel: Zweigelenkrahmen

Stabilität und Imperfektionen

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

Methode c)

Ersatzstabverfahren

Ebene Tragwerksberechnung nach Th. I. Ordnung am idealen

Tragwerk

Ermittlung der Knicklängen

Ersatzstabverfahren für Biegeknicken in und aus der Rahmenebene

Beispiel: Zweigelenkrahmen

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

3 Methoden des Nachweises

a) Berechnung des Gesamttragwerkes nach

Theorie II. Ordnung.

Vorverdrehung des Gesamtsystems und

Vorkrümmung des Einzelbauteils

b) Kombination:

Global: Th. II. Ordnung Lokal: Stabilitätsnachweis

Beinhaltet Vorverdrehung des

Gesamtsystems

Stabilitätsnachweis des Einzelbauteils nach EN 1994-1-1: 6.7.3.4

oder 6.7.3.5 bzw.

EN 1993-1-1: 6.3.1/2/3

Knicklänge = Stablänge

c) Ersatzstabverfahren

Keine Berücksichtigung von Imperfektionen

Nachweis des Ersatzstabes nach EN 1993-1-1: 6.3.1/2/3

Knicklänge des Stabes als Eigenwert des Stabilitätsproblems

Stabilität und Imperfektionen – (Zusammenfassung)

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

Ersatzstabnachweis – Biegeknicken/Biegedrill- knicken nach EN 1993-1-1, 6.3.2 und 6.3.3

→ sinnvollerweise programmiert

• Bestimmung der Interaktionsbeiwerte k

, k

, k

und k

- Verfahren 1 (Anhang A)

- Verfahren 2 (Anhang B) → für Handrechnung geeignet

• Bestimmung der Abminderungsfaktoren χ

, χ

, χ

cr y , pl LT

cr z , z pl

cr y , y pl

M λ M

N ; λ N

N ;

λ = N = =

Schlankheitsgrade:  Abminderungsfaktoren: χ

, χ

, χ

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

20 / 56

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

Stabilität und Imperfektionen – Unterschiedliche Konzepte

Interaktionsverfahren Allgemeines Verfahren

op cr

k op ult

, ,

α λ = α

cr pl

N λ = N

M)

LEA (N,

M)

MNA (N,

op χ op

λ →

1

1

≥

M

γ k

R

pl

Rk χ N

N = ⋅ M _Rk = χ _LT ⋅ ^M _{pl , y} N M _y

N _Ed

M _y,Ed M _y,Ed

N _Ed

pl op

k χ R

R = ⋅

≤ 1

⋅ ⋅

⋅ + _{LT pl , y}

Ed , y pl

Ed

χ M k M χ N

N

cr pl , LT y

M λ = M

Materiell- nichtlineare

Grenztrag- fähigkeit

Idealer Verzweigungs-

lastzustand

Kleinster Abminderungs-

faktor

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

 Vereinfachung und Reduzierung der Anzahl Stabilitätsnachweise fürs Biegedrillknicken

[http://www.tu-darmstadt.de/]

 Anpassung und Vereinheitlichung der

Imperfektionsansätze + Abgleich mit den

Herstellungstoleranzen in DIN EN 1090-2

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

Weiterentwicklung EN 1993-1-1

 Anpassung der Querschnittklassen

 Überprüfung der Sicherheitsfaktors γ _M1

- Übergang Klasse 2 – Klasse 3 - Abgleich mit Teil 1-3 und Teil 1-5

- γ _M1 für Stabilitätsversagen - SC3 Ad Hoc Group

Einwirkung E Widerstand R

E

·γ

≤ R

/γ

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -1

 Festlegung von Ausführungsklassen EXC

- Neuer „Normativer Anhang C“ in EN 1993-1-1

EN 1993-1-8: Bemessung von Anschlüssen

EN 1993-1-2: Tragwerksbemessung für den Brandfall

EN 1993-1-3: Ergänzende Regeln für kaltgeformte Bauteile und Bleche

EN 1993-1-4: Ergänzende Regeln zur Anwendung von nichtrostenden Stählen EN 1993-1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau

