kalt-geformten
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Forschungsbericht<br />
Bestimmung der Tragfähigkeit von<br />
geschweißten T-Knoten aus (<strong>kalt</strong>-<strong>geformten</strong>)<br />
Hohlprofilen mit dreiecksförmigen<br />
Querschnitten<br />
Entwicklung der Grundlagen und Optimierung der Bemessung, Konstruktion<br />
und Herstellung zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von<br />
Hohlprofilkonstruktionen<br />
Prof. Dr.-Ing. D. Ungermann, Dr.-Ing. B. Brune, Dipl.-Ing. P- Dissel (TU Dortmund)<br />
Prof. Dr.-Ing. Arch. W. A. Noebel ; Dipl.-Ing. Arch. O. Schmidt<br />
Dr. Ing. S. Herion, Dipl.-Ing. O. Fleischer (KIT)<br />
im Juni 2010<br />
FOSTA<br />
Forschungsvereinigung für<br />
Stahlanwendung e.V.<br />
Universität Dortmund<br />
Lehrstuhl für Stahlbau<br />
KIT<br />
Karlsruhe Institut für<br />
Technologie<br />
Lehrstuhl für Stahl-<br />
Und Leichtmetallbau<br />
Das IGF-Vorhaben 15379 N der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf,<br />
wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemein -<br />
schaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie<br />
aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.
Zusammenfassung<br />
Zusammenfassung<br />
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wird das Tragverhalten von T-Knoten mit Gurten<br />
aus dreieckigen Hohlprofilen und Streben aus rechteckigen (RHP) und dreieckigen<br />
Hohlprofilen untersucht. Neben der Knotentragfähigkeit werden auch architektonische und<br />
ökonomische Aspekte betrachtet.<br />
Triangular Hollow Sections (THS) sind neu entwickelte Hohlprofilquerschnitte, so dass<br />
Erkenntnisse zum Tragverhalten von Knoten aus THS bislang lediglich auf sogenannten<br />
„Bird Beak“- und „Diamond Bird Beak“-Knoten basieren. Diese weisen zwar eine<br />
geometrische Ähnlichkeit zu Knoten mit Gurten aus THS auf, das Gurtprofil ist jedoch kein<br />
dreieckiges, sondern einem um 45° um die Längsachse gedrehtes, quadratisches<br />
Hohlprofil. Auf Grundlage experimenteller und numerischer Untersuchungen, die in den<br />
90-iger Jahren des 20. Jahrhunderts zu diesen Knotenformen durchgeführt wurden und<br />
auf der Vorgehensweise, die zu den Bemessungsvorschriften der DIN EN 1993-1-8 von T-<br />
Knoten aus Rechteckhohlprofilen führten, werden die experimentellen, numerischen und<br />
analytischen Untersuchungen für die neuartigen THS T-Knoten festgelegt.<br />
Ein numerisches Modell für THS T-Knoten wird für die Parameterstudien erarbeitet und<br />
anhand der an der Technischen Universität Dortmund durchgeführten Vorversuche sowie<br />
mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen von Hohlprofilknoten aus RHP validiert.<br />
Basierend auf diesem Modell wird anschließend eine Parameterstudie durchgeführt. Mit<br />
den numerischen Untersuchungen werden zum einen die maximalen Knotenwiderstände<br />
und zum anderen Knotenwiderstände basierend auf einem Deformationskriterium ermittelt.<br />
Das für Hohlprofilknoten allgemein anerkannte Deformationskriterium, welches den<br />
Knotenwiderstand bei einer maximalen Eindrückung von 3% der Gurtbreite oder des –<br />
durchmessers b0 (d0) begrenzt, ist bei T-Knoten aus THS Gurten nicht anwendbar.<br />
Aufgrund der hohen Steifigkeit dieser Knoten muss die maximale Eindrückung von 3%b0<br />
(3%d0) deutlich reduziert werden. Daher werden die numerischen Ergebnisse zusätzlich<br />
auf ein sinnvolles Deformationskriterium hin untersucht. Mit den Ergebnissen der<br />
numerischen Untersuchungen wird schließlich ein eine maximale Eindrückung von 1% der<br />
Gurtprofilbreite b0 als Deformationskriterium von THS T-Knoten vorgeschlagen.<br />
Für T-Knoten mit THS Gurten und RHP Streben werden zwei analytische Modelle<br />
angegeben. Für Streben, deren Flansche parallel zur Gurtlängsachse angeordnet sind,<br />
wird der Knotenwiderstand, wie auch in DIN EN 1993-1-8 für Gurtflanschversagen von<br />
Knoten aus RHP, mit einem Fließlinienmodell ermittelt. Für Knoten mit um 45° um die<br />
Strebenlängsachse gedrehte Streben erfolgt die Ermittlung des Knotenwiderstands auf<br />
Grundlage eines Modells der mitwirkenden Breite, welches ebenfalls in DIN EN 1993-1-8<br />
für Strebenversagen von Knoten aus RHP angewendet wird. Zusätzlich erfolgt ein<br />
Vergleich der numerisch und der analytisch ermittelten Knotenwiderstände.<br />
Neben den numerischen und den analytischen Untersuchungen werden ebenfalls<br />
experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Diese werden hinsichtlich des<br />
Knotenwiderstands, der Verformungen und der beobachteten Versagensmodi<br />
ausgewertet.<br />
Um die ästhetischen sowie die wirtschaftlichen Aspekte von Tragwerken aus dreieckigen<br />
Hohlprofilquerschnitten zu untersuchen, werden Hallentragwerke mit zwei verschiedenen<br />
Fachwerkträgern und einem Vierendeel-System detailliert betrachtet. Neben einer<br />
visuellen Darstellung der Träger, die auch eine virtuelle, 3-dimensionale Ansicht der
Zusammenfassung<br />
Tragwerke enthält, und der Anschlussdetails werden die Träger bemessen. Die<br />
Bemessung erfolgt für Querschnitte aus dem allgemeinen Baustähle S355 als auch für<br />
den höherfesten Stahl S460. Auf Grundlage dieser Bemessungen wird die<br />
Wirtschaftlichkeit anhand von den drei Kostenkategorien, Materialaufwand,<br />
Schweißarbeiten und Zuschnitt, evaluiert. Es zeigt sich, dass die Verwendung von THS-<br />
Profilen wirtschaftliche Vorteile bringen kann, insbesondere bei den Vierendeel-Systemen.<br />
Zusammenfassend kann damit festgehalten werden:<br />
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.
Zusammenfassung<br />
Gegenüberstellung der Forschungsergebnisse mit den<br />
Forschungszielen<br />
In Arbeitspaket 1 sollte auf Grundlage theoretischer, experimenteller und<br />
numerische Untersuchungen das lokale und globale Tragverhalten von T-<br />
Knotenverbindung in Abhängigkeit der wesentlichen Anschlussparameter<br />
herausgearbeitet werden. Mit Hilfe von 30 Traglastversuchen erfolgte die<br />
Untersuchung des Tragverhaltens von T-Knoten mit dreiecksförmigen Gurtprofilen<br />
in Kombination mit rechteckförmigen, unter Berücksichtigung der Orientierung des<br />
Rechteckhohlprofilen (siehe Abschnitt 3). Diese experimentellen Untersuchungen<br />
dienten ebenfalls der Validierung des numerischen Modells (siehe Abschnitt 4) auf<br />
dessen Grundlage Parameterstudien durchgeführt wurden. Auf Grundlage dieser<br />
und zusätzlicher analytischer Untersuchungen (Abschnitt 5) erfolgte die<br />
Beschreibung des Last-Verformungsverhaltens mit mechanischen Modellen.<br />
In Arbeitspaket 2 sollte die Festschreibung von Mindestfertigungsstandards zur<br />
Qualitätssicherung erfolgen. Dies beinhaltete die Festlegungen zulässiger<br />
Toleranzen, Schweißnahtgüten, Prüfaufgaben und Prüfumfang bei der Fertigung,<br />
Randbedingungen zum Schweißen in <strong>kalt</strong>verformten Bereichen sowie<br />
Abminderungsfaktoren für die Verwendung von Hohlprofilen aus hoch- und<br />
höherfesten Stählen (Abschnitt .7 und 8)<br />
In Arbeitspaket 3 sollte mit einer Proportionsstudie das Erscheinungsbild<br />
unterschiedlicher Gurt-Streben-Kombinationen dargestellt werden. Die Darstellung<br />
der optimalen Knotenausbildung erfolgte mit Modellen (Abschnitt 6)<br />
Die in Arbeitspaket 4 zum Ziel gesetzte Aufbereitung der Ergebnisse erfolgte<br />
konsequent während der Bearbeitung der zuvor beschriebenen Arbeitspakete. Die<br />
tabellarische Darstellung der statischen Querschnittswerte und die in Abschnitt 5<br />
angegebenen einfachen Beziehungen zur Ermittlung der Knotenwiderstände<br />
ermöglichen die einfache Anwendung der gewonnen Erkenntnisse<br />
Abschließend kann festgehalten werden:<br />
Zielsetzung und Ergebnis stimmen überein.
Inhaltsverzeichnis<br />
Inhaltsverzeichnis<br />
(Table of contents)<br />
ZUSAMMENFASSUNG 5<br />
GEGENÜBERSTELLUNG DER FORSCHUNGSERGEBNISSE MIT DEN<br />
FORSCHUNGSZIELEN 5<br />
NUTZEN FÜR KMU UND INDUSTRIELLE<br />
ANWENDUNGSMÖGLICHKEITEN: 8<br />
1 EINLEITUNG (INTRODUCTION) 35<br />
1.1 ALLGEMEINES (GENERAL) 35<br />
1.2 ZIELSETZUNG (SCOPE) 36<br />
1.2.1 Wissenschaftlich technische Forschungsziele (Scientifical technical<br />
research goals) 36<br />
1.2.2 Wirtschaftliche Forschungsziele (Economical research goals) 37<br />
2 STAND DER TECHNIK (STATE OF THE ART) 39<br />
2.1 DREIECKIGE QUERSCHNITTE IM BAUWESEN (TRIANGULAR SHAPED<br />
SECTIONS IN ARCHITECTURE) 39<br />
2.2 QUERSCHNITTSKENNWERTE VON THS (SECTION PROPERTIES OF THS) 42<br />
2.3 ERMITTLUNG DES CHARAKTERISTISCHEN KNOTENWIDERSTANDS<br />
(DETERMINATION OF CHARACTERISTIC JOINT STRENGTH) 43<br />
2.4 BEMESSUNGSGRUNDLAGEN VON T-KNOTEN AUS RHP (BASICS OF DESIGN<br />
OF T-JOINTS MADE OF RHS) 44<br />
2.4.1 Versagensmodi axialbeanspruchter T-Knoten aus RHP (Failure Modes<br />
of axially loaded T-joints made of RHS) 44<br />
2.4.2 Entwicklung der Bemessungsmodelle von RHP T-Knoten<br />
(Development of design models for T-joints made of RHS) 45<br />
2.5 BIRD-BEAK (BB) UND DIAMOND-BIRD-BEAK (DBB) KNOTEN (BIRD-BEAK-<br />
(BB) AND DIAMOND-BIRD-BEAK (DBB) JOINTS) 48<br />
2.5.1 Experimentelle Versuche mit DBB T-knoten (Experimental investigation<br />
of DBB T-joints) 50<br />
2.5.2 Numerische Untersuchungen von DBB T-Knoten (Numerical<br />
investigations of DBB T-joints) 52<br />
2.5.3 Versagensmechanismus von axial beanspruchten DBB T-Knoten<br />
(Failure modes of axially loaded DBB T-joints) 59<br />
2.5.4 Fazit (Conclusion) 60<br />
Seite I
Inhaltsverzeichnis<br />
3 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN (EXPERIMENTAL<br />
INVESTIGATIONS) 63<br />
3.1 ALLGEMEINES (GENERAL) 63<br />
3.2 VERWENDETE PROFILE (USED SECTIONS) 63<br />
3.3 VERSUCHSPARAMETER (TEST PARAMETERS) 64<br />
3.4 VERSUCHSPROGRAMM (TEST PROGRAM) 65<br />
3.5 VERSUCHSAUFBAU (TEST SETUP) 66<br />
3.5.1 Sensorik und Signalverarbeitung (Sensor system and signal<br />
processing) 70<br />
3.5.1.1 Wegmessung (Measurement of deflections) 71<br />
3.5.1.2 Dehnungsmessung (Strain measuring) 73<br />
3.5.1.3 Signalverarbeitung (Signal processing) 76<br />
3.6 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG (EXECUTION OF TESTS) 76<br />
3.7 GRUNDLAGEN DER VERSUCHSAUSWERTUNG (BASIS OF THE EVALUATION OF<br />
THE TESTS) 76<br />
3.7.1 Allgemeines (General) 76<br />
3.7.2 Kennwerte der Einzelstäbe (Characteristics of the sections) 77<br />
3.8 VERSUCHSERGEBNISSE (TEST RESULTS) 78<br />
3.8.1 Versuchskörper 90-0-800G (Specimen 90-0-800G) 79<br />
3.8.2 Versuchskörper 60-45-800G (Specimen 60-45-800G) 86<br />
3.8.3 Versuchskörper 90-45-800 (Specimen 90-45-800) 94<br />
3.8.4 Versuchskörper 90-0-1600 (Specimen 90-0-1600) 101<br />
3.8.5 Übersicht aller Versuche (Test survey) 106<br />
3.9 ZUSAMMENFASSUNG (SUMMARY) 108<br />
4 NUMERISCHE UNTERSUCHUNGEN (NUMERICAL<br />
INVESTIGATIONS) 111<br />
4.1 ALLGEMEINES (GENERAL) 111<br />
4.1.1 Software und Hardware (Software) 111<br />
4.1.2 Elementwahl (Choosing an adequate element) 111<br />
4.1.3 Materialgesetz (Material properties) 111<br />
4.2 DISKRETISIERUNG (DISCRETISATION) 112<br />
4.2.1 Abmessungen (Dimensions) 112<br />
4.2.2 Schweißnähte (Welds) 113<br />
4.2.3 Randbedingungen (Boundary conditions) 113<br />
4.2.4 Symmetrie (Symmetry) 115<br />
4.2.5 Eliminierung der Gurtbiegung (Elimination of chord bending) 115<br />
4.3 VALIDIERUNG DER NUMERISCHEN MODELLE (VALIDATION OF THE<br />
NUMERICAL MODEL) 117<br />
Seite II
Inhaltsverzeichnis<br />
4.3.1 Numerische Modelle der Pilotversuche (Numerical models of<br />
preliminary tests) 117<br />
4.3.2 Numerisches Modell eines T-Knotens aus RHP (Numerical model of Tjoint<br />
made of RHS) 118<br />
4.4 PARAMETERSTUDIEN (PARAMETER STUDIES) 119<br />
4.4.1 Parameterbereich (Parameter Range) 119<br />
4.4.2 Ermittlung der maximalen Eindrückung der Strebe in den Gurt δlok,max<br />
(Determination of max. brace indentations into the cord section δlok,max) 121<br />
4.5 ERGEBNISSE (RESULTS) 127<br />
5 ANALYTISCHE UNTERSUCHUNGEN (ANALYTICAL<br />
INVESTIGATIONS) 133<br />
5.1 ALLGEMEINES (GENERAL) 133<br />
5.2 TRAGFÄHIGKEIT VON TRIANGULAR PARALLEL BIRD BEAK T-KNOTEN (LOAD<br />
CAPACITY OF TRIANGUAR PARALL BIRD BEAK T-JOINTS) 133<br />
5.3 TRAGFÄHIGKEIT VON TRIANGULAR DIAMOND BIRD BEAK T-KNOTEN<br />
(ULTIMATE LOADS OF TRIANGULAR DIAMOND BIRD BEAK T-JOINTS) 137<br />
5.4 VERGLEICH MIT EXPERIMENTELL ERMITTELTEN KNOTENWIDERSTÄNDEN 140<br />
6 ARCHITEKTONISCH-KONSTRUKTIVE UNTERSUCHUNGEN<br />
(ARCHITECURALY KONSTRUCTIVE INVESTIGATIONS) 141<br />
6.1 EINFÜHRUNG (PREFACE) 141<br />
6.2 HISTORISCHE BEISPIELE (EXAMPLES FROM HISTORY) 142<br />
6.2.1 Hector Guimard (Hector Guimard) 142<br />
6.2.2 Gustave Eiffel (Gustave Eiffel) 145<br />
6.2.3 Mies van der Rohe (Mies van der Rohe) 147<br />
6.3 GESTALTERISCHE ANFORDERUNGEN AN NEUE ENTWICKLUNGEN IM<br />
STAHLBAU (CREATIVE REQUIREMENTS TO NEW DEVELOPMENTS IN STEEL<br />
CONSTRUCTION) 150<br />
6.3.1 Folgerungen aus der bauhistorischen Untersuchung (Conclusions of<br />
historical investigations) 150<br />
6.3.2 Geometrie (Geometry) 150<br />
6.4 UNTERSUCHUNG VON DREI TRÄGERTYPEN (INVESTIGATIONS ON THREE<br />
TYPES OF BEAMS) 150<br />
6.4.1 Auswahl der zu untersuchenden Trägertypen 150<br />
6.4.2 Klärung der konstruktiven Randbedingungen (Declaration of boundary<br />
conditions) 151<br />
6.4.2.1 Fachwerkträger 1 152<br />
6.4.2.2 Fachwerkträger 2 155<br />
6.4.2.3 Vierendeelträger 158<br />
Seite III
Inhaltsverzeichnis<br />
6.4.3 Anwendung der Ergebnisse in einem studentischen Projekt (Application<br />
oft he results in a collegiate project) 161<br />
6.4.4 Zeichnungen (Drawings) 163<br />
6.4.4.1 Fachwerkträger 1 (Truss 1) 163<br />
6.4.4.2 Fachwerkträger 2 (Truss 2) 171<br />
6.4.4.3 Vierendeelträger 179<br />
6.5 ANWENDBARKEIT DER ERGEBNISSE (USABILITY OF RESULTS) 187<br />
6.5.1 Konstruktion (Structure) 187<br />
6.5.2 Gestalterische Möglichkeiten 187<br />
6.6 ZUSAMMENFASSUNG 188<br />
7 RECHNERISCHE NACHWEISE ZUR ANWENDUNGSSTUDIE<br />
(ANALYTICAL CHECKS FOR APPLICATION STUDY) 189<br />
7.1 ALLGEMEINES (GENERAL) 189<br />
7.2 GRUNDLAGEN DER BERECHNUNG (CALCULATION BASIS) 189<br />
7.2.1 Berechnungsverfahren (Calculation method) 190<br />
7.2.2 Material und Querschnitte (Material and cross sections) 190<br />
7.2.3 System und Belastung (System and loading) 192<br />
7.3 BEMESSUNGSERGEBNISSE (DIMENSIONING RESULTS) 194<br />
7.3.1 Fachwerkträger 1 (Girder 1) 194<br />
7.3.1.1 System (System) 194<br />
7.3.1.2 Querschnitte (Cross sections) 195<br />
7.3.1.3 Imperfektionen (Imperfections) 195<br />
7.3.1.4 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 196<br />
7.3.1.5 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 196<br />
7.3.2 Fachwerkträger 2 (Girder 2) 197<br />
7.3.2.1 System (System) 197<br />
7.3.2.2 Querschnitte (Cross sections) 198<br />
7.3.2.3 Imperfektionen (Imperfections) 198<br />
7.3.2.4 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 199<br />
7.3.2.5 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 199<br />
7.3.3 Vierendeelträger (Vierendeel) 200<br />
7.3.3.1 System (System) 200<br />
7.3.3.2 Querschnitte (Cross sections) 201<br />
7.3.3.3 Imperfektionen (Imperfections) 201<br />
7.3.3.4 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 202<br />
7.3.3.5 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 202<br />
Seite IV
Inhaltsverzeichnis<br />
7.4 FAZIT (CONCLUSION) 203<br />
8 WIRTSCHAFTLICHKEIT (ECONOMIC EFFICIENCY) 205<br />
8.1 ALLGEMEINES (GENERAL) 205<br />
8.2 VERGLEICHSSYSTEME (COMPARATIVE SYSTEMS) 206<br />
8.2.1 Verwendung höherfester Stahlsorten (Application of higher-strength<br />
steel) 206<br />
8.2.2 Fachwerkträger 1 – RHP S355 (Girder 1 – RHP S355) 208<br />
8.2.2.1 System (System) 208<br />
8.2.2.2 Querschnitte (Cross sections) 209<br />
8.2.2.3 Imperfektionen (Imperfections) 209<br />
8.2.2.4 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 210<br />
8.2.2.5 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 210<br />
8.2.2.6 Knotennachweis für K1 unten (Joint verification for K1 bottom) 212<br />
8.2.3 Fachwerkträger 1 - S460 (Girder 1 – S460) 215<br />
8.2.3.1 Querschnitte (Cross sections) 215<br />
8.2.3.2 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 215<br />
8.2.3.3 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 216<br />
8.2.4 Fachwerkträger 1 – RHP S460 (Girder 1 – RHP S460) 217<br />
8.2.4.1 Querschnitte (Cross sections) 217<br />
8.2.4.2 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 217<br />
8.2.4.3 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 218<br />
8.2.4.4 Knotennachweis für K1 unten (Joint verification for K1 bottom) 219<br />
8.2.5 Fachwerkträger 2 – RHP S355 (Girder 2 – RHP S355) 222<br />
8.2.5.1 System (System) 222<br />
8.2.5.2 Querschnitte (Cross sections) 223<br />
8.2.5.3 Imperfektionen (Imperfections) 223<br />
8.2.5.4 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 224<br />
8.2.5.5 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 224<br />
8.2.5.6 Knotennachweis für K1 oben (Joint verification for K1 top) 226<br />
8.2.6 Fachwerkträger 2 - S460 (Girder 2 –S460) 229<br />
8.2.6.1 Querschnitte (Cross sections) 229<br />
8.2.6.2 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 229<br />
8.2.6.3 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 230<br />
8.2.7 Fachwerkträger 2 – RHP S460 (Girder 2 – RHP S460) 231<br />
Seite V
Inhaltsverzeichnis<br />
8.2.7.1 Querschnitte (Cross sections) 231<br />
8.2.7.2 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 231<br />
8.2.7.3 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 232<br />
8.2.7.4 Knotennachweis für K1 oben (Joint verification for K1 top) 233<br />
8.2.8 Vierendeelträger RHP S355 (Vierendeel – RHP S355) 236<br />
8.2.8.1 System (System) 236<br />
8.2.8.2 Querschnitte (Cross sections) 237<br />
8.2.8.3 Imperfektionen (Imperfections) 237<br />
8.2.8.4 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 238<br />
8.2.8.5 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 238<br />
8.2.8.6 Knotennachweis für K2 unten (Joint verification for K2 bottom) 240<br />
8.2.9 Vierendeelträger - S460 (Vierendeel –S460) 242<br />
8.2.9.1 Querschnitte (Cross sections) 242<br />
8.2.9.2 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 242<br />
8.2.9.3 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 243<br />
8.2.10 Vierendeelträger – RHP S460 (Vierendeel – RHP S460) 244<br />
8.2.10.1 Querschnitte (Cross sections) 244<br />
8.2.10.2 Ausnutzungsgrade (Utilization factors) 244<br />
8.2.10.3 Verformung und Reaktionskräfte, charakteristisch (Deflection and<br />
reaction forces, characteristic) 245<br />
8.2.10.4 Knotennachweis für K2 unten (Joint verification for K2 bottom) 246<br />
8.3 MENGENVERGLEICH (MASS COMPARISON) 248<br />
8.4 VERFORMUNGSVERGLEICH (DEFLECTION COMPARISON) 248<br />
8.5 KOSTENVERGLEICH (COST COMPARISON) 250<br />
8.5.1 Kostengruppe A: Material der verwendeten Profile (Cost group A:<br />
Material of the applied profiles) 250<br />
8.5.2 Kostengruppe B: Schweißarbeiten (Cost group B: Welding works) 251<br />
8.5.3 Kostengruppe C: Zuschnittarbeiten (Cost group C: Cutting works) 254<br />
8.5.4 Gesamtkosten (Total costs) 255<br />
8.6 FAZIT (CONCLUSION) 256<br />
9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK (SUMMARY AND<br />
PREVIEW) 257<br />
9.1 ZUSAMMENFASSUNG (SUMMARY) 257<br />
9.2 AUSBLICK (PREVIEW) 258<br />
LITERATURVERZEICHNIS II<br />
Seite VI
Inhaltsverzeichnis<br />
NORMEN IV<br />
ANHANG A: QUERSCHNITTSWERTE DREIECKIGER HOHLPROFILE<br />
(APPENDIX A: SECTION PROPERTIES OF TRIANGUAL HOLLOW<br />
SECTIONS) 1<br />
ANHANG B:WERKSZEUGNIS (APPENDIXB: TEST CERTIFICATE) 4<br />
Seite VII
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
Abbildungsverzeichnis<br />
ABBILDUNG 1.1: T-KNOTEN UNTERSCHIEDLICHER PROFILQUERSCHNITTE UND<br />
AUSRICHTUNGEN 36<br />
ABBILDUNG 2.1: BANGKOK INTERNATIONAL AIRPORT SUVARNABHUMI 40<br />
ABBILDUNG 2.2: BRÜCKE IN CALA GALDANA MIT BOGENTRÄGERN AUS<br />
DREIECKFÖRMIGEN HOHLPROFILTRÄGERN 40<br />
ABBILDUNG 2.3: PYLON DER STAßENBAHNHALTESTELLE REINOLDIKIRCHE IN<br />
DORTMUND 41<br />
ABBILDUNG 2.4: ZIVILJUSTIZ CENTER IN MANCHESTER, GROßBRITANNIEN 42<br />
ABBILDUNG 2.5: BESTIMMUNG DER TRAGLAST MIT DEM DEFORMATIONSKRITERIUM 44<br />
ABBILDUNG 2.6: VERSAGENSMODI VON T-KNOTEN UNTER DRUCKBEANSPRUCHUNG 45<br />
ABBILDUNG 2.7: VERSUCHSAUFBAUTEN FÜR DRUCKBEANSPRUCHUNG UND<br />
ROTATIONSKAPAZITÄT [22] 46<br />
ABBILDUNG 2.8: VERSUCHSAUFBAU UNTER KOMBINIERTER BEANSPRUCHUNG [22] 47<br />
ABBILDUNG 2.9: INTERAKTIONSDIAGRAMM FÜR KOMBINIERTE BEANSPRUCHUNG<br />
VON T-KNOTEN AUS RHP [22] 48<br />
ABBILDUNG 2.10: GEOMETRIE VON BIRD-BEAK- UND DIAMOND BIRD-BEAK-KNOTEN 49<br />
ABBILDUNG 2.11: VERSUCHSAUFBAU DBB-T-KNOTEN [9] 50<br />
ABBILDUNG 2.12: ANALYTISCHES MODELL ZUR TRAGLASTERMITTLUNG EINES DBB-<br />
T-KNOTENS[5] 51<br />
ABBILDUNG 2.13: ÄNDERUNG DER QUERSCHNITTSKENNWERTE INFOLGE<br />
FORMÄNDERUNG 52<br />
ABBILDUNG 2.14: ELIMINIERUNG DER GURTBIEGUNG MITTELS EINES<br />
KOMPENSATIONSMOMENTENPAARES 53<br />
ABBILDUNG 2.15: RANDBEDINGUNGEN BEI DEN NUMERISCHEN STUDIEN VON DBB T-<br />
KNOTEN [2] 54<br />
ABBILDUNG 2.16: KOMPENSATORISCHE MOMENTE BEI DBB T-KNOTEN [2] 54<br />
ABBILDUNG 2.17: ELIMINIERUNG DER GURTBIEGUNG 55<br />
ABBILDUNG 2.18: EINDRÜCKUNG DER STREBE IN DEN GURT δ 56<br />
ABBILDUNG 2.19: SCHWERPUNKT EINES HALBIERTEN QHP 56<br />
ABBILDUNG 2.20: EINFLUSSFAKTOREN QHP T-KNOTEN IN TRADITIONELLER UND<br />
DBB AUSFÜHRUNG 57<br />
ABBILDUNG 2.21: LAST-EINDRÜCKUNG FÜR VERSCHIEDENE<br />
GURTLÄNGENVERHÄLTNISSE α [2] 58<br />
ABBILDUNG 2.22: ITERATIONSDIAGRAMM FÜR DBB T-KNOTEN 59<br />
ABBILDUNG 2.23: LOKALES VERBINDUNGSVERSAGEN EINES DBB T-KNOTENS [11] 60<br />
ABBILDUNG 2.24: EXPERIMENTELL UND NUMERISCH ERMITTELTE<br />
VERSAGENSFORMEN VON DBB T-KNOTEN 61<br />
ABBILDUNG 2.25: STEIGERUNG DER TRAGFÄHIGKEIT EINES DBB T-KNOTENS 61<br />
ABBILDUNG 3.1: THS PROFIL 64<br />
ABBILDUNG 3.2: PROFILE STREBEN 64<br />
ABBILDUNG 3.3: JOCH AUF KRAFTMESSDOSE 66<br />
ABBILDUNG 3.4: PROBE IM MÖRTELBETT 66<br />
ABBILDUNG 3.5: AXIALGELENK + LE-PLATTE 66<br />
Seite VIII
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
ABBILDUNG 3.6: STEMPEL (GESCHNITTEN) 66<br />
ABBILDUNG 3.7: STATIVE FÜR SENSOREN 67<br />
ABBILDUNG 3.8: SEILWEGAUFNEHMER 67<br />
ABBILDUNG 3.9: PROBE UND JOCH 67<br />
ABBILDUNG 3.10: STIRNPLATTE GESCHWEIßT 67<br />
ABBILDUNG 3.11: SCHNEIDE MIT KNAGGE 68<br />
ABBILDUNG 3.12: LAGERPLATTE, GLEITSCHICHT 68<br />
ABBILDUNG 3.13: SCHNEIDENAUFNAHME 68<br />
ABBILDUNG 3.14: GEWINDESTIFTE 68<br />
ABBILDUNG 3.15: ANORDNUNG DER MESSPUNKTE 70<br />
ABBILDUNG 3.16: ANSCHLUSS DER SEILWEGAUFNEHMER 71<br />
ABBILDUNG 3.17: KORREKTUR H 72<br />
ABBILDUNG 3.18: MESSPUNKT INDUKTIONSWEGAUFNEHMER 73<br />
ABBILDUNG 3.19: ANORDNUNG DMS 74<br />
ABBILDUNG 3.20: PRÜFLAST ZU MASCHINENWEG 90-0-800G 79<br />
ABBILDUNG 3.21: VERSAGENSBILD 90-0-800G 80<br />
ABBILDUNG 3.22: SEITENWANDVERFORMUNGEN 90-0-800G 81<br />
ABBILDUNG 3.23: PRÜFLAST ZU HORIZONTALEN WEGMESSUNGEN 90-0-800G 82<br />
ABBILDUNG 3.24: PRÜFLAST ZU VERTIKALEN WEGMESSUNGEN 90-0-800G 83<br />
ABBILDUNG 3.25: PRÜFLAST ZU WEGMESSUNG OK THS 90-0-800G 84<br />
ABBILDUNG 3.26: PRÜFLAST ZU SEITENWAND-DEHNUNGEN 90-0-800G 85<br />
ABBILDUNG 3.27: PRÜFLAST ZU MASCHINENWEG 60-45-800G 86<br />
ABBILDUNG 3.28: SEITENWAND-BIEGUNG 60-45-800G 87<br />
ABBILDUNG 3.29: DETAIL SEITENWAND-BIEGUNG 60-45-800G 87<br />
ABBILDUNG 3.30: FLIEßEN DER STREBE 60-45-800G 88<br />
ABBILDUNG 3.31: PRÜFLAST ZU HORIZONTALEN WEGMESSUNGEN 60-45-800G 89<br />
ABBILDUNG 3.32: PRÜFLAST ZU VERTIKALEN WEGMESSUNGEN 60-45-800G 90<br />
ABBILDUNG 3.33: STREBE VOR UND NACH VERSUCH 60-45-800G 91<br />
ABBILDUNG 3.34: KONTAKT ZWISCHEN STREBE UND MESSTECHNIK 60-45-800G 91<br />
ABBILDUNG 3.35: PRÜFLAST ZU WEGMESSUNG OK THS 60-45-800G 92<br />
ABBILDUNG 3.36: PRÜFLAST ZU SEITENWAND-DEHNUNGEN 90-45-800 93<br />
ABBILDUNG 3.37: PRÜFLAST PRÜFLAST ZU MASCHINENWEG 90-45-800 94<br />
ABBILDUNG 3.38: VERSAGENSBILD 90-45-800 95<br />
ABBILDUNG 3.39: PRÜFLAST ZU HORIZONTALEN WEGMESSUNGEN 90-45-800 96<br />
ABBILDUNG 3.40: PRÜFLAST ZU VERTIKALEN WEGMESSUNGEN 90-45-800 97<br />
ABBILDUNG 3.41: PRÜFLAST ZU WEGMESSUNG OK THS 90-45-800 98<br />
ABBILDUNG 3.42: PRÜFLAST ZU SEITENWAND-DEHNUNGEN 90-45-800 99<br />
ABBILDUNG 3.43: PRÜFLAST ZU UNTERGURT-DEHNUNGEN 90-45-800 100<br />
ABBILDUNG 3.44: PRÜFLAST ZU MASCHINENWEG 90-0-1600 101<br />
ABBILDUNG 3.45: VERSAGENSBILD 90-0-1600 102<br />
ABBILDUNG 3.46: PRÜFLAST ZU HORIZONTALEN WEGMESSUNGEN 90-0-1600 103<br />
ABBILDUNG 3.47: PRÜFLAST ZU VERTIKALEN WEGMESSUNGEN 90-0-1600 104<br />
ABBILDUNG 3.48: PRÜFLAST ZU SEITENWAND-DEHNUNGEN 90-0-1600 105<br />
ABBILDUNG 3.49: PRÜFLAST ZU UNTERGURT-DEHNUNGEN 90-0-1600 106<br />
ABBILDUNG 3.50: PRÜFLASTEN ALLER VERSUCHE 107<br />
ABBILDUNG 3.51: AUSNUTZUNGSGRAD FÜR L0 = 800 MM 108<br />
ABBILDUNG 4.1: QUERSCHNITTSGEOMETRIE 112<br />
Seite IX
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
ABBILDUNG 4.2: KNOTENKOMBINATIONEN, BEZEICHNUNGEN 113<br />
ABBILDUNG 4.3: STATISCHES GRUNDSYSTEM 114<br />
ABBILDUNG 4.4: LASTEINLEITUNG (KNOTEN 1) 114<br />
ABBILDUNG 4.5: AUFLAGER IN KNOTEN NR. 2 115<br />
ABBILDUNG 4.6: AUSNUTZUNG DER SYMMETRIE 115<br />
ABBILDUNG 4.7: SPANNUNGSVERTEILUNG BEI EINSATZ VON<br />
KOMPENSATIONSMOMENTEN 116<br />
ABBILDUNG 4.8: ABMESSUNGEN DER UNTERSUCHTEN THS T-KNOTEN AUS DEN<br />
PILOTVERSUCHEN 117<br />
ABBILDUNG 4.9: VERGLEICH DER EINFLUSSFAKTOREN DES FE-MODELLS DES<br />
PROBEKÖRPERS [22] 119<br />
ABBILDUNG 4.10: GURT-STREBENKOMBINATIONEN 121<br />
ABBILDUNG 4.11: ERMITTLUNG DER VERTIKALEN KOMPONENTE DER LOKALEN<br />
VERFORMUNG IM GURT 122<br />