EN 1993-1-6: Festigkeit und Stabilität von Schalen EN 1993-1-7: Plattenförmige Bauteile mit Querbelastung EN 1993-1-8: Bemessung von Anschlüssen

EN 1993-1-9: Ermüdung

EN 1993-1-10: Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung

EN 1993-1-11: Bemessung und Konstruktion von Tragwerken mit Zuggliedern aus Stahl

EN 1993-1-12: Zusätzliche Regeln zur Erweiterung von EN 1993 auf Stahlgüten bis S700

E N 1993 -1 EN 1993-1-5: Plattenförmige Bauteile

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

f

Zugfestigkeit des Grundwerkstoffs β

Korrelationsbeiwert

γ

Teilsicherheitsbeiwert = 1,25 Beanspruchbarkeit von Flankenkehlnahtverbindungen

2 M w

k , u Rd , w

3 f

γ

⋅

= β τ

Beanspruchbarkeit τ_II,Rd [N/mm²]

208

262 249

356

S235 S355 S460 S690

β

= 0 ,8

Beanspruchbarkeit in Abhängigkeit des Grundwerkstoffs

β

= 0 ,9 β

= 1 ,0 β

= 1 ,0

Beanspruchbarkeit

für S460 kleiner als für S355

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

[Kuhlmann, U.; Rasche, C.: Überarbeitung des DIN-Fachberichts 103; Sitzung

des NA 005-57: „Fachbereichsrat KOA 07 Brücken“; 2009]

26 / 56

Schweißnahtbemessung

 Vereinfachtes Verfahren

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

Schweißnahttragfähigkeit abhängig von f

Korrelationsbeiwert β

Vergleichbare Tragfähigkeiten mit DIN 18800

 Richtungsbezogenes Verfahren

Doppelnachweis

Höhere Tragfähigkeiten, vor allem z.B. für nicht durchgeschweißte Stumpfnähte

[Volz, M. und Saal, H. (2012), Geschweißte Verbindungen nach DIN EN 1993-1-8. Stahlbau, 81: 282–289.]

 Anpassung der Schweißnahttragfähigkeit für höherfeste Stähle

100 200 300 400 500 600

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 Nominelle Zugfestigkeit des Grundwerkstoffs f

[N/mm²]

Spa nnung τ

[N/mm

]

S355

S460 S690

τ_II

Beanspruchbarkeit nach

Eurocode

Versuchsergebnisse

Mittelwert und 5%-Fraktile

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

100 200 300 400 500 600

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 Nominelle Zugfestigkeit des Grundwerkstoffs f

[N/mm²]

Spa nnung τ

[N/mm

]

S355

S460 S690

Konstantes Sicherheitsniveau

Schweißnahtbemessung

Verbesserung des Korrelationsbeiwerts β _w auf Basis eines konstanten Sicherheitsniveaus (S460: β _w = 0,85 anstelle 1,0)

Beiwert β

Stahlgüte DIN EN 1993-1-8 DIN EN 1993-1-8/NA

S235 0,8 0,8

S275 0,85 0,85

S355 0,9 0,9

S420 1,0 0,88

S460 1,0 0,85

Stahlgüte DIN EN 1993-1-12 DIN EN 1993-1-12/NA

S690 1,0 1,2

Ergebnisse des FOSTA-Projekts P 652:

Wirtschaftliche Schweißverbindungen höherfester Baustähle

NDP 2.2 Nationale Festlegungen in DIN EN 1993-1-8/NA:2010-12

NCI Zu 2.8 (4.5.3.2(6)) in

DIN EN 1993-1-12/NA:2011-08

[Kuhlmann, U.; Günther, H.-P.; Rasche, C.; Werner, F.; Hildebrand, J.; Wudtke, I.; Vormwald, M.; Beier, T.; Versch, C.; Köhler, G.; Heinemann, H.: Wirtschaftliche Schweißverbindungen höherfester Baustähle. Forschung für die Praxis P 652, FOSTA, Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. im Stahl-Zentrum, Verlag und Vertriebsgesellschaft mbH, Düsseldorf, 2008.]