ABBILDUNG 4.12: LOKALE VERFORMUNG IM GURT 122<br />
ABBILDUNG 4.13: VERSCHIEBUNG DER KNOTEN IN HORIZONTALER RICHTUNG (U1) 123<br />
ABBILDUNG 4.14: MESSSTELLEN FÜR DIE LOKALE VERFORMUNG DES GURTES BEI<br />
THS + QHP T-KNOTEN 124<br />
ABBILDUNG 4.15: VERFORMUNG IN HORIZONTALER RICHTUNG (U1) 125<br />
ABBILDUNG 4.16: MESSSTELLEN BEI T-KNOTEN MIT GURTEN UND STREBEN AUS<br />
THS 126<br />
ABBILDUNG 4.17: ERMITTLUNG DER EINDRÜCKUNG DER STREBE IN DEN GURT 126<br />
ABBILDUNG 4.18: MESSSTELLEN DER EINDRÜCKUNG DER STREBE IN DEN GURT 127<br />
ABBILDUNG 4.19: LOKALE VERFORMUNG IN DEN KRITISCHEN PUNKTEN EINES TPBB<br />
T-KNOTENS 128<br />
ABBILDUNG 4.20: LOKALE VERFORMUNG IN DEN KRITISCHEN PUNKTEN EINES TBB<br />
T-KNOTENS 128<br />
ABBILDUNG 4.21: LOKALE VERFORMUNG IN DEN KRITISCHEN PUNKTEN EINES TDBB<br />
T-KNOTENS 129<br />
ABBILDUNG 5.1: LOKALE GURTVERFORMUNG UND KOMPONENTENZERLEGUNG 134<br />
ABBILDUNG 5.2: FLIESSLINIENMODEL BEI TPBB T-KNOTEN AUF EINEM<br />
GURTFLANSCH 135<br />
ABBILDUNG 5.3: VERGLEICH DER ANALYTISCHEN UND NUMERISCHEN ERGEBNISSE 136<br />
ABBILDUNG 5.4: SPANNUNGSVERTEILUNG TDBB KNOTENS FÜR MAXIMALE<br />
BEANSPRUCHUNG NI,MAX<br />
137<br />
ABBILDUNG 5.5: EFFEKTIVE FLÄCHE (AE) 138<br />
ABBILDUNG 5.6: VERGLEICH DER ANALYTISCHEN UND NUMERISCHEN ERGEBNISSE 140<br />
ABBILDUNG 6.1: HECTOR GUIMARD – ÉCOLE DU SACRÉ COEUR 1895 142<br />
ABBILDUNG 6.2: ZEICHNUNG DER GESAMTFASSADE 144<br />
ABBILDUNG 6.3: GUSTAVE EIFFEL – TOUR EIFFEL 145<br />
ABBILDUNG 6.4: LUDWIG MIES VAN DER ROHE – NATIONAL THEATER MANNHEIM 147<br />
ABBILDUNG 6.5: LUDWIG MIES VAN DER ROHE – NATIONALGALERIE BERLIN 149<br />
ABBILDUNG 6.6: RASTER 1.1, GROßE SPANNWEITEN, LEICHTE BEANSPRUCHUNG,<br />
HALLEN 153<br />
ABBILDUNG 6.7: RASTER 1.2, MIDIFIKATION VON TRÄGER 1.1 FÜR PPNKTLASTEN<br />
UND GESTEIGERTE BEANSPRUCHUNGEN 154<br />
Seite X
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
ABBILDUNG 6.8: RASTER 2.1, GROßE SPANNWEITE, HOHE BEANSPRUCHUNG, FÜR<br />
ABGEHÄNGTE BEANSPRUCHUNGEN, HERSTELLUNG VON HALLEN 156<br />
ABBILDUNG 6.9: RASTER 2.2, GROßE SPANNWEITE, FÜR ABGEHÄNGTE<br />
BEANSPRUCHUNGEN, ANORDUNG FÜR DIE BEMESSUNG<br />
HORIZONTALER UND VERTIKALER DRUCKSTÄBE 157<br />
ABBILDUNG 6.10: RASTER 3.1, VIERENDEEL TRÄGER FÜR MITTLERE SPANNWEITE<br />
UND MITTLERE BEANSPRUCHUNG 159<br />
ABBILDUNG 6.11: RASTER 3.2, VIERENDEEL TRÄGER MIT UM 45° GEDREHTEN<br />
STREBEN, ERHÖHTER WIDERSTAND DURCH ANORDNUNG DER<br />
DELTA-PROFILE (THS) 160<br />
ABBILDUNG 6.12: ZEICHNUNGEN ZU DEM PROJEKT „UMBAU UND ERGÄNZUNG DER<br />
GÜTERABFERTIGUNGSHALLEN DES DORTMUNDER<br />
HAUPTBAHNHOFS“ VON MAREN JATZEK 161<br />
ABBILDUNG 6.13 FACHWERKTRÄGER 1 163<br />
ABBILDUNG 6.14: QUERSCHNITT DURCH DEN TRÄGER ANSCHLUSS<br />
NEBENTRAGWERK – DACH, AUFLAGER, LÄNGSAUSSTEIFUNG 165<br />
ABBILDUNG 6.15: DETAIL KNOTEN STREBEN – OBERGURT ANSCHLUSS TRAGWERK -<br />
NEBENTRAGWERK – DACH 166<br />
ABBILDUNG 6.16: DETAIL KNOTEN STREBEN – OBERGURT, ANSCHLUSS TRAGWERK<br />
- NEBENTRAGWERK – DACH – AUßENWAND, AUSSTEIFUNG DES<br />
TRAGWERKS 167<br />
ABBILDUNG 6.17: DETAIL AUFLAGER, ANSCHLUSS TRAGWERK – AUßENWAND,<br />
PFEILERVORLAGE IN DER AUßENWAND, AUSSTEIFUNG DES<br />
TRAGWERKS 168<br />
ABBILDUNG 6.18: PERSPEKTIVISCHE DARSTELLUNG DES ANSCHLUSSES STREBEN –<br />
UNTERGURT 169<br />
ABBILDUNG 6.19: PERSPEKTIVISCHE DARSTELLUNG DES HALLENRAUMES 170<br />
ABBILDUNG 6.20: FACHWERKTÄGER 2 171<br />
ABBILDUNG 6.21: QUERSCHNITT DURCH DEN TRÄGER ANSCHLUSS<br />
NEBENTRAGWERK – DACH, AUFLAGER, LÄNGSAUSSTEIFUNG 173<br />
ABBILDUNG 6.22: DETAIL KNOTEN STREBEN – OBERGURT, ANSCHLUSS TRAGWERK<br />
– NEBENTRAGWERK 174<br />
ABBILDUNG 6.23: DETAIL KNOTEN STREBEN – OBERGURT, ANSCHLUSS TRAGWERK<br />
- NEBENTRAGWERK – DACH – AUßENWAND, AUSSTEIFUNG DES<br />
TRAGWERKS – BRACING OF THE GIRDER 175<br />
ABBILDUNG 6.24: DETAIL AUFLAGER, ANSCHLUSS TRAGWERK – AUßENWAND,<br />
PFEILERVORLAGE IN DER AUßENWAND, AUSSTEIFUNG DES<br />
TRAGWERKS 176<br />
ABBILDUNG 6.25: PERSPEKTIVISCHE DARSTELLUNG DES ANSCHLUSSES STREBEN –<br />
UNTERGURT 177<br />
ABBILDUNG 6.26: PERSPEKTIVISCHE DARSTELLUNG DES HALLENRAUMES 178<br />
ABBILDUNG 6.27: VIERENDEELTRÄGER 179<br />
ABBILDUNG 6.28: QUERSCHNITT DURCH DEN TRÄGER ANSCHLUSS<br />
NEBENTRAGWERK – DACH, AUFLAGER, LÄNGSAUSSTEIFUNG 181<br />
ABBILDUNG 6.29: DETAIL KNOTEN STREBEN – OBERGURT, ANSCHLUSS TRAGWERK<br />
- NEBENTRAGWERK – DACH 182<br />
Seite XI
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
ABBILDUNG 6.30: DETAIL KNOTEN STREBEN – OBERGURT, ANSCHLUSS TRAGWERK<br />
- NEBENTRAGWERK – DACH – AUßENWAND, AUSSTEIFUNG DES<br />
TRAGWERKS 183<br />
ABBILDUNG 6.31: DETAIL AUFLAGER, ANSCHLUSS TRAGWERK – AUßENWAND,<br />
PFEILERVORLAGE IN DER AUßENWAND, AUSSTEIFUNG DES<br />
TRAGWERKS 184<br />
ABBILDUNG 6.32: PERSPEKTIVISCHE DARSTELLUNG DES ANSCHLUSSES STREBE –<br />
UNTERGURT 185<br />
ABBILDUNG 6.33: PERSPEKTIVISCHE DARSTELLUNG DES HALLENRAUMES 186<br />
ABBILDUNG 7.1: GENERIERTES THS-PROFIL 191<br />
ABBILDUNG 7.2: GESAMTMODELL F1 194<br />
ABBILDUNG 7.3: KNOTENDETAIL F1 194<br />
ABBILDUNG 7.4: QUERSCHNITTSNUMMERN F1 195<br />
ABBILDUNG 7.5: IMPERFEKTIONEN F1 195<br />
ABBILDUNG 7.6: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE F1 196<br />
ABBILDUNG 7.7: SPANNUNGSAUSNUTZUNG STREBEN F1 196<br />
ABBILDUNG 7.8: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE F1 196<br />
ABBILDUNG 7.9: GESAMTMODELL F2 197<br />
ABBILDUNG 7.10: KNOTENDETAIL F2 197<br />
ABBILDUNG 7.11: QUERSCHNITTSNUMMERN F2 198<br />
ABBILDUNG 7.12: IMPERFEKTIONEN F2 198<br />
ABBILDUNG 7.13: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE F2 199<br />
ABBILDUNG 7.14: SPANNUNGSAUSNUTZUNG STREBEN F2 199<br />
ABBILDUNG 7.15: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE F2 199<br />
ABBILDUNG 7.16: GESAMTMODELL VIERENDEEL 200<br />
ABBILDUNG 7.17: KNOTENDETAIL VIERENDEEL 200<br />
ABBILDUNG 7.18: QUERSCHNITTSNUMMERN VIERENDEEL 201<br />
ABBILDUNG 7.19: IMPERFEKTIONEN VIERENDEEL 201<br />
ABBILDUNG 7.20: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE UND RANDPFOSTEN<br />
VIERENDEEL 202<br />
ABBILDUNG 7.21: SPANNUNGSAUSNUTZUNG PFOSTEN VIERENDEEL 202<br />
ABBILDUNG 7.22: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE VIERENDEEL 202<br />
ABBILDUNG 8.1: GESAMTMODELL F1-RHP S355 208<br />
ABBILDUNG 8.2: KNOTENDETAIL F1-RHP S355 208<br />
ABBILDUNG 8.3: QUERSCHNITTSNUMMERN F1-RHP S355 209<br />
ABBILDUNG 8.4: IMPERFEKTIONEN F1-RHP S355 209<br />
ABBILDUNG 8.5: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE F1-RHP S355 210<br />
ABBILDUNG 8.6: SPANNUNGSAUSNUTZUNG STREBEN F1-RHP S355 210<br />
ABBILDUNG 8.7: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE F1-RHP S355 210<br />
ABBILDUNG 8.8: QUERSCHNITTSNUMMERN F1 S460 215<br />
ABBILDUNG 8.9: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE F1 S460 215<br />
ABBILDUNG 8.10: SPANNUNGSAUSNUTZUNG STREBEN F1 S460 216<br />
ABBILDUNG 8.11: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE F1 S460 216<br />
ABBILDUNG 8.12: QUERSCHNITTSNUMMERN F1-RHP S460 217<br />
ABBILDUNG 8.13: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE F1-RHP S460 217<br />
ABBILDUNG 8.14: SPANNUNGSAUSNUTZUNG STREBEN F1-RHP S460 218<br />
ABBILDUNG 8.15: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE F1-RHP S460 218<br />
Seite XII
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
ABBILDUNG 8.16: GESAMTMODELL F2-RHP S355 222<br />
ABBILDUNG 8.17: KNOTENDETAIL F2-RHP S355 222<br />
ABBILDUNG 8.18: QUERSCHNITTSNUMMERN F2-RHP S355 223<br />
ABBILDUNG 8.19: IMPERFEKTIONEN F2-RHP S355 223<br />
ABBILDUNG 8.20: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE F2-RHP S355 224<br />
ABBILDUNG 8.21: SPANNUNGSAUSNUTZUNG STREBEN F2-RHP S355 224<br />
ABBILDUNG 8.22: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE F2-RHP S355 224<br />
ABBILDUNG 8.23: QUERSCHNITTSNUMMERN F2 S460 229<br />
ABBILDUNG 8.24: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE F2 S460 229<br />
ABBILDUNG 8.25: SPANNUNGSAUSNUTZUNG STREBEN F2 S460 230<br />
ABBILDUNG 8.26: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE F2 S460 230<br />
ABBILDUNG 8.27: QUERSCHNITTSNUMMERN F2-RHP S460 231<br />
ABBILDUNG 8.28: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE F2-RHP S460 231<br />
ABBILDUNG 8.29: SPANNUNGSAUSNUTZUNG STREBEN F2-RHP S460 232<br />
ABBILDUNG 8.30: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE F2-RHP S460 232<br />
ABBILDUNG 8.31: GESAMTMODELL VIERENDEEL –RHP S355 236<br />
ABBILDUNG 8.32: KNOTENDETAIL VIERENDEEL RHP S355 236<br />
ABBILDUNG 8.33: QUERSCHNITTSNUMMERN VIERENDEEL -RHP S355 237<br />
ABBILDUNG 8.34: IMPERFEKTIONEN VIERENDEEL -RHP S355 237<br />
ABBILDUNG 8.35: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE VIERENDEEL -RHP S355 238<br />
ABBILDUNG 8.36: SPANNUNGSAUSNUTZUNG STREBEN VIERENDEEL -RHP S355 238<br />
ABBILDUNG 8.37: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE VIERENDEEL -RHP S355 238<br />
ABBILDUNG 8.38: QUERSCHNITTSNUMMERN VIERENDEEL S460 242<br />
ABBILDUNG 8.39: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE VIERENDEEL S460 242<br />
ABBILDUNG 8.40: SPANNUNGSAUSNUTZUNG STREBEN VIERENDEEL S460 243<br />
ABBILDUNG 8.41: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE VIERENDEEL S460 243<br />
ABBILDUNG 8.42: QUERSCHNITTSNUMMERN VIERENDEEL-RHP S460 244<br />
ABBILDUNG 8.43: SPANNUNGSAUSNUTZUNG GURTE VIERENDEEL -RHP S460 244<br />
ABBILDUNG 8.44: SPANNUNGSAUSNUTZUNG STREBEN VIERENDEEL -RHP S460 245<br />
ABBILDUNG 8.45: VERFORMUNG UND REAKTIONSKRÄFTE VIERENDEEL RHP S460 245<br />
ABBILDUNG 8.46: VERGLEICH DER STAHLMENGEN 248<br />
ABBILDUNG 8.47: VERGLEICH DER VERFORMUNGEN 249<br />
ABBILDUNG 8.48: VERGLEICH DER VERFORMUNGEN PRO STAHLMENGE 250<br />
ABBILDUNG 8.49: KNOTENTYPEN THS-SYSTEME 252<br />
ABBILDUNG 8.50: KNOTENTYPEN RHP-SYSTEME 252<br />
ABBILDUNG 8.51: ANTEILE DER KOSTENGRUPPEN IN % 255<br />
ABBILDUNG 8.52: GESAMTKOSTEN 256<br />
List of figures<br />
FIGURE 1.1: T-JOINTS WITH DIFFERENT CHORD SECTIONS AND ADJUSTMENTS 36<br />
FIGURE 2.1: BANGKOK INTERNATIONAL AIRPORT SUVARNABHUMI 40<br />
FIGURE 2.2: BRIDGE IN CALA GALDANA WITH TRIANGULAR SHAPED HOLLOW<br />
SECTIONS 40<br />
FIGURE 2.3: PYLON OF TRAM STOP REINOLDSKIRCHE IN DORTMUND 41<br />
FIGURE 2.4: CIVIL JUSTICE CENTRE IN MANCHESTER, GREAT BRITAIN 42<br />
Seite XIII
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
FIGURE 2.5: DETERMINATION OF THE LOAD CAPACITY BASED ON THE<br />
DEFORMATION CRITERION 44<br />
FIGURE 2.6: FAILURE MODES OF T-JOINTS LOADED UNDER COMPRESSION 45<br />
FIGURE 2.7: TEST SETUP FOR JOINTS UNDER COMPRESSION AND SECTIONS IN<br />
BENING [22] 46<br />
FIGURE 2.8: TEST SETUP S3 FOR COMBINED LOADING [22] 47<br />
FIGURE 2.9: INTERACTION DIAGRAM FOR COMBINED LOADING OF T-JOINTS<br />
MADE OF RHS [22] 48<br />
FIGURE 2.10: GEOMETRY OF BIRD-BEAK- AND DIAMOND-BIRD-BEAK-JOINTS 49<br />
FIGURE 2.11: TEST SETUP FOR DBB-T-JOINTS [9] 50<br />
FIGURE 2.12: ANALYTICAL MODEL FOR THE DETERMINATION OF THE LOAD<br />
CAPACITY OF A DBB-T-JOINT [5] 51<br />
FIGURE 2.13: CHANGE OF CROSS SECTION PROPERTIES DUE TO DEFORMATIONS 52<br />
FIGURE 2.14: ELIMINATION OF THE CHORD BENDING BY COMPENSATORY<br />
MOMENTS 53<br />
FIGURE 2.15: BOUNDARY CONDITIONS OF THE NUMERICAL STUDIES OF DBB T-<br />
JOINTS [2] 54<br />
FIGURE 2.16: COMPENSATORY MOMENTS OF A DBB T-JOINT [2] 54<br />
FIGURE 2.17: ELIMINATION OF THE CHORD BENDING 55<br />
FIGURE 2.18: INDENTATION δ OF THE BRACE INTO THE CHORD 56<br />
FIGURE 2.19: CENTER OF GRAVITY OF HALVED QHS 56<br />
FIGURE 2.20: INFLUENCING PARAMETERS OF QHS T-JOINTS 57<br />
FIGURE 2.21: INDENTATIONS FOR VARYING CHORD LENGTH RATIO α [2] 58<br />
FIGURE 2.22: M-N INTERACTION FOR DBB T-JOINT 59<br />
FIGURE 2.23: LOCAL FAILURE OF A DBB T-JOINT [11] 60<br />
FIGURE 2.24: EXPERIMENTALLY AND NUMERICALLY DETERMINED FAILURE MODES<br />
OF DBB T-JOINTS 61<br />
FIGURE 2.25: INCREASE OF LOAD CAPACITY OF DBB T-JOINT 61<br />
FIGURE 3.1: TRIANGULAR HOLLOW SECTION (THS) 64<br />
FIGURE 3.2: BRACE SECTIONS 64<br />
FIGURE 3.3: TRUSS ON LOAD CELL 66<br />
FIGURE 3.4: SPECIMEN IN MORTAR BED 66<br />
FIGURE 3.5: AXIAL HINGE 66<br />
FIGURE 3.6: ACTUATOR 66<br />
FIGURE 3.7: STANDS OF SENSORS 67<br />
FIGURE 3.8: WIRED LVDTS 67<br />
FIGURE 3.9: SPECIMEN AND TRUSS 67<br />
FIGURE 3.10: WELDED FRONT PLATE 67<br />
FIGURE 3.11: CUTTING EDGE WITH CLEAT 68<br />
FIGURE 3.12: BEARING PLATE 68<br />
FIGURE 3.13: AFFILIATION OF CUTTING EDGE 68<br />
FIGURE 3.14: SETSCREWS 68<br />
FIGURE 3.15: POSITION OF MEASURING POINTS 70<br />
FIGURE 3.16: ALIGNEMENT OF THE WIRED LVDT 71<br />
FIGURE 3.17: KORRECTION H 72<br />
FIGURE 3.18: LVDT 73<br />
FIGURE 3.19: ARRANGEMENT OF STRAIN GAUGES 74<br />
Seite XIV
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
FIGURE 3.20: LOAD-DEFELCTION OF SPECIMEN 90-0-800G 79<br />
FIGURE 3.21: FAILURE OF SPECIMEN 90-0-800G 80<br />
FIGURE 3.22: DEFORMATION OF SIDE WALLS OF SPECIMEN 90-0-800G 81<br />
FIGURE 3.23 HORIZONTAL DEFELCTIONS OF SPECIMEN 90-0-800G 82<br />
FIGURE 3.24: VERTICAL DEFLECTIONS OF SPECIMEN 90-0-800G 83<br />
FIGURE 3.25: VERTIKAL DEFLECTIONS OF UPPER CORNER OF THS 84<br />
FIGURE 3.26: STRAINS AT SIDE WALLS OF SPECIMEN 90-0-800G 85<br />
FIGURE 3.27: LOAD DEFLECTION CURVE OF SPECIMEN 60-45-800G 86<br />
FIGURE 3.28: BENDING OF SIDE WALLS OF SPECIMEN 60-45-800G 87<br />
FIGURE 3.29: DETAILED VIEW OF SIDE WALL BENDING OF SPECIMEN 60-45-800G 87<br />
FIGURE 3.30: YIELDING OF BRACE SECTION OF SPECIMEN 60-45-800G 88<br />
FIGURE 3.31: HORIZONTAL DEFLECTIONS OF SPECIMEN 60-45-800G 89<br />
FIGURE 3.32: VERTICAL DEFLECTIONS OF SPECIMEN 60-45-800G 90<br />
FIGURE 3.33: BRACE OF SPECIMEN 60-45-800G BEFORE AND AFTER LOADING 91<br />
FIGURE 3.34: CONTACT OF BRACE AND MEASURING EQUIPMENT OCCURRED FOR<br />
SPECIMEN 60-45-800G 91<br />
FIGURE 3.35: VERTICAL DEFLECTION OF UPPER CORNER OF SPECIMEN 60-45-<br />
800G 92<br />
FIGURE 3.36: STRAINS OF SIDE WALLS OF SPECIMEN 90-45-800 93<br />
FIGURE 3.37: LOAD-DEFLECTION OF SPECIMEN 90-45-800 94<br />
FIGURE 3.38: FAILURE OF SPECIMEN 90-45-800 95<br />
FIGURE 3.39: HORIZONTAL DEFLECTIONS OF SPECIMEN 90-45-800 96<br />
FIGURE 3.40: VERTICAL DEFLECTIONS OF SPECIMEN 90-45-800 97<br />
FIGURE 3.41: VERTICAL DEFLECTION OF UPPER CORNER OF SPECIMEN 90-45-<br />
800 98<br />
FIGURE 3.42: STRAINS OF SIDE WALLS OF SPECIMEN 90-45-800 99<br />
FIGURE 3.43: STRAINS OF LOWER CHORDS FLANGE 90-45-800 100<br />
FIGURE 3.44: LOAD-DEFLECTIONS OF SPECIMEN 90-45-800 101<br />
FIGURE 3.45: FAILURE OF SPECIMEN 90-0-1600 102<br />
FIGURE 3.46: HORIZONTAL DEFLECTIONSOF SPECIMEN 90-0-1600 103<br />
FIGURE 3.47: VERTICAL DEFLECTIONS OF SPECIMEN 90-0-1600 104<br />
FIGURE 3.48: STRAINS OF THE SIDE WALLS OF SPECIMEN 90-0-1600 105<br />
FIGURE 3.49: STRAINS OF THE LOWER CHORD FLANGE OF SPECIMEN 90-0-1600 106<br />
FIGURE 3.50: TEST LOADS OF ALL SPECIMEN 107<br />
FIGURE 3.51: UTILISATION FACTOR FOR L0 = 800 MM 108<br />
FIGURE 4.1: DIMENSIONS OF SECTIONS 112<br />
FIGURE 4.2: COMBINATION OF SECTIONS, NOMENCLATURE 113<br />
FIGURE 4.3: STATICAL SYSTEM 114<br />
FIGURE 4.4: LOAD INTRODUCTION 114<br />
FIGURE 4.5: BOUNDARY CONDITION AT NODE 2 115<br />
FIGURE 4.6: USAGE OF SYMMETRY CONDITIONS 115<br />
FIGURE 4.7: STRESS DISTRIBUTION UNDER USAGE OF THE COMPENSATORY<br />
MOMENT METHOD 116<br />
FIGURE 4.8: DIMENSIONS OF T-JOINTS MADE OF THS MADE OF THS 117<br />
FIGURE 4.9: COMPARISON OF THE PARAMETERS INFLUENCING THE FE-MODEL<br />
OF THE SPECIMEN [22] 119<br />
FIGURE 4.10: COMBINATIONS OF CHORD AND BRACE SECTIONS 121<br />
Seite XV
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
FIGURE 4.11: DETERMINATION OF THE VERTICAL COMPONENT FROM THE LOCAL<br />
DEFORMATION OF THE CHORD 122<br />
FIGURE 4.12: LOCAL DEFORMATION AT CHORD 122<br />
FIGURE 4.13: DEFELCTIONS OF NODES IN HORIZONTAL DIRECTION (U1) 123<br />
FIGURE 4.14: POSITIONS FOR MEASURE THE LOCAL DEFORMATION OF THE THS<br />
CHORD WITH SHS BRACES 124<br />
FIGURE 4.15: DEFORMATION IN HORIZONTAL DIRECTION (U1) 125<br />
FIGURE 4.16: POSITIONS FOR T-JOINTS MADE OF THS CHORDS AND BRACES 126<br />
FIGURE 4.17: DETERMINATION OF THE INDENTATION OF THE BRACE INTO THE<br />
CHORD SECTION 126<br />
FIGURE 4.18: POSITIONS TO DETERMINE THE INDENTATION OF THE BRACE INTO<br />
THE CHORD SECTION 127<br />
FIGURE 4.19: LOCAL DEFORMATIONS OF THE CRITAL POSITIONS OF A TPBB T-<br />
JOINT 128<br />
FIGURE 4.20: LOCAL DEFORMATIONS OF THE CRITAL POSITIONS OF A TPB T-<br />
JOINT 128<br />
FIGURE 4.21: LOCAL DEFORMATIONS OF THE CRITAL POSITIONS OF A TPBB T-<br />
JOINT 129<br />
FIGURE 5.1: LOCAL CHORD DEFORMATIONS AND COMPONENTS OF LOADS AND<br />
DEFORMATIONS 134<br />
FIGURE 5.2: YIELD LINE MODEL OF TPBB T-JOINT 135<br />
FIGURE 5.3: COMPARISON OF ANALYTICAL AND NUMERICAL RESULTS 136<br />
FIGURE 5.4: STRESS DISTRIBUTION OF TDBB JOINT FOR MAXIMUM LOADING<br />
NI,MAX<br />
FIGURE 5.5: EFFECTIVE AREA (AE) 138<br />
FIGURE 5.6: COMPARISON OF ANALYTICAL AND NUMERICAL RESULTS 140<br />
FIGURE 6.1: HECTOR GUIMARD – ÉCOLE DU SACRÉ COEUR 1895 142<br />
FIGURE 6.2: TECHNICAL DRAWING OF FASSADE 144<br />
FIGURE 6.3: GUSTAVE EIFFEL – TOUR EIFFEL 145<br />
FIGURE 6.4: LUDWIG MIES VAN DER ROHE – NATIONAL THEATER MANNHEIM 147<br />
FIGURE 6.5: LUDWIG MIES VAN DER ROHE – NATIONALGALERIE BERLIN 149<br />
FIGURE 6.6: GIRD VERSION 1.1, BIG SPAN LENGTH, LIGHT LOADS, HALLS 153<br />
FIGURE 6.7: GIRD VERSION 1.2; MODIFICATION OF GIRDER 1.1 FOR POINT<br />
LOADS AND FURTHER INCREASED LOADS 154<br />
FIGURE 6.8: GIRDER VERSION 2.1; BIG SPAN LENGTH, HIGH LOADS, FACILITY<br />
FOR SUSPENDED LOADS, MANUFACTURING HALLS AND VENUES 156<br />
FIGURE 6.9: GIRDER VERSION 2.2; BIG SPAN LENGTH, HIGH LOADS, FACILITY<br />
FOR SUSPENDED LOADS, ALIGNMENT OF THE DIMENSION OF<br />
VERTICAL AND HORIZONTAL STRUTS. 157<br />
FIGURE 6.10: VIERENDEEL-GIRDER VERSION 3.1; AVERAGE SPAN LENGTH,<br />
AVERAGE LOADS 159<br />
FIGURE 6.11: VIERENDEEL-GIRDER VERSION 3.2; 45°TURN OF VERTICAL<br />
STRUTS, CAPACITY INCREASED BY ALIGNING THE STRUTS TO THE<br />
GEOMETRY OF THE DELTA-PROFILES 160<br />
FIGURE 6.12: SKETCHES OF THE PROJECT „REBUILDING AND EXPANSION OF THE<br />
HALL FOR DISPATCHING OF GOODS OF DORTMUND MAIN STATION”<br />
BY MAREN JATZEK 161<br />
Seite XVI<br />
137
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
FIGURE 6.13: TRUSS 1 163<br />
FIGURE 6.14: CROSS SECTION OF THE GIRDER CONNECTION SECONDARY<br />
GIRDER –ROOF, BEARING, LONGITUDINAL BRACING 165<br />
FIGURE 6.15: DETAIL NODE STRUTS – TOP CHORD CONNECTION GIRDER –<br />
SECONDARY GIRDER – ROOF 166<br />
FIGURE 6.16: DETAIL NODE STRUTS – TOP CHORD, CONNECTION GIRDER _<br />
SECONDARY GIRDER – ROOF – EXTERIOR WALLBRACING OF THE<br />
GIRDER 167<br />
FIGURE 6.17: DETAIL BEARING, CONNECTION GIRDER – EXTERIOR WALL,<br />
PILASTER STRIP ON EXTERIOR WALL, BRACING OF THE GIRDER 168<br />
FIGURE 6.18: PERSPECTIVE VIEW ON THE CONNECTION STRUTS – BOTTOM<br />
CHORD 169<br />
FIGURE 6.19: VISUALIZATION OF THE HALL INTERIOR 170<br />
FIGURE 6.20: TRUSS 2 171<br />
FIGURE 6.21: CROSS SECTION OF THE GIRDER CONNECTION SECONDARY<br />
GIRDER – ROOF, BEARING, LONGITUDINAL BRACING 173<br />
FIGURE 6.22: DETAIL NODE STRUTS – TOP CHORD, CONNECTION GIRDER – ROOF 174<br />
FIGURE 6.23: DETAIL NODE STRUTS – TOP CHORD, CONNECTION GIRDER _<br />
SECONDARY GIRDER – ROOF – EXTERIOR WALL, BRACING OF THE<br />
GIRDER 175<br />
FIGURE 6.24: DETAIL BEARING, CONNECTION GIRDER – EXTERIOR WALL,<br />
PILASTER STRIP ON EXTERIOR WALL, BRACING OF THE GIRDER 176<br />
FIGURE 6.25: PERSPECTIVE VIEW ON THE CONNECTION STRUTS – BOTTOM<br />
CHORD 177<br />
FIGURE 6.26: VISUALIZATION OF THE HALL INTERIOR 178<br />
FIGURE 6.27: VIERENDEEL TRUSS 179<br />
FIGURE 6.28: CROSS SECTION OF THE GIRDER CONNECTION SECONDARY<br />
GIRDER, BEARING, LONGITUDINAL BRACING 181<br />
FIGURE 6.29: DETAIL NODES STRUTS – TOP CHORD, CONNECTION GIRDER –<br />
SECONDARY GIRDER – ROOF 182<br />
FIGURE 6.30: DETAIL NODE STRUTS – TOP CHORD, CONNECTION GIRDER _<br />
SECONDARY GIRDER – ROOF – EXTERIOR WALL, BRACING OF THE<br />
GIRDER 183<br />
FIGURE 6.31: DETAIL BEARING, CONNECTION GIRDER – EXTERIOR WALL,<br />
PILASTER STRIP ON EXTERIOR WALL, BRACING OF THE GIRDER 184<br />
FIGURE 6.32: PERSPECTIVE VIEW ON THE CONNECTION STRUTS – BOTTOM<br />
CHORD 185<br />
FIGURE 6.33: VISUALIZATION OF THE HALL INTERIOR 186<br />
FIGURE 7.1: GENERATED THS-PROFILE 191<br />
FIGURE 7.2: OVERALL MODEL F1 194<br />
FIGURE 7.3: DETAIL JOINT F1 194<br />
FIGURE 7.4: CROSS SECTION NUMBERS F1 195<br />
FIGURE 7.5: IMPERFECTIONS F1 195<br />
FIGURE 7.6: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS F1 196<br />
FIGURE 7.7: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS F1 196<br />
FIGURE 7.8: DEFLECTION AND REACTION FORCES F1 196<br />
FIGURE 7.9: OVERALL MODEL F2 197<br />
Seite XVII
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
FIGURE 7.10: JOINT DETAIL F2 197<br />
FIGURE 7.11: CROSS SECTION NUMBERS F2 198<br />
FIGURE 7.12: IMPERFECTIONS F2 198<br />
FIGURE 7.13: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS F2 199<br />
FIGURE 7.14: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS F2 199<br />
FIGURE 7.15: DEFLECTION AND REACTION FORCES F2 199<br />
FIGURE 7.16: OVERALL MODEL VIERENDEEL 200<br />
FIGURE 7.17: VIERENDEEL JOINT DETAIL 200<br />
FIGURE 7.18: CROSS SECTION NUMBERS VIERENDEEL 201<br />
FIGURE 7.19: IMPERFECTIONS VIERENDEEL 201<br />
FIGURE 7.20: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS VIERENDEEL 202<br />
FIGURE 7.21: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS VIERENDEEL 202<br />
FIGURE 7.22: DEFLECTION AND REACTION FORCES VIERENDEEL 202<br />
FIGURE 8.1: OVERALL MODEL F1-RHP S355 208<br />
FIGURE 8.2: DETAIL JOINT F1-RHP S355 208<br />
FIGURE 8.3: CROSS SECTION NUMBERS F1-RHP S355 209<br />
FIGURE 8.4: IMPERFECTIONS F1-RHP S355 209<br />
FIGURE 8.5: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS F1-RHP S355 210<br />
FIGURE 8.6: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS F1-RHP S355 210<br />
FIGURE 8.7: DEFLECTION AND REACTION FORCES F1-RHP S355 210<br />
FIGURE 8.8: CROSS SECTION NUMBERS F1 S460 215<br />
FIGURE 8.9: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS F1 S460 215<br />
FIGURE 8.10: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS F1 S460 216<br />
FIGURE 8.11: DEFLECTION AND REACTION FORCES F1 S460 216<br />
FIGURE 8.12: NUMBERS OF SECTIONS F1-RHS S460 217<br />
FIGURE 8.13: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS F1-RHP S460 217<br />
FIGURE 8.14: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS F1-RHP S460 218<br />
FIGURE 8.15: DEFLECTION AND REACTION FORCES F1-RHP S460 218<br />
FIGURE 8.16: OVERALL MODEL F2-RHP S355 222<br />
FIGURE 8.17: JOINT DETAIL F2-RHS S355 222<br />
FIGURE 8.18: CROSS SECTION NUMBERS F2-RHP S355 223<br />
FIGURE 8.19: IMPERFECTIONS F2-RHP S355 223<br />
FIGURE 8.20: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS F2-RHP S355 224<br />
FIGURE 8.21: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS F2-RHP S355 224<br />
FIGURE 8.22: DEFLECTION AND REACTION FORCES F2-RHP S355 224<br />
FIGURE 8.23: CROSS SECTION NUMBERS F2 S460 229<br />
FIGURE 8.24: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS F2 S460 229<br />
FIGURE 8.25: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS F2 S460 230<br />
FIGURE 8.26: DEFLECTION AND REACTION FORCES F2 S460 230<br />
FIGURE 8.27: CROSS SECTION NUMBERS F2-RHP S460 231<br />
FIGURE 8.28: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS F2-RHP S460 231<br />
FIGURE 8.29: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS F2-RHP S460 232<br />
FIGURE 8.30: DEFLECTION AND REACTION FORCES F2-RHP S460 232<br />
FIGURE 8.31: OVERALL MODEL VIERENDEEL-RHP S355 236<br />
FIGURE 8.32: VIERENDEEL JOINT DETAIL RHS S355 236<br />
FIGURE 8.33: CROSS SECTION NUMBERS VIERENDEEL-RHP S355 237<br />
FIGURE 8.34: IMPERFECTIONS VIERENDEEL-RHP S355 237<br />
Seite XVIII
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
FIGURE 8.35: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS VIERENDEEL-RHP S355 238<br />
FIGURE 8.36: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS VIERENDEEL-RHP<br />
S355 238<br />
FIGURE 8.37: DEFLECTION AND REACTION FORCES VIERENDEEL-RHP S355 238<br />
FIGURE 8.38: CROSS SECTION NUMBERS VIERENDEEL S460 242<br />
FIGURE 8.39: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS VIERENDEEL S460 242<br />
FIGURE 8.40: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS VIERENDEEL S460 243<br />
FIGURE 8.41: DEFLECTION AND REACTION FORCES VIERENDEEL S460 243<br />
FIGURE 8.42: CROSS SECTION NUMBERS VIERENDEEL-RHP S460 244<br />
FIGURE 8.43: STRESS UTILIZATION FACTOR CHORDS VIERENDEEL -RHP S460 244<br />
FIGURE 8.44: STRESS UTILIZATION FACTOR WEB MEMBERS VIERENDEEL-RHP<br />
S460 245<br />
FIGURE 8.45: DEFLECTION AND REACTION FORCES VIERENDEEL-RHP S460 245<br />
FIGURE 8.46: MASS COMPARISON 248<br />
FIGURE 8.47: DEFLECTION COMPARISON 249<br />
FIGURE 8.48: DEFLECTION-PER-MASS COMPARISON 250<br />
FIGURE 8.49: JOINT TYPES THS-SYSTEMS 252<br />
FIGURE 8.50: JOINT TYPES RHP-SYSTEMS 252<br />
FIGURE 8.51: FRACTION OF COST GROUPS IN % 255<br />
FIGURE 8.52: OVERALL COSTS 256<br />
Tabellenverzeichnis<br />
TABELLE 2.1: AUSRUNDUNGSRADIEN UND ABMESSUNGEN VON THS<br />
QUERSCHNITTEN 43<br />
TABELLE 2.2: DEFORMATIONSKRITERIUM FÜR RHS T-KNOTEN) 43<br />
TABELLE 3.1: LISTE DER VERSUCHSKÖRPER 65<br />
TABELLE 3.2: POSITION DER MESSPUNKTE 75<br />
TABELLE 3.3: QUERSCHNITTSWERTE THS 77<br />
TABELLE 3.4: GRENZLASTEN DES GURTES 78<br />
TABELLE 3.5: QUERSCHNITTSWERTE STREBEN 78<br />
TABELLE 4.1: QUERSCHNITTSKOMBINATION B1C23 [22] 118<br />
TABELLE 4.2: PARAMETERBEREICH DER NUMERISCHEN UNTERSUCHUNGEN 120<br />
TABELLE 4.3: MAXIMALLASTEN UND MAXIMALE VERSCHIEBUNGEN DER TPBB T-<br />