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

 Rechnerische Erfassung von Mismatch-Effekten bei Kehlnähten

- Festigkeit des Schweißzusatze ≠ Festigkeit des Grundmaterials - Höherfeste Stähle

[Rasche, C.: Zur Bestimmung der Tragfähigkeit von Kehlnahtverbindungen höherfester Baustähle. Dissertation,

Grundwerkstoff

Zusatzwerkstoff

Teiltragfähige Knoten

nach der Steifigkeit

nach der Tragfähigkeit

nach der Rotationsfähigkeit

 Klassifizierung der Anschlüsse nach EN 1993-1-8, 5.2

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

 Vergleich der Anfangssteifigkeit mit Grenzkriterien des angeschlossenen Trägers (EI _b , L _b )

 Klassifizierung der Anschlüsse nach EN 1993-1-8, 5.2

nach der Steifigkeit

nach der Tragfähigkeit

nach der Rotationsfähigkeit

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

 Vergleich der Momententragfähigkeit des Anschlusses mit der des angeschlossenen Trägers

Teiltragfähige Knoten

 Berücksichtigung der Anschlüsse in der Systemberechnung

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

Nachweisverfahren 1:

Schnittgrößenermittlung rein elastisches

M _sd < M _j,pl,Rd

wichtigste Eigenschaft: Steifigkeit

Nachweisverfahren 2:

Fließgelenkverfahren (starr-plastisch)

M _sd = M _j,pl,Rd

wichtigste Eigenschaft: Tragfähigkeit

Nachweisverfahren 3:

„elastisch-plastisches“ Verfahren

M _sd ≤ M _j,pl,Rd

wichtigste Eigenschaften: Tragfähigkeit und Steifigkeit

 Vorgehen nach der Komponentenmethode

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

Ermittlung der Beanspruchbarkeit der Einzelkomponenten F _pl,Rd

Identifizierung der maßgebenden Komponente

Bestimmung der Anschlusstragfähigkeit M _j,pl,Rd M _j,pl = min F _Rd · z

(Bestimmung der Anschlusssteifigkeit S

) S _j = E _a · z ² / µ · Σ1/k _i

(Ermittlung der Einzelkomponentensteifigkeiten k

)

Φ

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

Weiterentwicklung EN 1993-1-8

 Zusätzliche Regeln

- Schraubverbindungen mit Sackloch entsprechend DIN EN 1993-1-8/NA

- Kontaktstöße bei Stützen

entsprechend DIN EN 1993-1-8/NA

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

 Ergänzung weiterer Werkstoffe entsprechend DIN EN 1993-1-8/NA

- Gussteile (GS200, G20Mn5,..)

- Schmiedeteile, z.B. geschmiedeter Hängeranschluss

- Bauteile aus Vergütungsstählen, z.B. für Lager und Gelenke (C35+N, C45+N)

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -8

Weiterentwicklung EN 1993-1-8

 Entwicklung eines 3D-Modells für den Träger-Stützenanschluss

 Weiterentwicklung der Komponentenmethode für Anschlüsse zur Verbesserung der Robustheit

 Weiterentwicklung der Regeln zur Berechnung der Rotationskapazität für Anschlüsse mit höherfesten Stählen

 Erweiterung der Komponenten-Methode auf Fußplatten

EN 1993-1-2: Tragwerksbemessung für den Brandfall

EN 1993-1-3: Ergänzende Regeln für kaltgeformte Bauteile und Bleche

EN 1993-1-4: Ergänzende Regeln zur Anwendung von nichtrostenden Stählen EN 1993-1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau

EN 1993-1-6: Festigkeit und Stabilität von Schalen EN 1993-1-7: Plattenförmige Bauteile mit Querbelastung EN 1993-1-8: Bemessung von Anschlüssen