KNOTEN 130<br />
TABELLE 4.4: MAXIMALLASTEN UND MAXIMALE VERSCHIEBUNGEN DER TDBB T-<br />
KNOTEN 130<br />
TABELLE 4.5: MAXIMALLASTEN UND MAXIMALE VERSCHIEBUNGEN DER TBB T-<br />
KNOTEN 131<br />
TABELLE 5.1: VERGLEICH DER NUMERISCH UND ANALYTISCH ERMITTELTEN<br />
KNOTENWIDERSTÄNDE FÜR TPBB-KNOTEN 136<br />
TABELLE 5.2: VERGLEICH DER NUMERISCH UND ANALYTISCH ERMITTELTEN<br />
KNOTENWIDERSTÄNDE FÜR TDBB-KNOTEN 139<br />
TABELLE 7.1: QUERSCHNITTSKLASSEN VERSCHIEDENER THS-PROFILE 192<br />
TABELLE 7.2: EIGENLASTEN DES DACHAUFBAUS 193<br />
TABELLE 7.3: VERÄNDERLICHE LASTEN 193<br />
TABELLE 7.4: STRECKENLASTEN AUF HAUPTTRÄGER<br />
Seite XIX<br />
193
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
TABELLE 7.5: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE F1 195<br />
TABELLE 7.6: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE F2 198<br />
TABELLE 7.7: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE VIERENDEEL 201<br />
TABELLE 8.1: QUERSCHNITTSKLASSEN VERSCHIEDENER THS-PROFILE AUS<br />
S460 207<br />
TABELLE 8.2: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE F1-RHP S355 209<br />
TABELLE 8.3: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE F1 S460 215<br />
TABELLE 8.4: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE F1-RHP S460 217<br />
TABELLE 8.5: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE F2-RHP S355 223<br />
TABELLE 8.6: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE F2 S460 229<br />
TABELLE 8.7: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE F2-RHP S460 231<br />
TABELLE 8.8: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE VIERENDEEL -RHP S355 237<br />
TABELLE 8.9: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE VIERENDEEL S460 242<br />
TABELLE 8.10: BERECHNUNGSQUERSCHNITTE VIERENDEEL-RHP S460 244<br />
TABELLE 8.11: VERGLEICH DER STAHLMENGEN 248<br />
TABELLE 8.12: KOSTENGRUPPE A 251<br />
TABELLE 8.13: SCHWEIßNAHTLÄNGEN 253<br />
TABELLE 8.14: KOSTENGRUPPE B 254<br />
TABELLE 8.15: KOSTENGRUPPE C 254<br />
TABELLE 8.16: GESAMTKOSTEN 255<br />
List of tables<br />
TABLE 2.1: CORNER RADII AND DIMENSIONS OF THS SECTIONS 43<br />
TABLE 2.2: DEFORMATION CRITERION FOR RHS T-JOINTS 43<br />
TABLE 3.1: TEST SPECIMENS 65<br />
TABLE 3.2: POSITION OF MEASUREMENT 75<br />
TABLE 3.3: PROPERTIES OF THS SECTIONS 77<br />
TABLE 3.4: LOAD CAPACITY OF CHORDS 78<br />
TABLE 3.5: SECTION PROPERTIES OF BRACES 78<br />
TABLE 4.1: COMBINATION OF SECTIONS B1C23 [22] 118<br />
TABLE 4.2: PARAMETER RANGE OF THE NUMERICAL INVESTIGATIONS 120<br />
TABLE 4.3: MAXIMUM LOADS AND MAXIMUM DEFLECTIONS OF TPBB T-JOINTS 130<br />
TABLE 4.4: MAXIMUM LOADS AND MAXIMUM DEFLECTIONS OF TDBB T-JOINTS 130<br />
TABLE 4.5: MAXIMUM LOADS AND MAXIMUM DEFLECTIONS OF TBB T-JOINTS 131<br />
TABLE 5.1: COMPARISON OF NUMERICAL AND ANALYTICAL DETERMINED JOINT<br />
RESISTANCES OF TPBB-JOINTS 136<br />
TABLE 5.2: COMPARISON OF NUMERICALLY AND ANALYTICALLY DETERMINED<br />
JOINT RESISTANCES OF TDBB JOINTS 139<br />
TABLE 7.1: SECTION CLASSES OF VARIOUS THS-PROFILES 192<br />
TABLE 7.2: DEAD LOADS OF THE ROOF STRUCTURE 193<br />
TABLE 7.3: VARIABLE LOADS 193<br />
TABLE 7.4: LINE LOADS ON THE MAIN GIRDER 193<br />
TABLE 7.5: CALCULATED CROSS SECTIONS F1 195<br />
TABLE 7.6: CALCULATED CROSS SECTIONS F2 198<br />
TABLE 7.7: CALCULATED CROSS SECTIONS VIERENDEEL 201<br />
TABLE 8.1: SECTION CLASS OF VARIOUS THS-PROFILES FROM S460<br />
Seite XX<br />
207
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis<br />
TABLE 8.2: CALCULATED CROSS SECTIONS F1-RHP S355 209<br />
TABLE 8.3: CALCULATED CROSS SECTIONS F1-S460 215<br />
TABLE 8.4: CALCULATED SECTIONS F1-RHS S460 217<br />
TABLE 8.5: CALCULATED CROSS SECTIONS F2-RHP S355 223<br />
TABLE 8.6: CALCULATED CROSS SECTIONS F2 S460 229<br />
TABLE 8.7: CALCULATED CROSS SECTIONS F2-RHP S460 231<br />
TABLE 8.8: CALCULATED CROSS SECTIONS VIERENDEEL-RHP S355 237<br />
TABLE 8.9: CALCULATED CROSS SECTIONS VIERENDEEL S460 242<br />
TABLE 8.10: CALCULATED CROSS SECTIONS VIERENDEEL-RHP S460 244<br />
TABLE 8.11: MASS COMPARISON 248<br />
TABLE 8.12: COST GROUP A 251<br />
TABLE 8.13: WELDING LENGTHS 253<br />
TABLE 8.14: COST GROUP B 254<br />
TABLE 8.15: COST GROUP C 254<br />
TABLE 8.16: OVERALL COSTS 255<br />
Seite XXI
Abkürzungsverzeichnis<br />
Abkürzungsverzeichnis erzeichnis<br />
(List ist of abbreviations<br />
abbreviations)<br />
Abmessungen<br />
b Querschnittsbreite<br />
h Querschnittshöhe<br />
t Querschnittsdicke<br />
ro<br />
ri<br />
rm<br />
l Länge<br />
äußerer Ausrundungsr<br />
Ausrundungsradius<br />
Innerer Ausrundungsradius<br />
mittlerer Ausrundungsradius<br />
a Schweißnahtdicke<br />
Indizes<br />
0<br />
i<br />
Gurt<br />
Strebe<br />
β = b1/b0 Verhältnis der Strebenbreite zur Gurtbreite<br />
τ = t1/t0 Verhältnis der Querschnittswandstärken<br />
α = l0/b0 Gurtlängenverhältnis<br />
2γ = b/t Querschnittsschlankheit<br />
Ni<br />
Ni, max<br />
Ni,u<br />
Beanspruchung<br />
maximale Last<br />
Traglast<br />
Ni,3% Last bei einer lokalen Verformung von 3%b<br />
Ni,1% Last bei einer lokalen Verformung von 1%b<br />
Ni * en Verformung von 3%b0<br />
Last bei einer lokalen Verformung von 1%b0<br />
Bemessungswert des Verbindungswiderstands nach dem CIDECT Design<br />
Guide [12]<br />
Npl<br />
Mpl<br />
charakteristischer Wert der plastischen Normalkraft<br />
charakteristischer Wert des plastischen Moments<br />
Seite XXII
Abkürzungsverzeichnis<br />
Mpl,V,0<br />
M0,komp<br />
m0,komp<br />
σw<br />
εw<br />
fy,k<br />
fu,k<br />
Ae<br />
be<br />
reduzierte vollplastisches Moment bei vorhandener Querkraft<br />
Kompensationsmoment<br />
Kompensationsmoment je Längeneinheit<br />
wahre Spannung<br />
wahre Dehnung<br />
charakteristischer Wert der Streckgrenze<br />
charakteristischer Wert der Zugfestigkeit<br />
effektive Strebenfläche<br />
effektive Strebenbreite<br />
f(β), f(τ) Korrekturfunktionen zur Ermittlung von be<br />
δ Verformung<br />
δlok<br />
δlok,max<br />
lokale Verformung<br />
maximale Verformung<br />
U1 Verschiebung der Knoten in horizontaler Richtung (aus ABAQUS)<br />
U2 Verschiebung der Knoten in vertikaler Richtung (aus ABAQUS)<br />
Aext<br />
Ainn<br />
äußere Arbeit (nach der Fliesslinientheorie)<br />
innere Arbeit (nach der Fliesslinientheorie)<br />
THS Triangular Hollow Section<br />
TPBB Triangular Parallel Bird Beak (Knoten)<br />
TDBB Triangular Diamond Bird Beak (Knoten)<br />
TBB Triangular Bird Beak (Knoten)<br />
Seite XXIII
Abkürzungsverzeichnis<br />
Seite XXIV
1 Einleitung<br />
(Introduction)<br />
1 Einleitung<br />
(Introduction)<br />
Kurzfassung<br />
Dreieckige Hohlprofile (Triangular Hollow Sections – THS) sind eine neue<br />
Querschnittsform. Voruntersuchungen an T-Knoten aus THS Gurten und Streben<br />
aus Rechteckhohlprofilen ergaben vielversprechende Ergebnisse, insbesondere im<br />
Vergleich zu Knoten traditionellen kreisförmigen (KHP) oder rechteckigen (RHP)<br />
Hohlprofilquerschnitten. Es werden die in diesem Projekt untersuchten T-Knoten<br />
mit THS Gurten vorgestellt, die wissenschaftlich-technischen Forschungsziele<br />
sowie die wirtschaftlichen Forschungsziele angegeben.<br />
Abstract<br />
Triangular hollow sections (THS) are a new cross section type. Preliminary<br />
inspections on T joints with THS chords and RHS braces showed promising<br />
results, especially in comparison to joints with traditional circular (CHS) or<br />
rectangular (RHS) hollow sections. The T joints with THS chords inspected in this<br />
project are presented, as well as the scientific-technical research objectives and<br />
the economical research objectives.<br />
1.1 Allgemeines<br />
(General)<br />
Dreieckige Hohlprofile (THS – Triangular Hollow Sections) sind eine neuartige<br />
Hohlprofilform die aus architektonischer Sicht innovative und interessante<br />
Gestaltungsmöglichkeiten bieten. Dies belegen Einzelfälle in denen dreieckförmige<br />
Hohlprofile in den Tragstrukturen verwendet wurden.<br />
Die Form des Dreiecks im Hohlprofilbau ist als logischer Nachfolger des Rechtecks<br />
entstanden. Nachdem in den letzten zwei Jahrzehnten zahlreiche Traglastversuche an<br />
unterschiedlichen Typen von Hohlprofilverbindungen wie T-, X-, K-Knoten u.a. aus<br />
Rechteckhohlprofilen (RHP – Rechteckhohlprofil) durchgeführt worden sind, wurde<br />
weiterhin nach einer Optimierung von Tragstrukturen aus Hohlprofilen geforscht. Eine<br />
neue Lösung zur Steigerung der Knotentragfähigkeit von Hohlprofilkonstruktionen wurde<br />
durch die um 45° um die Stabachse gedrehten Glieder eines quadratischen Hohlprofils<br />
erreicht. Diese so genannten Diamond-Bird-Beak-Knoten (DBB, Abbildung 1.1 b) zeigen<br />
im untersuchten Parameterbereich wesentlich höhere Knotenwiderstände als<br />
parallelwandige T-Knoten aus RHP (Abbildung 1.1 a).<br />
Bei einer genaueren Untersuchung der Versagensformen der DBB-Verbindung wurde eine<br />
weitere Möglichkeit zur Verbesserung des Knotentragverhaltens gefunden – die<br />
Anwendung dreieckiger Hohlprofile als Gurt oder Strebe (Abbildung 1.1 c). Eine solche Art<br />
von Verbindung kombiniert die Vorteile des DBB-Knotens bei reduziertem<br />
Materialverbrauch und ermöglich eine weitere Steigerung des Knotenwiderstands.<br />
Seite 35
1 Einleitung<br />
(Introduction)<br />
a) RHP T-Knoten<br />
Abbildung 1.1: T-Knoten Knoten unterschiedlicher Profilquerschnitte und Ausrichtungen<br />
Figure 1.1: T-joints with different chord sections and adjustments<br />
1.2 Zielsetzung<br />
(Scope)<br />
Das Forschungsvorhaben hat zwei wesentliche Ziele. Zum einen soll eine allgemeine<br />
Beschreibung des Tragverhaltens und eine systema systematischen tischen Auswertung zum Einfluss der<br />
einzelnen Entwurfsparameter eter auf das Tragverhalten erarbeitet werden. Darauf aufbauend<br />
wird als zweites wesentliches Ziel die Entwicklung eines Bemessungsverfahrens für T TT-<br />
Knoten aus THS-Profilen Profilen angestrebt. Die Entwicklung des Nachweisformates soll auf den<br />
etablierten Vorgaben der r europäischen Norm DIN EN 1993 1993-1-8 8 erfolgen, so dass die<br />
Vorschläge leicht in das bestehende Bemessungskonzept eingearbeitet werden können.<br />
Abhängig von der Produktionsart (warm (warm- oder <strong>kalt</strong>- gefertigt) sollen Kriterien für die<br />
Verbindung im Knotenbereich ( (<strong>kalt</strong>geformter <strong>kalt</strong>geformter Bereich) angegeben werden. Neben der<br />
Auseinandersetzung mit den bestehenden Forschungsarbeiten zu den gängigen<br />
Knotenverbindungen können die Forschungsziele wie folgt weiter aufgeschlüsselt werden.<br />
1.2.1 Wissenschaftlich technische Forschungsziele<br />
(Scientifical technical research goals)<br />
b) DBB-Knoten c) THS T-Knoten<br />
Am Ende e der theoretischen, experimentellen und numerischen Untersuchungen steht die<br />
Entwicklung eines entsprechenden Bemessungskonzeptes für TT-Knoten<br />
Knoten-Verbindungen mit<br />
THS-Querschnitten Querschnitten in Anlehnung an die Bemessungsv<br />
Bemessungsverfahren erfahren für Anschlüsse mit<br />
Hohlprofilen (KHP und RH RHP) nach EN 1993-1-8, mit welchen die einzelnen<br />
Versagensmechanismen und die zugehörigen Tragfähigkeiten als auch deren<br />
Kombination auf der sicheren Seite liegend bestimmt werden können.<br />
Des Weiteren können n die Kosten einer Hohlprofilkonstruktion durch die Verwendung von<br />
hoch- und höherfesten Stählen reduziert werden. Die hohen Festigkeitswerte dieser Stähle<br />
erlauben eine Reduktion der Querschnittsfläche bei gleicher Tragfähigkeit im Vergleich zu<br />
den üblichen en Baustählen. Die Verringerung des Eigengewichts einer Konstruktion wirkt<br />
sich somit auch positiv auf die Kosten derselben aus. Einsparungspotenzial findet sich<br />
ebenso in der Reduzierung der Fertigungskosten. Die Verkleinerung der benötigten<br />
Wanddicken geht ht einher mit einem sinkendem Volumen der Schweißnähte wodurch nicht<br />
nur weiteres Material und Energie gespart wird, sondern auch Fertigungszeit und somit<br />
Lohnkosten reduziert werden können, was zu einer wirtschaftlicheren und somit<br />
gegenüber dem Massivbau ko konkurrenzfähigeren Lösung führt.<br />
Seite 36
1 Einleitung<br />
(Introduction)<br />
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen die architektonischen Vorteile der<br />
Dreiecksprofile und deren gestalterisches Erscheinungsbild in Verbindung mit anderen<br />
Profilformen herausgearbeitet werden. Dadurch sollen Knoten aus dreieckigen<br />
Querschnitten nicht nur aus Sicht der Tragfähigkeit sondern auch im Hinblick auf das<br />
gestalterische Erscheinungsbild optimiert werden um die Akzeptanz und den Einsatz<br />
dieser Profile in der Praxis zu fördern.<br />
Ein ansprechendes Erscheinungsbild ist dabei im Wesentlichen abhängig von den<br />
komplementären Profilen für die diagonalen Zug- bzw. Druckstäbe. Die konstruktiven<br />
Anschlüsse dieser Diagonalen an die dreieckigen Unter- und Obergurte sind konstruktiv<br />
auf ein schlüssiges Ensemble von Teilen durchzuspielen. Zusätzlich kann das<br />
kontrastieren der Dreiecksprofile durch Rechteckquerschnitte eine stärkere Betonung<br />
dieses charakteristischen Baugliedes bewirken. Am Ende der Untersuchungen steht somit<br />
eine in Hinsicht auf die Tragfähigkeit, verbunden mit einer aus architektonischer Sicht<br />
ansprechenden Erscheinungsform, optimierte Struktur zur Verfügung.<br />
1.2.2 Wirtschaftliche Forschungsziele<br />
(Economical research goals)<br />
Nach den Vorstudien und den Auswertungen ist offensichtlich, dass durch die<br />
wissenschaftlich-technischen Vorteile auch eine deutliche Verbesserung der<br />
Wirtschaftlichkeit von Stahl-Hohlprofilkonstruktionen beim Einsatz von dreieckförmigen<br />
Hohlprofilen – im Vergleich zu herkömmlichen Hohlprofilkonstruktionen – erzielt wird. In<br />
der Folge können verlorengegangene Marktanteile im Stahlhochbau zurück gewonnen<br />
werden.<br />
Zudem wird mit der anwenderfreundlichen Aufbereitung der Forschungsergebnisse die<br />
Akzeptanz zur Verwendung dreieckförmiger Hohlprofile im Hochbau gesteigert und<br />
ermöglicht den überwiegend kleinen und mittleren Ingenieurbüros und Firmen eine zügige<br />
und damit wirtschaftliche Bemessung.<br />
Seite 37
1 Einleitung<br />
(Introduction)<br />
Seite 38
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Kurzfassung<br />
Anwendungsbeispiele bei denen dreieckige Hohlprofile bereits eingesetzt wurden<br />
werden vorgestellt. Ebenfalls werden Ergebnisse einer Schrifttumsrecherche mit<br />
Ergebnissen experimenteller und numerischer Untersuchungen angegeben, die in<br />
den Bemessungsvorschriften für RHP T-Knoten (DIN EN 1993-1-8) und in<br />
-empfehlungen sogenannten Diamond Bird Beak (DBB) T-Knoten führten. Die<br />
aus der Schrifttumsrecherche gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für<br />
die Untersuchung von T-Knoten mit THS Gurten.<br />
Abstract<br />
Examples of use where triangular hollow sections were already applied are<br />
presented. Results of a literature inquiry about results of experimental and<br />
numerical investigations are stated which mention so called Diamond Bird Beak<br />
(DBB) T joints in the design regulations (DIN EN 1993-1-8) and<br />
recommendations for RHS T joints. The knowledge gained from the literature<br />
inquiry forms the basis for the investigation of T joints with THS chords.<br />
2.1 Dreieckige Querschnitte im Bauwesen<br />
(Triangular shaped sections in architecture)<br />
Für dreieckige Hohlprofilquerschnitte existieren weder Anwendungsrichtlinien noch<br />
-empfehlungen. Das bedeutet jedoch nicht, dass diese Form von Architekten und<br />
Tragwerksplanern nicht gewünscht und angewendet wird. Die statischen Vorteile von<br />
dreieckigen Hohlprofilen müssen durch detaillierte Untersuchungen von Bauteilen,<br />
insbesondere von den Verbindungen nachgewiesen werden.<br />
Die Dachbinder des internationalen Flughafens „Suvarnabhumi“ in Bangkok, (siehe<br />
Abbildung 2.1) besteht aus räumlichen Dreigurtfachwerkträgern. Die Ober und Untergurte<br />
sind dreieckförmig und bestehen aus drei miteinander verschweißten Blechstreifen.<br />
Seite 39
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Abbildung 2.1: Bangkok International Airport Suvarnabhumi<br />
Figure 2.1: Bangkok international Airport Suvarnabhumi<br />
Die Brücke in Cala Galdana auf der spanischen Insel Menorca (Abbildung 2.2) besteht aus<br />
einer klassischen Verbundbaukonstruktion. Die zwei parallelen Bögen werden von den<br />
Querträgern unterbrochen. Diese Bögen sind ebenfalls als dreieckförmige Querschnitte<br />
ausgeführt, die aus zusammengeschweißten Blechstreifen bestehen (siehe den Schnitt in<br />
Abbildung 2.2).<br />
Seite 40<br />
Schnitt<br />
Abbildung 2.2: Brücke in Cala Galdana mit Bogenträgern aus dreieckförmigen<br />
Hohlprofilträgern<br />
Figure 2.2: Bridge in Cala Galdana with triangular shaped hollow sections
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Die Pylonnadel der Dortmunder Stadtbahnhaltestelle Reinoldikirche ist ein mehrteiliger<br />
Gitterstab, der aus 4 Gurtstäben mit dreieckiger Form besteht, die mit rechteckigen<br />
Diagonalstreben verbunden sind (siehe Abbildung 2.3). Die dreieckigen Gurtstäbe<br />
bestehen aus drei einzelnen Blechstreifen, die zusammengeschweißt sind und ein<br />
gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck bilden (siehe Schnitt in Abbildung 2.3).<br />
Seite 41<br />
Strebe<br />
Schnitt<br />
Abbildung 2.3: Pylon der Staßenbahnhaltestelle Reinoldikirche in Dortmund<br />
Figure 2.3: Pylon of tram stop Reinoldskirche in Dortmund<br />
Das letzte Beispiel ist das neue Ziviljustiz Center in Manchester, Großbritannien. Das<br />
Gebäude selbst hat eine einzigartige, modere Form, das der allgemeinen Vorstellung<br />
eines alten Gerichtsgebäudes nicht entspricht (Abbildung 2.4).<br />
Direkt hinter der Glasfassade befindet sich die tragende Konstruktion. Der Querschnitt der<br />
Stützen ist in einer dreieckigen Form und wurde wie bei den vorher genannten Beispielen<br />
aus drei Blechstreifen hergestellt. Zur Erhöhung des Brandwiderstandes sind die Stützen<br />
teilweise mit Beton gefüllt.<br />
Gurt
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Abbildung 2.4: Ziviljustiz Center in Manchester, Großbritannien<br />
Figure 2.4: Civil Justice Centre in Manchester, Great Britain<br />
All diese Beispiele zeigen, dass ein dreiecksförmiges Hohlprofil als Bauteil für Architekten<br />
eine moderne und interessante Lösung darstellt. Bisher werden dreieckige Hohlprofile nur<br />
entsprechend den Anforderungen des Einzelfalles angefertigt. Serienmäßig, im<br />
baupraktisch relevanten Bereich, werden sie bislang noch nicht hergestellt.<br />
2.2 Querschnittskennwerte von THS<br />
(Section properties of THS)<br />
Die Grundform eines dreieckigen Hohlprofilquerschnitts ist ein gleichseitiges Dreieck mit<br />
abgerundeten Ecken. Die Ausrundungsradien entsprechen in DIN EN 10219-2<br />
aufgeführten wanddickenabhängigen Radien <strong>kalt</strong>gefertigter Rechteckhohlprofilquerschnitte<br />
(siehe Tabelle 2.1). Aufgrund der Herstellungsweise der Querschnitte (<strong>kalt</strong> gefertigt) wurde<br />
im Arbeitskreis die Gültigkeit der DIN EN 10219-1 hinsichtlich der zulässigen Toleranzen<br />
festgelegt.<br />
Seite 42
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Radius der<br />
Eckausrundung<br />
Wanddicke<br />
t ≤ 6 mm 6 < t ≤ 10 mm t > 10mm<br />
ro 2·t 2,5·t 3·t<br />
rm 1,5·t 2·t 2,5·t<br />
ri 1·t 1,5·t 2·t<br />
Tabelle 2.1: Ausrundungsradien und Abmessungen von THS Querschnitten<br />
Table 2.1: Corner radii and dimensions of THS sections<br />
Die statischen Kennwerte für <strong>kalt</strong>gefertigte dreieckige Hohlprofile werden im Rahmen des<br />
Projekts errechnet und tabellarisch entsprechend den Tabellen in DIN EN 10210/10219<br />
aufbereitet. Die Tabellen mit den statischen Querschnittskennwerten sind im Anhang<br />
beigefügt.<br />
2.3 Ermittlung des charakteristischen Knotenwiderstands<br />
(Determination of characteristic joint strength)<br />
Bei der Untersuchung des Tragverhaltens von Hohlprofilknoten ist es generell wichtig bei<br />
der Auswertung der Versuchsergebnisse die Traglast einer Verbindung zu erkennen. In<br />
vielen Fällen weisen Hohlprofilknoten bei den experimentell oder numerisch ermittelten<br />
Last-Verformungskurven keinen ausgeprägten Peak auf. Weiterhin müssen bestimmte<br />
Anforderungen der Gebrauchstauglichkeit einer Struktur eingehalten werden, die im<br />
Allgemeinen mit einer Grenzverformung von 1% der Querschnittsbreite b0 angesetzt sind.<br />
Ein allgemeines Deformationskriterium für Hohlprofilknoten definieren Lu et. al. [8], laut<br />
dem eine Hohlprofilverbindung versagt, wenn eine lokale Verformung von 3% der Breite b0<br />
(bzw. d0 bei Kreishohlprofilen) erreicht wird.<br />
Das allgemeine Deformationskriterium von Lu [8] wird von Zhao [21] für <strong>kalt</strong>gefertigte<br />
Rechteckhohlprofile weiterentwickelt und experimentell überprüft. Er betrachtet und<br />
vergleicht bei zahlreichen Versuchsergebnissen die folgenden Parameter:<br />
Die erreichte Last bei einer lokalen Verformung δlok = 3%b0 – Ni,3%, bei 1%b0 – Ni,1% und<br />
die maximal erreichte Last Ni,max, falls ein ausgeprägter Peak vorhanden ist. Damit wird<br />
das Deformationskriterium für die Traglast Ni,u für Rechteckhohlprofile in Tabelle 2.2und in<br />
Abbildung 2.5 beschrieben.<br />
0,6 ≤ β<br />
β<br />
0,3 ≤ β<br />
β<br />
0,8 ≤ β<br />
β<br />
δlok ≤ 3%b0 δlok > 3%b0<br />
β ≤ 1,0 Ni,u = Ni,max * Ni,u = Ni,3% **<br />
β ≤ 0,8 oder 2γ ≤ 15 Ni,u = Ni,3% ***<br />
β ≤ 0,6 oder 2γ ≤ 15 Ni,u = 1,5 Ni,1% ****<br />
* Abbildung 2.5 a; ** Abbildung 2.5 b; *** Abbildung 2.5 c; **** Abbildung 2.5 d<br />
Tabelle 2.2: Deformationskriterium für RHS T-Knoten)<br />
Table 2.2: Deformation criterion for RHS T-joints<br />
Seite 43
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
N i<br />
a) 3%b0 b)<br />
δ 3%b0 δ<br />
N i<br />
N i,3%<br />
N i,1%<br />
N i,u = N i,max<br />
δ max<br />
N i,u = N i,3%<br />
c) d)<br />
δ<br />
1%b 0<br />
3%b 0<br />
Abbildung 2.5: Bestimmung der Traglast mit dem Deformationskriterium<br />
Figure 2.5: Determination of the load capacity based on the deformation criterion<br />
2.4 Bemessungsgrundlagen von T-Knoten aus RHP<br />
(Basics of design of T-joints made of RHS)<br />
2.4.1 Versagensmodi axialbeanspruchter T-Knoten aus RHP<br />
(Failure Modes of axially loaded T-joints made of RHS)<br />
In der Vergangenheit wurden zahlreiche experimentelle Untersuchungen bezüglich des<br />
Tragverhaltens von geschweißten Knotenverbindungen aus Rechteckhohlprofilen (T-, X-,<br />
K-, N-, und KT-) durchgeführt [14], [17], [19]. Als Ergebnis dieser Studien liegen<br />
Bemessungsmodelle vor, die in nationalen Anwendungsrichtlinien wie der DIN EN 1993-1-<br />
8 oder internationale Anwendungsempfehlungen wie z.B. die CIDECT Design Guides,<br />
[12],[16], angegeben werden. Diese basieren auf verschiedenen Versagensmechanismen,<br />
die in Abhängigkeit von den verschiedenen geometrischen Parametern und der Art der<br />
Beanspruchung (hier Zug- oder Druckkraft) auftreten können [12]:<br />
• Plastizierung des Gurtstabflansches (Abbildung 2.6 a). Dieser Versagensmodus<br />
tritt bei Breitenverhältnissen β= b1/b0 ≈ 0,6 bis 0,8 auf.<br />
• Durchstanzen des Gurtstabflansches (Abbildung 2.6 b).<br />
N i<br />
N i<br />
N i,1%<br />
N i,u = N i,3%<br />
1%b 0<br />
• Abreißen des zugbeanspruchten Füllstabes (Abbildung 2.6 c) oder Beulen des<br />
druckbeanspruchten Füllstabs (Abbildung 2.6 e). Das Versagen des druck- oder<br />
zugbeanspruchten Füllstabes wird im Allgemeinen mit Versagen der<br />
mitwirkenden Breite bezeichnet.<br />
Seite 44<br />
N i,3%<br />
δ max<br />
3%b 0<br />
N i,u = 1,5N 1,5Ni,1% i,1%<br />
δ
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
• Beulen der Gurtstabwandung unterhalb der druckbeanspruchten Strebe<br />
(Abbildung 2.6 e), das insbesondere bei größeren Breitenverhältnissen β > 0,85<br />
auftreten kann.<br />
a) Plastizierung des<br />
Gurtstabflansches<br />
c) Abreißen des<br />
zugbeanspruchten<br />
Füllstabes<br />
e)Beulen des<br />
druckbeanspruchten<br />
Füllstabes<br />
Abbildung 2.6: Versagensmodi von T-Knoten unter Druckbeanspruchung<br />
Figure 2.6: Failure modes of T-joints loaded under compression<br />
2.4.2 Entwicklung der Bemessungsmodelle von RHP T-Knoten<br />
(Development of design models for T-joints made of RHS)<br />
Seite 45<br />
b) Durchstanzen des<br />
Gurtstabflansches<br />
d) Beulen der<br />
Gurtstabwandung
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Auf Grundlage experimenteller Untersuchungen ermittelten Zhao und Hancock [22] die<br />
Knotentragfähigkeit von T-Knoten aus RHP unter kombinierten Beanspruchungen. Da T-<br />
Knoten in einer Konstruktion durch eine Kombination von Normalkräften und, in der<br />
Verbindungsebene einwirkenden Biegemomenten beansprucht werden, ist für die<br />
Ermittlung des Verbindungswiderstands die Interaktion dieser beiden Einwirkungen zu<br />
berücksichtigen. Dies erfolgt durch getrennte Ermittlung des axialen Knotenwiderstands<br />
sowie der Ermittlung der Rotationskapazität der Querschnitte. Zusätzlich wird eine<br />
Interaktionsbeziehung durch experimentelle Untersuchungen unter kombinierter<br />
Beanspruchung ermittelt.<br />
Durch Auflegen des Gurtquerschnitts auf dem Boden und Beanspruchung der Strebe<br />
durch eine Normalkraft Ni (Abbildung 2.7 a) wird unter Berücksichtigung des<br />
Verformungskriteriums der Verbindungswiderstand axial beanspruchter T-Knoten aus<br />