EN 1993-1-9: Ermüdung

EN 1993-1-10: Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung

EN 1993-1-11: Bemessung und Konstruktion von Tragwerken mit Zuggliedern aus Stahl

EN 1993-1-12: Zusätzliche Regeln zur Erweiterung von EN 1993 auf Stahlgüten bis S700

E N 1993 -1 EN 1993-1-5: Plattenförmige Bauteile

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -5

EN 1993-1-5

Kap. 2 Grundlagen für die Tragwerksplanung und Verfahren

Kap. 3 Berücksichtigung der Schubverzerrung bei der Bemessung von Bauteilen

Kap. 4 Plattenbeulen bei Längsspannungen im Grenzustand der Tragfähigkeit

Kap. 5 Schubbeulen

Kap. 6 Beanspruchbarkeit bei Querbelastung Kap. 7 Interaktion

Kap. 8 Flanschinduziertes Stegblechbeulen Kap. 9 Steifen und Detailausbildung

Kap. 10 Methode der reduzierten Spannungen

Anh. A Berechnung kritischer Spannungen für ausgesteifte Blechfelder

Anh. B Bauteile mit veränderlichem Querschnitt

Anh. C Berechnungen mit der Finite-Element-Methode Anh. D Bauteile mit profilierten Stegblechen

Anh. E Alternative Methoden zur Bestimmung wirksamer Querschnitte

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -5

 Methode der wirksamen Breiten

→ Vorgehensweise wie DIN 18800 Teil 3

→ Kapitel 4 → Kapitel 5 → Kapitel 6

→ Kapitel 7

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -5

40 / 56

Beulsicherheitsnachweise nach Kap.10

Schritt 2 – Lasterhöhungs- faktor für elastische Grenzlast

Schritt 3 – Elastisch kritischer Lasterhöhungsfaktor

Schritt 1 – Platte mit

gegebenem Spannungsfeld

σ z

σ x

τ

Schritt 4 – Systemschlankheit

Ed , v

y k

, ult

f

= σ α

cr k , p ult

α

= α λ

Ed , v

cr , v

cr σ

= σ α

→ z.B. mit Hilfe numerischer Verfahren

gelenkig gelagerte Ränder (NDP zu 10(1))

→ ein einziger Systemschlankheitsgrad

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -5

 Methode der reduzierten Spannungen

a – separate Beulkurven für Grundlastfälle (Abs. 4 und 5) b – verallgemeinerte Beulkurven (Anhang B)

Schritt 5 – Abminderungsfaktor

Schritt 6 – Nachweis

( ) ^p

x λ

ρ ρ z ( ) λ ^p χ w ( ) λ ^p

oder

/ 1 3 f

/ f /

f /

f /

f

2

1 M y w

Ed 1

M y z

Ed , z 1

M y x

Ed , x 2

1 M y z

Ed , z 2

1 M y x

Ed ,

x

  ≤





 





γ

⋅ χ

⋅ τ

 +







 





γ

⋅ ρ

⋅ σ

 





 





γ

⋅ ρ

− σ

 





 





γ

⋅ ρ + σ

 





 





γ

⋅ ρ

σ

1

1 M

k , ult

Rd ≥

γ α

⋅

= ρ α

→ Interpolation der

Abminderungsfaktoren

→ Kleinster Abminderungsfaktor maßgebend

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -5

Aktuelle Änderungen EN 1993-1-5

 Schubtragfähigkeit längsversteifter Stegbleche

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -5 Kritische Beulspannungen τ cr sind ausschließlich für gelenkige Randbedingungen

der Stegblechränder zu bestimmen !

 Schubtragfähigkeit längsversteifter Stegbleche

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -5

Nicht erforderlich bei typischen geschlossenen Steifen

Aktuelle Änderungen EN 1993-1-5

 Längsausgesteifte Blechfelder unter Druckbeanspruchung

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -5

Festlegung einer Mindeststeifigkeit für sichere Anwendung erforderlich

γ ≥ 25 !