RHP Ni,u = Ni,max ermittelt. Der Ansatz des plastischen Moments Mpl = M0,max kann nur für<br />
Querschnitte erfolgen, die maximal in die Querschnittsklasse 2 eingeordnet werden<br />
können. Dies erfordert die Ermittlung der Rotationskapazität der Querschnitte, was<br />
standardmäßig mit Hilfe von 4-Punkt-Biegeversuchen [18] erfolgt (Abbildung 2.7 b).<br />
Stahlplatte<br />
Boden<br />
Last N i<br />
RHS Strebe<br />
a) Experimentelle Ermittlung des axialen<br />
Verbidungswiderstands Ni,max (S1)<br />
l 0<br />
RHS Gurt<br />
Seite 46<br />
b) Ermittlung der Rotationskapazität<br />
Abbildung 2.7: Versuchsaufbauten für Druckbeanspruchung und Rotationskapazität [22]<br />
Figure 2.7: Test setup for joints under compression and sections in bening [22]<br />
l 1<br />
Last N i<br />
RHS Gurt<br />
Die Entwicklung einer Interaktionsbeziehung erfolgt schließlich mit Hilfe experimenteller<br />
Untersuchungen an T-Knoten unter kombinierter Beanspruchung (Abbildung 2.8). Diese<br />
werden mit 3-Punkt Biegeversuchen durchgeführt. Durch Variation des<br />
Gurtlängenverhältnis α = l0/b0 werden unterschiedliche Werte des Biegemomentes M0 im<br />
Gurtquerschnitt erzeugt, so dass verschiedene Ni-M0 Wertepaare bei der Auswertung zur<br />
Verfügung stehen.<br />
l 0
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Abbildung 2.8: Versuchsaufbau unter kombinierter Beanspruchung [22]<br />
Figure 2.8: Test setup S3 for combined loading [22]<br />
Durch Normierung dieser Werte Ni und M0 mit den dazugehörigen Maximalwerten Ni,u =<br />
Ni,max und M0,pl = M0,max wird schließlich eine Interaktionsbeziehung für T-Knoten unter<br />
kombinierten Beanspruchungen ermittelt (Gleichung 2.1).<br />
⎛<br />
⎜<br />
M<br />
⎜<br />
⎝ M<br />
i<br />
pl , d<br />
RHS Strebe<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
2<br />
⎛ N<br />
+ ⎜<br />
⎝ N<br />
i<br />
*<br />
i<br />
Last N i<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
l 0<br />
2<br />
≤ 1<br />
RHS Gurt<br />
l 1<br />
mit: Mpl charakteristische Wert des plastischen<br />
Moments Wpl·fy<br />
Ni* Knotenwiderstand entsprechend DIN EN<br />
1993-1-8<br />
Die nach dieser Interaktionsformel (Gleichung 2.1) berechneten Grenzwerte des<br />
Knotenwiderstands der durchgeführten experimentellen Untersuchungen sind für<br />
unterschiedliche Gurtschlankheiten 2γ in Abbildung 2.9 dargestellt.<br />
Seite 47<br />
M 0<br />
2.1
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
normiertes Moment M 0 /M 0,max<br />
1,4<br />
1,2<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0<br />
0<br />
Interaktionsformel nach Gl. 2,1<br />
β β = 0,5<br />
2γ = 11<br />
2γ = 16<br />
2γ = 20<br />
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0<br />
normierte Druckkraft N i /N i,max<br />
Abbildung 2.9: Interaktionsdiagramm für kombinierte Beanspruchung von T-Knoten aus<br />
RHP [22]<br />
Figure 2.9: Interaction diagram for combined loading of T-joints made of RHS [22]<br />
Interaktionsdiagramme für RHP (und KHP) T-Knoten werden in späteren Studien auch<br />
numerisch entwickelt [7], [13], [14], [19], [20]. Mit Hilfe der Finite Elemente Methode bietet<br />
sich die Möglichkeit bei der Ermittlung des Verbindungswiderstandes durch eine geeignete<br />
Auswahl von Kompensationsbelastungen die Gurtbiegung zu eliminieren und eine reine<br />
Axialdruckbeanspruchung zu betrachten (die genaue Vorgehensweise wird auf Basis der<br />
Diamond-Bird-Beak Knoten in Abschnitt 2.5.2 erläutert).<br />
2.5 Bird-Beak (BB) und Diamond-Bird-Beak (DBB) Knoten<br />
(Bird-Beak- (BB) and Diamond-Bird-Beak (DBB) joints)<br />
In Rahmen dieses Abschnitts wird die Bird-Beak (BB) Verbindung (Abbildung 2.10 a), und<br />
die Diamond-Bird-Beak (DBB) Verbindung, (Abbildung 2.10 b) detailliert betrachtet. Grund<br />
dafür sind die geometrischen Ähnlichkeiten dieser Verbindungen mit<br />
Seite 48
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Hohlprofilknotenverbindungen aus dreieckigen Gurten und rechteckigen oder dreieckigen<br />
Streben.<br />
a) Bird-Beak (BB)<br />
Knoten<br />
b) Diamond Bird-<br />
Beak (DBB)<br />
Knoten<br />
2 ⋅b<br />
0<br />
2 ⋅b<br />
0<br />
2 ⋅b<br />
0<br />
2 ⋅b<br />
0<br />
Abbildung 2.10: Geometrie von Bird-Beak- und Diamond Bird-Beak-Knoten<br />
Figure 2.10: Geometry of Bird-Beak- and Diamond-Bird-Beak-joints<br />
b 1<br />
Anfang der neunziger Jahre untersuchte Ono [9] die sogenannten Bird-Beak-Knoten (BB<br />
Knoten, Abbildung 2.10 a) bei denen der quadratische Gurtstab um 45° Grad um seine<br />
Längsachse verdreht angeordnet ist und die Diamond-Bird-Beak-Knoten (DBB-Knoten,<br />
Abbildung 2.10 b), bei denen der Füllstab zusätzlich so angeordnet ist, dass zwei<br />
Strebenecken in direkter Verbindung mit einer Gurtecke sind (Abbildung 2.10 b). Diese<br />
Knotenkonfiguration ermöglicht eine bessere Lasteinleitung von der Strebe in den Gurt, so<br />
dass Durchstanz- und Scherspannungen minimiert werden. Da bei dieser Anordnung des<br />
Füllstabs die Gurtflansche ausgesteift und lokale Verformungen verhindert werden besitzt<br />
dieser Knoten einen erhöhten Knotenwiderstand als traditionelle Knotenverbindungen<br />
zwischen rechteckigen Hohlprofilen [9]. Außerdem sind die Schweißnahtlängen der BB<br />
und DBB-Knoten größer als bei den traditionellen RHP T-Knoten, was insbesondere bei<br />
einer Zugbeanspruchung von Vorteil ist. Im Vergleich zu den konventionellen RHS Knoten,<br />
bei denen lediglich gerade Sägeschnitte notwendig sind, ist der Fertigungsaufwand bei<br />
den BB- und DBB-Knoten jedoch höher<br />
Seite 49<br />
b 1<br />
b 0<br />
2 ⋅b1<br />
b 0<br />
b 1
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
2.5.1 Experimentelle Versuche mit DBB T-knoten<br />
(Experimental investigation of DBB T-joints)<br />
1991 haben T. Ono, K. Ishida und M. Iwata [9] eine Serie von experimentellen Versuchen<br />
mit geschweißten Hohlprofil-T-Knoten in DBB-Ausführung zur Ermittlung von Traglasten<br />
durchgeführt. Die Knoten waren auf axialen Druck in der Füllstabachse belastet<br />
(Abbildung 2.11). Bei den DBB T-Knoten besteht im Unterschied zu konventionellen RHP<br />
T-Knoten keine Möglichkeit beim Versuchsaufbau die Gurtlängsbiegung zu blockieren,<br />
ohne dabei den Verbindungswiderstand erheblich zu beeinflussen. Dafür ist eine<br />
Gurtlänge von l0 von 3·b0 ausgewählt, damit das Biegemoment im Gurt möglichst gering<br />
bleibt, ohne dass der Verbindungswiderstand durch die Auflagerbedingungen beeinflusst<br />
wird. Beim Versuchsaufbau werden an den beiden Gurtenden dicke Stahlplatten (t = 40<br />
mm) angeschweißt und am Auflager angebracht.<br />
b 1<br />
t 1<br />
N i<br />
l 0 = 3b 0<br />
l 1 = 3b 1<br />
Abbildung 2.11: Versuchsaufbau DBB-T-Knoten [9]<br />
Figure 2.11: Test setup for DBB-T-joints [9]<br />
Ein analytisches Modell zu Ermittlung der Tragfähigkeit eines DBB-Knoten wird in [5]<br />
erarbeitet, das auf den Verformungen und Spannungsverteilungen im Gurt basiert. Die<br />
Verbindungsstelle wird in zwei Bereiche unterteilt (Abbildung 2.12). Im Bereich wird die<br />
Fließlinientheorie angewendet und im Bereich wird die Schubspannung über der Fläche<br />
A0 im Gurt berücksichtigt. Die Fläche A0 wird als Funktion des<br />
Querschnittsbreitenverhältnisses β = b1/b0 ermittelt.<br />
Seite 50<br />
t 0<br />
b 0
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Abbildung 2.12: Analytisches Modell zur Traglast Traglastermittlung eines DBB--T-Knotens[5]<br />
Figure 2.12: Analytical model for the he determination of the load capacity of a DBB DBB-T-joint<br />
[5]<br />
Die Belastung Ni wird in zwei Teile NN1<br />
und N2 geteilt. N1 ist t die Kraft, die nach der<br />
Fließlinientheorie linientheorie begrenzt wird, und wird nach Gleichung 22.2<br />
berechnet. Die<br />
Korrekturkoeffizienten f1 und ff2<br />
werden durch Experimente ermittelt und in die folgenden<br />
Formeln eingesetzt:<br />
2 ( b b ) ⋅ t f y<br />
N = f ⋅ ⋅<br />
1 1 1 /<br />
0<br />
0<br />
Die Kraft N2 wird von der Fläche A<br />
0<br />
2<br />
( b1<br />
/ b0<br />
) ⋅ 4⋅<br />
b0<br />
t0<br />
A = f ⋅<br />
⋅<br />
Mit Gleichung 2.2 und Gleichung 2.3 wird die Bemessungsformel (Gleichung Gleichung 2.4) erstellt:<br />
t<br />
2<br />
0<br />
N<br />
i<br />
⋅ f<br />
y<br />
wird von der Fläche A0 übernommen, A0 wird nach Gleichung<br />
1<br />
=<br />
+<br />
0,<br />
211−<br />
0.<br />
147⋅<br />
b / b<br />
942 , 0 794 , 1<br />
1<br />
− ⋅b<br />
1<br />
0<br />
1 /<br />
Die nach Gleichung 2.4 errechneten Werte von NNi<br />
sind nur von den Querschnittswerten<br />
abhängig, und beschreiben eiben den Verbindungswiderstand<br />
Verbindungswiderstand. Die ie Gurtbiegung ist wegen der<br />
kleinen Gurtlänge l0 = 3·b0 in dieser Formel vernachlässig<br />
vernachlässigt.<br />
Ein wesentlicher Teil dieser Studie sind die definierten Versagensmechanismen von<br />
Diamond-Bird-Beak Beak Verbindungen. Während der Belastung der Probekörper konnte<br />
beobachtet werden, dass sich bei Steigerung der Druckkraft der Füllstab in den Gurt<br />
eindrückt, , und der Gurtquerschnitt sich in seitlicher Richtung dehnt. Nach Erreichen der<br />
Maximallast sinkt das Ende des Füllstabs tief in den Gurt und der Gurt erhält lokale<br />
seitliche Verformungen. Es waren keine lokalen Verformungen im Füllstab vorhanden, der<br />
Verbindungswiderstand indungswiderstand wurde nur durch das Gurtversagen begrenzt (weiteres zum<br />
Versagensmechanismus, siehe Abschnitt 2.5.3).<br />
b<br />
0<br />
Seite 51<br />
b<br />
⋅<br />
b<br />
0<br />
1<br />
eichung 2.3 ermittelt:<br />
2.2<br />
2.3<br />
2.4
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
2.5.2 Numerische Untersuchungen von DBB T-Knoten<br />
(Numerical investigations of DBB T-joints)<br />
Bei der verwendeten Versuchsvorrichtung der bisher vorgestellten experimentellen<br />
Untersuchungen mit DBB T-Knoten, beansprucht mit einer Druckkraft in axialer<br />
Strebenrichtung, tritt das Versagen infolge einer Kombination aus globaler Längsbiegung<br />
im Gurtstab und lokaler Verformung im Verbindungsbereich der Strebe am Gurt auf. Die<br />
beiden Effekte sind abhängig voneinander. Starke lokale Verformungen im<br />
Verbindungsbereich können zu einer wesentlichen Änderung der anfänglichen<br />
Querschnittswerte führen, woraus eine Abminderung der Tragfähigkeit des Knotens<br />
resultiert (siehe Abbildung 2.13). Das größte Biegemoment im Gurtstab tritt aber genau an<br />
der Verbindungsstelle der Strebe mit dem Gurt auf. Dafür wäre es erwünscht, die lokalen<br />
Verformungen im Verbindungsbereich isoliert von der Längsgurtbiegung zu betrachten.<br />
1<br />
S<br />
y<br />
Abbildung 2.13: Änderung der Querschnittskennwerte infolge Formänderung<br />
Figure 2.13: Change of cross section properties due to deformations<br />
z<br />
A 1 = A 2<br />
I y,1 > I y,1<br />
Eine Möglichkeit zur Untersuchung des Verbindungswiderstandes eines T-Knotens, ohne<br />
den Einfluss der Längsgurtbiegung, bietet die Finite Elemente Methode, wobei anstatt<br />
zusätzlicher Auflager Belastungen aufgebracht werden, die zu einer entsprechenden<br />
Änderung des Momentenverlaufs führen.<br />
Bei der Untersuchung von Kreishohlprofil (KHP) T-Knoten setzt van der Vegte [14] ein<br />
kompensatorisches Momentenpaar an beiden Enden des Gurtes an, wobei das<br />
Biegemoment in der Gurtmitte zu Null wird. Das Wirkungsprinzip ist in Abbildung 2.14<br />
erklärt. Die Größe des Momentes M0,komp ist abhängig von der Kraft Ni (Gleichung 2.5) und<br />
wird während des numerischen Belastungsvorganges auch gesteigert.<br />
M0,komp = 0,25·Ni·(l0-b1) 2.5<br />
Zur Vermeidung der Gurtplastizierung im auflagernahen Bereich – da wo das maximale<br />
Moment erreicht wird – wird die Streckgrenze des Materials fy im auflagernahen Bereich<br />
um den Faktor 1,5 erhöht.<br />
Seite 52<br />
2<br />
S
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
N i l 0 /4<br />
N i<br />
N i l 0 /4<br />
M 0,komp<br />
Abbildung 2.14: Eliminierung der Gurtbiegung mittels eines<br />
Kompensationsmomentenpaares<br />
Figure 2.14: Elimination of the chord bending by compensatory moments<br />
N i<br />
Eine numerische Studie von Rechteckhohlprofil- T-Knoten in Diamond-Bird-Beak<br />
Ausführung führen Davies und Owen [2] und [11] 1996 durch. Der T-Knoten wurde unter<br />
folgenden Randbedingungen abgebildet (Abbildung 2.15).<br />
Seite 53<br />
M 0,komp<br />
M 0,komp<br />
N i l 0 /4<br />
M 0,komp
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Abbildung 2.15: Randbedingungen bei den numerischen Studien von DBB T TT-Knoten<br />
[2]<br />
Figure 2.15: Boundary conditions of tthe<br />
he numerical studies of DBB TT-joints<br />
[2]<br />
In der Parameterstudie wurden die Gurtlänge ll0,,<br />
, die Querschnitt Querschnittsdicke ti, das<br />
Breitenverhältnis β = b1/b0 und die Gurtschlankheit 22γ<br />
= b0/t0 variiert. Ziel der Untersuchung<br />
war ein Interaktionsdiagramm (Interaktionskontur) zwischen dem Biegemoment im Gurt<br />
und der axialen Normalkraft in der Strebe zu entwickeln, ähnlic ähnlich zu denen für<br />
parallelwandige RHP T-Knoten Knoten (siehe Abbildung 2.9).<br />
Damit das möglich wird, muss zuerst die Gurtbiegung eliminiert werden. Das von van der<br />
Vegte [14] benutzte Verfahren mit einem Kompensationsmoment<br />
Kompensationsmomentenpaar enpaar am Ende des<br />
Gurtes (siehe Abbildung 2.16 a) hat sich bei den DDB-Knoten Knoten als ungeeignet erwiesen.<br />
Trotz Erhöhung der Streckgrenze des Materials im auflagernahen Bereich wurde genau<br />
dort das plastische Moment im Gurt erreicht, die DBB-Verbindung Verbindung erwies sich als sehr<br />
empfindlich gegenüber der Gurtlänge.<br />
Biegemoment = 0<br />
M0,komp0 a) Momentenpaar<br />
N i<br />
2 ⋅b<br />
0<br />
2 ⋅b<br />
0<br />
M 0,komp<br />
Abbildung 2.16: Kompensatorische Momente bei DBB TT-Knoten<br />
[2]<br />
Figure 2.16: Compensatory Moments of a DBB TT-joint<br />
[2]<br />
Davies hat in diesem Fall das Kompensationsmoment entlang der Gurtlänge inkrementell<br />
in einer Reihe von diskreten Schritten eingebracht (siehe Abbildung 2.16 b). Diese<br />
Methode erlaubte, das Verhalten der Verbindungsstelle der Strebe am Gurt zu betrachten,<br />
wenn die Tragfähigkeit it der Verbindung stark von der Gurtlänge abhängig ist. Wie in<br />
b 1<br />
Seite 54<br />
m 0,komp<br />
l 0<br />
Biegemoment = 0<br />
N i<br />
l 1<br />
2 ⋅b1<br />
b) Inkrementell (Streckenmoment)<br />
b 1<br />
b 0<br />
m 0,komp
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Abbildung 2.17 zu ersehen ist, treten keine Extremwerte im Momentenverlauf auf und das<br />
Versagen des Gurtes infolge Längsbiegung (M0 > Mpl,Gurt) ist ausgeschlossen.<br />
N i l 0 /4<br />
N i<br />
Abbildung 2.17: Eliminierung der Gurtbiegung<br />
Figure 2.17: Elimination of the chord bending<br />
N i<br />
m 0,komp<br />
N i l 0 /4<br />
Im ersten Teil der Studie macht Owen [2] einen Vergleich des Verhaltens von Diamond-<br />
Bird-Beak T-Knoten, traditionellen parallelwandigen T-Knoten aus RHP und T-Knoten aus<br />
Kreishohlprofilen, belastet in axialer Strebenrichtung. Am Anfang ist die Biegung frei,<br />
Kompensationsmomente sind nicht vorhanden, d. h. es handelt sich um eine Drei-Punkt-<br />
Biegung. Die vergleichenden Parameter sind die Last Ni und die Eindrückung der Strebe<br />
im Gurt δ (Abbildung 2.18) bei gleichen Systemparametern (siehe unten). Zur Bestimmung<br />
der Tragfähigkeit der DBB T-Knoten wird die Maximallast angenommen, bei den<br />
konventionellen parallelwandigen QHP T-Knoten gilt die Deformationsbeschränkung bei δ<br />
> 3%·b0 (Abschnitt 2.3).<br />
Seite 55<br />
m 0,komp
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Abbildung 2.18: Eindrückung der Strebe in den Gurt δ<br />
Figure 2.18: Indentation δ of the brace into the chord<br />
Bei den numerischen Berechnungen wurden folgende Parameter variiert:<br />
- Gurtbreite b0,<br />
- Gurtlängenverhältnis α = l0/b0<br />
- Gurtwandschlankheit 2γ = b0/t0<br />
- Breitenverhältnis β = b1/b0<br />
Die Ergebnisse werden in Abhängigkeit vom Gurtlängenverhältnis α und der<br />
Gurtwandschlankheit 2γ ausgewertet.<br />
Vergleicht man die Gurtquerschnittausrichtung ist die Lage des Schwerpunktes des DBB<br />
und des traditionellen RHP Gurtstabs, bei Berücksichtigung der Eckausrundungen,<br />
unterschiedlich. Infolgedessen weist der Gurtstab in traditioneller Ausrichtung bei der<br />
gleichen Fläche eine größere plastische Momentenkapazität auf, als in DBB-Ausrichtung,<br />
siehe Abbildung 2.19.<br />
y<br />
z<br />
δ<br />
S 1<br />
z s,1<br />
My,pl < My,pl<br />
Abbildung 2.19: Schwerpunkt eines halbierten QHP<br />
Figure 2.19: Center of gravity of halved QHS<br />
Abbildung 2.20 a) zeigt den Einfluss des Gurtlängenverhältnisses α = l0/b0 auf die<br />
Knotentragfähigkeit von DBB und konventionellen QHP T-Knoten. Trotz der größeren<br />
plastischen Momentenkapazität der traditionellen Gurtausrichtung ist, besonders bei<br />
kleineren Gurtlängen, die Maximallast bei DBB-Knoten höher als die bei den traditionellen<br />
QHP T-Knoten.<br />
In Abbildung 2.20b ist die Abhängigkeit der Tragfähigkeit von der Gurtschlankheit 2γ = b0/t0<br />
bei einem konstanten Wert von α = 12 dargestellt. Beide Verbindungstypen zeigen eine<br />
Seite 56<br />
z s,2<br />
δ<br />
S 2
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
ähnliche Tragfähigkeitsabnahme und die DBB T-Knoten weisen wieder eine höhere<br />
Maximallast auf.<br />
Last N i [kN]<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
K onventioneller Q HP<br />
T-K noten<br />
DB B T-K noten<br />
0<br />
0 10 5 10 20<br />
Längenverhältnis s α<br />
30 15<br />
20 40<br />
β = 0,6<br />
b 0 = 150mm<br />
t 0 = t 1 = 6,3mm<br />
2γ = 23,8<br />
a) Einfluss des<br />
a) Einfluss des Gurtlängenverhältnisses α b) Einfluss der Gurtschlankheit 2γ<br />
Abbildung 2.20: Einflussfaktoren QHP T-Knoten in traditioneller und DBB Ausführung<br />
Figure 2.20: Influencing parameters of QHS T-joints<br />
In Abbildung 2.21 sind typische Last-Verformungskurven für T-Knoten in DBB- bzw.<br />
parallelwandiger Ausrichtung der Glieder, bei variablen α Werten gezeigt. Bei diesen<br />
Versuchsserien sind keine Kompensationsmomente angesetzt worden.<br />
Bei allen QHP Knoten in parallelwandiger Ausrichtung (außer bei α = 3) ist kein<br />
ausgeprägter Peak der Belastung vorhanden. Dieser Effekt ist schon bekannt und wird<br />
durch das „3% - Deformationskriterium“ erfasst (Abschnitt 2.3, [21]). Bei kleineren<br />
Gurtlängen, (hier l0 = 3b0) wird das Verhalten des Knotens durch die Auflagerbedingungen<br />
beeinflusst.<br />
Last N i [kN]<br />
Seite 57<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
0 10 5 20 10<br />
30 15<br />
20 40<br />
β = 0,6<br />
b 0 = 150mm<br />
t 0 = t 1<br />
α = 12<br />
G urts c hlank heit 2γ<br />
b) Einfluss der<br />
K onventioneller Q HP<br />
T-K noten<br />
DB B T-K noten
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Last Ni [kN]<br />
Last Ni [kN]<br />
210<br />
180<br />
150<br />
120<br />
90<br />
60<br />
30<br />
210<br />
180<br />
150<br />
120<br />
90<br />
60<br />
30<br />
0<br />
0<br />
δ<br />
N i, max bei δ = 0.03b 0<br />
0 2 4 6 8 10 12 14<br />
δ<br />
N<br />
N<br />
Eindrückung δ [mm]<br />
δ = 0.03b 0<br />
parallelwandige<br />
Ausrichtung<br />
DBB<br />
Ausrichtung<br />
Abbildung 2.21: Last-Eindrückung für verschiedene Gurtlängenverhältnisse α [2]<br />
Figure 2.21: Indentations for varying chord length ratio α [2]<br />
Als nächster Schritt wird für die Knotenkombinationen aus dem ersten Teil der Studie<br />
durch den Einsatz von kompensatorischer Momentenstreckenbelastung (siehe Abbildung<br />
Seite 58<br />
β = 0,6<br />
b 0 = 150mm<br />
t 0 = t 1 = 6,3mm<br />
2γ = 23,8<br />
alfa α = 63<br />
alfa α = 12 6<br />
alfa α = 18 9<br />
alfa α = 36 18<br />
alfa α = 63<br />
alfa α = 12 6<br />
alfa α = 18 9<br />
α alfa = 24 12<br />
alfa α = 36 18<br />
α alfa = 48 24<br />
β = 0,6<br />
b 0 = 150mm<br />
t 0 = t 1 = 6,3mm<br />
2γ = 23,8<br />
0 2 4 6 8 10 12 14<br />
Eindrückung δ [mm]
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
2.17) der Einfluss der Längsgurtbiegung eliminiert und der Verbindungswiderstand auf<br />
reine Axialdruckbeanspruchung Ni,max ermittelt. Die aus der Drei-Punkt-Biegung erhaltenen<br />
Wertepaare von Normalkräften Ni,u und entsprechend ausgerechneten Biegemomenten<br />
M0,u werden im Diagramm in Abbildung 2.22 eingetragen. Auf der Abszisse liegen die<br />
Werte des Biegemomentes M0, normiert über die Werte des reduzierten vollplastischen<br />
Momentes des Gurtquerschnittes bei vorhandener Querkraft, Mpl,V,0. Auf der Ordinate<br />
liegen die Werte der Normalkraft Ni normiert über den Verbindungswiderstand Ni,max.<br />
Aus dem Interaktionsdiagramm in Abbildung 2.22 ist ersichtlich, dass falls der Kreis als<br />
Interaktionskontur verwendet wird, die Ergebnisse auf der unsicheren Seite liegen.<br />
Deswegen wird in [2] eine lineare Iterationskontur definiert (Gleichung 2.6).<br />
N<br />
N<br />
normierte Druckkraft N i /N i,max<br />
i<br />
i,<br />
max<br />
1,2<br />
M<br />
+<br />
M<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0<br />
0<br />
pl,<br />
V 0<br />
≤1,<br />
2<br />
β = 0,2<br />
β = 0,4<br />
β = 0,6<br />
Kreis<br />
N i<br />
M 0<br />
für ≤ 1 und ≤1<br />
N<br />
M<br />
i,<br />
max<br />
Interaktionskurve, Gl. 2.2<br />
Abbildung 2.22: Iterationsdiagramm für DBB T-Knoten<br />
Figure 2.22: M-N interaction for DBB T-joint<br />
2.5.3 Versagensmechanismus von axial beanspruchten DBB T-Knoten<br />
(Failure modes of axially loaded DBB T-joints)<br />
In [11] betrachtet Owen ausführlich den Versagensmechanismus der Diamond-Bird-Beak<br />
Verbindung. Zwei verschiedene Effekte führen zum Versagen des Knotens:<br />
Seite 59<br />
pl,<br />
V 0<br />
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0<br />
normiertes Moment M 0 /M pl,V,0<br />
Gurtversagen – Längsbiegung im Gurt (Ni·l0/4 > Mpl, Gurt)<br />
Verbindungsversagen – lokale Verformungen im Gurtquerschnitt an der Stelle, an<br />
der der Füllstab angebracht ist.<br />
Mittels Kompensationsmomentenbelastung, entsprechend Abbildung 2.17, wird bei dieser<br />
numerischen Studie die Auswirkung der Gurtbiegung ausgeschlossen, so dass die<br />
Betrachtung des lokalen Verbindungsversagens möglich ist.<br />
1,2<br />
2.6
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Ein Schnitt an der Stelle A-A A lässt das in Abbildung 2.23 vorgestel vorgestellte 2-dimenstionale<br />
statisch unbestimmte System entstehen. Die Stellen, an denen der Gurtquerschnitt<br />
plastiziert, werden als plastische Gelenke abgebildet. Mit Entstehen des letzten<br />
plastischen Gelenks wird das System kinematisch, d. h. die Verbindung vers versagt. Beim<br />
Verbindungsversagen wird der Gurtquerschnitt von quadratisch zu rautenförmig ( (siehe<br />
Abbildung 2.13), was auch zu einer Abminderung der plastischen Momentenkapazität führt<br />
und außerdem das globale Versagen infolge Längsbiegung beeinflusst.<br />
Abbildung 2.23: Lokales s Verbindungsversagen eines DBB T-Knotens [11 11]<br />
Figure 2.23: Local failure of a DBB TT-joint<br />
[11]<br />
2.5.4 Fazit<br />
(Conclusion)<br />
Wenn man den Schnitt A-A A in Abbildung 2.23 im Detail betrachtet, , sieht man, dass die<br />
plastischen Gelenke Nr. 1, 2, 3 unter den Kanten des Füllstabes nicht zu vermeiden sind.<br />
Die plastischen Gelenke 4, 5 und 6 sind durch die Geometrie des Querschnittes<br />
vorbestimmt und entstehen an den Stellen der Längskanten des Gurtes.<br />
Eine Steigerung der Steifigkeit der ganzen Verbindung könnte nur erreicht werden, wenn<br />
die „kinematische Kette“, die infolge der plastischen Gelenke an den Gurträndern mit Nr.<br />
4, 5, 6 Abbildung 2.24 entsteht, blockiert wird.<br />
Seite 60<br />
Plastische<br />
Gelenke<br />
Verformter Querschnitt
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
experimentell experimentell experimentell ermittelt ermittelt<br />
numerisch numerisch ermittelt<br />
Abbildung 2.24: Experimentell und numerisch ermittelte Versagensformen von DBB T-<br />
Knoten<br />
Figure 2.24: Experimentally and numerically determined failure modes of DBB T-joints<br />
Ein Diagonalzugband, das die Kanten des Quadrates verbindet, kann die seitliche<br />
Verschiebung der Punkte 4 und 5 verhindern. Dabei bleiben die beiden unteren Seiten<br />
unbelastet – was die endgültige Form des Gurtes bestimmt – ein dreieckiger<br />
Hohlquerschnitt (Triangular Hollow Section- THS), siehe Abbildung 2.25.<br />
- plastizierte Bereiche im<br />
Gurtquerschnitt werden als<br />
plastische Gelenke abgebildet<br />
- Entstehung einer<br />
kinematischen Kette -<br />
Querschnitt versagt<br />
- Blockieren der<br />
kinematischen Kette –<br />
Diagonalzugband<br />
Diagonalzugband<br />
Abbildung 2.25: Steigerung der Tragfähigkeit eines DBB T-Knotens<br />
Figure 2.25: Increase of load capacity of DBB T-joint<br />
Seite 61<br />
plastische<br />
Gelenke<br />
verformter Querschnitt<br />
- Gurt als<br />
Dreieckf Dreieckförmiger Dreieckf rmiger Hohlprofil<br />
Hohlprofil<br />
(Triangular Hollow Section -<br />
THS)
2 Stand der Technik<br />
(State of the art)<br />
Wenn man die Ergebnisse der oben genannten experimentellen und numerischen<br />
Untersuchungen in Betracht zieht, werden die Vorteile von Hohlprofilen mit dreieckigen<br />
Querschnitten bereits sichtbar. Diese sollen die Vorteile der Diamond-Bird-Beak<br />
Verbindung beinhalten, aber eine noch höhere Steifigkeit besitzen.<br />
Seite 62