Mindeststeifigkeit

 Interaktionsbeziehungen unter Querbelastung

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -5

-Querbelastung F und Querkraft V

-Querbelastung F und Biegemoment M

-Querbelastung F, Biegemoment M und Querkraft V

0 . 2 1

1

6 . 1

3

 + ≤



 





 

 





− ⋅

⋅ η

η

Ed Ed

V

F

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -5

Interaktion, gedrungene Schlankheit

 DIN: σ

-Hypothese

 EN: Berücksichtigung von Stabilitätseinflüssen b/t = 30

α = 1

b/t = 65

α = 1 ^{a b}

t

Interaktion, hohe Schlankheit

 DIN: Linearer Verlauf

 EN: Ausgeprägt konvexer Verlauf

σ x

σ x

σ z

σ z

Legende

 Bi-axial druckbeanspruchte Platten

f 1 V f

f

f

z y

x x 2

y z

z 2

y x

x

  ≤





 





⋅ ρ

⋅ σ

 





 





⋅ ρ

⋅ σ

 −







 





⋅ ρ + σ

 





 





⋅ ρ

σ

z

V = ρ

⋅ ρ

mit falls σ

und σ

Druckspannungen;

sonst V = 1

Weitere Entwicklungen EN 1993-1-5

[Braun, B.: Stability of steel plates under combined loading. Dissertation, No. 2010-3, Institut für Konstruktion und Entwurf, Universität

Stuttgart, 2010 (

 Ergänzende Bemessungsregeln

und Empfehlungen für moderne Steifen- ausbildungen

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -5

 Ergänzende Bemessungsregeln für Träger mit Trapezstegblechen

 Weiterentwicklung der Regeln für FEM-

Berechnungen und Harmonisierung mit

EN 1993-1-6

EN 1993-1-9: Ermüdung

EN 1993-1-2: Tragwerksbemessung für den Brandfall

EN 1993-1-3: Ergänzende Regeln für kaltgeformte Bauteile und Bleche

EN 1993-1-4: Ergänzende Regeln zur Anwendung von nichtrostenden Stählen EN 1993-1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau

EN 1993-1-6: Festigkeit und Stabilität von Schalen EN 1993-1-7: Plattenförmige Bauteile mit Querbelastung EN 1993-1-8: Bemessung von Anschlüssen

EN 1993-1-9: Ermüdung

EN 1993-1-10: Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung

EN 1993-1-11: Bemessung und Konstruktion von Tragwerken mit Zuggliedern aus Stahl

EN 1993-1-12: Zusätzliche Regeln zur Erweiterung von EN 1993 auf Stahlgüten bis S700

E N 1993 -1 EN 1993-1-5: Plattenförmige Bauteile

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -9

 Stand

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -9

Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Teil 1-9: Ermüdung

Kranbahnen

EN 1993-6

Silos & Tanks

EN 1993-4-1 /-2 Brücken

EN 1993-2 EN 1993-3-1 /-2

Maste & Schornsteine

Einheitliche Grundnorm für alle Anwendungsnormen

EN 1993-1-9: Ermüdung

 Einheitliche und standardisierte Wöhlerlinien / Ermüdungsfestigkeitskurven

 Umfangreicher Kerbfallkatalog

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -9

1·10⁴ 1·10⁵ 1·10⁶ 1·10⁷ 1·10⁸ 1·10⁹ Anzahl der Spannungsspiele N [-]

1000

100

10 62·10 65·10

Dauerfestigkeit ∆σ_D

Schwellenwert ∆σ_L

160 140 125 112 100 90 80 71 63 56 50 45 40 36

1

m = 5 1

m = 3

160

36

Kerbgruppe ∆σ_C

 Variables Sicherheitsniveau

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -9

Zuverlässigkeitskonzept Schadensfolge

niedrig hoch

Konzept der Schadenstoleranz 1,0 1,15 Konzept der sicheren Lebensdauer 1,15 1,35

- Schadenstoleranz - Schadensfolge

- Inspektionsmöglichkeit

Weiterentwicklung EN 1993-1-9

 Anpassung der Teilsicherheitsbeiwerte γ _Mf und

Harmonisierung mit den Schadensfolgeklassen CC in EN 1990

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -9

 Erweiterung der Bemessungsregeln für die Anwendung des Strukturspannungskonzeptes

Hohlprofilknoten

Stützstellen für Spannungsermittlung

1,0⋅t

0,4⋅t

t

σ

σ

σ

σ

σ

Spannungsüberhöhung infolge Naht infolge Struktur Nennspannun

g

A B

 Neuer Anhang „Schweißnahtnachbehandlung“

Zu: E N 1 9 9 3 -1 -9

© PITEC GmbH

Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit durch Anwendung von Verfahren der Schweißnahtnachbehandlung

∆σ_C.Imp = f ·∆σ_C

Erhöhungsfaktor für die Ermüdungsfestigkeit

Weitere Entwicklungen

 Auflösung von EN 1993-1-12 (Zusätzliche Regeln zur Erweiterung von EN 1993 auf Stahlgüten bis S700) und Integration der entsprechenden Abschnitten in die bestehenden Grundnormenteile

 Umstrukturierung und wesentliche Überarbeitung von EN 1993-1-7 (Plattenförmige Bauteile mit Querbelastung)

 Überarbeitung von EN 1993-1-4 (Ergänzende Regeln zur Anwendung von nichtrostenden Stählen)

 Träger mit Stegöffnungen

W ei te re E n tw ic kl u n g e n

Bilder?

 Wie kann man Einfluss nehmen?

S c hl us s be m e rk unge n

- Einfluss auf den Nationalen Anhang - Vorschlag für Änderungen im Eurocode Jeder

Mitarbeit in Initiative PraxisRegelnBau

Mitarbeit im Spiegelausschuss

Mitarbeit in Evolution Group

- Eurocode nutzen  Erfahrung sammeln

- Fragen und Hinweise an den Spiegelausschuss

- Vorschläge an Projektgruppe 3

- Deutsche Experten vom DIN-Spiegelausschuss ernannt

S c hl us s be m e rk unge n

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Ausprobieren und Mitmachen - Gestalten für die Zukunft -

 Einheitliche Bemessungsregeln

 Sehr wirtschaftliche Bemessung möglich bei Anwendung komplexer Lösungen

 Vereinfachte Regelungen für Standardfälle

Schlussbemerkungen

 Die Anwendung des Eurocodes lohnt sich!

[Beg, D., Kuhlmann, U., Davaine, L., Braun, B.: Design of Plated Structures, Eurocode 3: Design of Steel Structures, Part 1-5 Design of Plated Structures, 1st Edition, 2010, veröffentlicht durch ECCS – European Convention for Construcional Steelwork, Verkauf durch Ernst & Sohn, Berlin.]

[Braun, B.: Stability of steel plates under combined loading. Dissertation, No. 2010-3, Institut für Konstruktion und Entwurf, Universität Stuttgart, 2010

[Braun, B., Kuhlmann, U.: Bemessung und Konstruktion von aus Blechen zusammengesetzten Bauteilen nach DIN EN 1993-1-5. In: Kuhlmann, U. (Hrsg.): Stahlbau-Kalender 2009, Verlag Ernst & Sohn, 2009, S.381-453.]

[EBPlate: Software zur Ermittlung von elastischen kritischen Spannungen in Platten. EBPlate steht unter als kostenloser Download zur Verfügung.]

[Johansson, B., Maquoi, R., Sedlacek, G. et al.: Commentary and worked examples to EN 1993-1-5, Plated Structural Elements. 1st Edition, ECCS-JRC Report No. EUR 22 898 EN, 2007.

[Kuhlmann, U.; Eligehausen, R.; Wald, F.; da Silva, L.; Hofmann, J.: New market chances for steel structures by innovative fastening solutions between steel and concrete, Schlussbericht, RFCS Projekt INFASO,

Projektnr. RFSR-CT-2007-00051, 2011.]

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Literatur

[Kuhlmann, U., Froschmeier, B., Euler, M.: Allgemeine Bemessungsregeln, Bemessungsregeln für den Hochbau – Erläuterungen zur Struktur und Anwendung von DIN EN 1993-1-1. Stahlbau 79 (2010), Heft 11, S.779-792.]

[Kuhlmann, U., Johansson, B., Raoul, J. et al.: COMBRI: Competitive Steel and Composite Bridges by Improved Steel Plated Structures. RFCS Forschungsprojekt RFS-CR-03 018, 2007.]

[Kuhlmann, U. et al.: COMBRI-Handbuch Brücken. RFCS-Projekt COMBRI+, 2008. Das Handbuch steht unter als kostenloser Download zur Verfügung.]

[Kuhlmann, U.; Günther, H.-P.; Rasche, C.; Werner, F.; Hildebrand, J.; Wudtke, I.; Vormwald, M.; Beier, T.;

Versch, C.; Köhler, G.; Heinemann, H.: Wirtschaftliche Schweißverbindungen höherfester Baustähle.

Forschung für die Praxis P 652, FOSTA, Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. im Stahl-Zentrum, Verlag und Vertriebsgesellschaft mbH, Düsseldorf, 2008.]

[Kuhlmann, U; Ožbolt, A.; Verbesserung der Tragfähigkeit von Ankerplatten mit angeschweißten

Kopfbolzendübeln in stabförmigen Stahlbetonbauteilen, Forschungsprojekt IGF 17028N, DASt/AIF, läuft seit 2011.]

[Kuhlmann, U.; Rasche, C.: Überarbeitung des DIN-Fachberichts 103; Sitzung des NA 005-57:

„Fachbereichsrat KOA 07 Brücken“; 2009.]

Li te ra tur

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[Kuhlmann, U., Rölle, L.: Duktilitätskriterien für typisierte Stirnplattenverbindungen, Schlussbericht, DASt- Forschungsvorhaben im Auftrag der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ (AiF), AiF-Vorhaben Nr. 14627, 2008.]

[Kuhlmann, U., Rölle, L.: Verbundanschlüsse nach Eurocode. In: Kuhlmann, U. (Hrsg.): Stahlbau-Kalender 2010, Verlag Ernst & Sohn, 2010, S.573-642.]

[Kuhlmann, U.; Rybinski, M.; Rölle, L.: Anschlüsse im Stahl- und Verbundbau. Der Prüfingenieur. Heft 32.

S.36-49, April 2008.]

[Kuhlmann, U., Zizza, A.: Stahlbaunormen – DIN EN 1993-1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. In: Kuhlmann, U. (Hrsg.): Stahlbau-Kalender 2012, Verlag Ernst & Sohn, 2012, S.1-78.]

[Nussbaumer, A., Günther, H.-P.: Stahlbaunormen - Kommentar zu DIN EN 1993-1-9: Ermüdung,

Grundlagen und Erläuterungen. In: Kuhlmann, U. (Hrsg.): Stahlbau-Kalender 2012, Verlag Ernst & Sohn, 2012, S.255-351.]

[Rasche, C.: Zur Bestimmung der Tragfähigkeit von Kehlnahtverbindungen höherfester Baustähle.

Dissertation, Universität Stuttgart, Institut für Konstruktion und Entwurf, 2012.]

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Literatur

[Simoes da Silva, L., Simoes, R., Gervasio, H.: Design of Steel Structures Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings, ECCS Eurocode Design Manuals, 2010, Verkauf durch Verlag Ernst & Sohn, Berlin.]

[Ungermann, D., Schneider, S.: Stahlbaunormen – Kommentar zu DIN EN 1993-1-8: Bemessung von Anschlüssen. In: Kuhlmann, U. (Hrsg.): Stahlbau-Kalender 2012, Verlag Ernst & Sohn, 2012, S.205-253.]

[Volz, M. und Saal, H.: Geschweißte Verbindungen nach DIN EN 1993-1-8. Stahlbau, 81 (2012), S.282–289.]

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