Struktur- und Tragfunktionsanalyse
Ingenieurbüro für Tragwerksplanung
Konstruktion & FEM-Analysen aus Stuttgart
Forschung im Stahlbau
Unsere Forschungsarbeit in der Rolle als wissenschaftliche Mitarbeiter an der Universität Stuttgart ist in die europäischen Regelwerke eingeflossen.
Diese Erfahrung prägt unsere heutige Ingenieurtätigkeit.
Beulen von Stahlflächentragwerken im Brücken- und Hochbau
Einleitung
Die Weiterentwicklung der Bemessungsregeln im Stahlbau, insbesondere zum Beulverhalten von Stahlflächentragwerken, wurde durch Herrn Vahid Pourostad (zum damaligen Zeitpunkt tätig an der Universität Stuttgart 2014–2024) durch mehrere internationale Forschungsvorhaben und seine Dissertation maßgeblich unterstützt. Untersucht wurden ausgesteifte und nicht ausgesteifte Blechfelder unter Längs-, Quer- und zweiachsiger Druckbeanspruchung, sowohl aus Baustählen wie S355 als auch aus hochfesten Stählen bis S690.
Forschungsprojekte
- Beulen mehrachsig beanspruchter Platten (2014 bis 2017, DASt/AiF-Projekt)
- OPTIBRI – Optimal use of high-strength steel grades (2014 bis 2017, RFCS-Projekt)
- OUTBURST – Optimization of steel plated bridges (2016 bis 2019, RFCS-Projekt)
- Beuluntersuchungen Talbrücke Thulba (2017 bis 2019, gemeinsam mit TU München und Autobahndirektion Nordbayern)
- Längsausgesteifte Beulfelder unter mehrachsiger Beanspruchung (2018 bis 2021, DASt/AiF-Projekt)
- Nachrechnung bestehender Stahl- und Verbundbrücken (2023 bis 2024)
Methoden und Ergebnisse
Zur Abbildung des realen Tragverhaltens wurden Großversuche durchgeführt und mit validierten Finite-Elemente-Modellen nachgerechnet. Umfangreiche Parameterstudien und statistische Auswertungen bildeten die Grundlage verschiedener Weiterentwicklungen der Bemessungsregeln in EN 1993-1-5 (zweite Generation):
- Erweiterung der Methode der wirksamen Breiten auf nicht-rechteckige Felder bis 17,5°
- Interpolationsgleichung für den Übergang zwischen platten- und stabförmigem Verhalten
- Ergänzung der Interpolation um die Torsionssteifigkeit von Längssteifen
- Ansatz zur getrennten Nachweisführung biaxialer Druckbeanspruchung
- Weiterentwicklung des Interaktionsansatzes für Zug- und Druckspannungen
- Ansatz für Beulnachweise unter biaxialer Druckspannung und Querlast (Patch Loading)
- Zusätzlich wurden Abminderungskurven für Felder abgeleitet, deren Imperfektionen die Toleranzgrenzen nach EN 1090-2 überschreiten
Trag- und Bemessungsmodelle für Stahlspundwände
Einleitung
Im Rahmen mehrerer Industrievorhaben, zweier IGF-Projekte sowie der Dissertation wurden durch Herrn Alexander Enders (zum damaligen Zeitpunkt tätig an der Universität Stuttgart 2017–2024) Bemessungsansätze für Stahlspundwände neu entwickelt oder weiterentwickelt. Ziel war eine genauere Erfassung des Tragverhaltens sowie die Ableitung praxisorientierter und normgerechter Bemessungsmodelle. Die Ergebnisse sind in die europäische Normungsarbeit zu EN 1993-5 (2. Generation) eingeflossen. Die Forschung wurde durch das BMWK über FOSTA/AiF sowie durch Industriepartner gefördert.
Forschungsprojekte
- Industrieforschungsvorhaben zur lokalen Beanspruchbarkeit von schlanken Zwischenbohlen in kombinierten Stahlspundwänden (2017 bis 2019, Universität Stuttgart gemeinsam mit ArcelorMittal S.A.)
- Weiterentwicklung der Bemessung von Stahlspundwänden: „Optimierte Auslegung von kombinierten Stahlspundwänden für den Einbringvorgang und den Endzustand“ (2018 bis 2021, Universität Stuttgart gemeinsam mit TU Hamburg; AiF 19937 / FOSTA P1327)
- Trag- und Bemessungsmodelle für kombinierte Stahlspundwände: „Zum räumlichen Tragverhalten von kombinierten Stahlspundwänden“ (2021 bis 2024, Universität Stuttgart gemeinsam mit TU Hamburg; AiF 21438 / FOSTA P1480)
- Industrievorhaben zur Nachrechnung bestehender Kaimauern (kombinierte Stahlspundwand) unter Ausnutzung teilplastischer Tragreserven (2022 bis 2023, Universität Stuttgart gemeinsam mit TU Hamburg)
Zur Bestimmung des realen Tragverhaltens wurden Bauteilversuche an Z-Bohlen sowie an teilweise eingebetteten H-Bohlen durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit Finite-Elemente-Modellen nachgerechnet, validiert und durch Parameterstudien ergänzt. Statistische Auswertungen dienten der Ableitung neuer Bemessungsmodelle. Diese Forschungsergebnisse unterstützen die Weiterentwicklung der EN 1993-5 (zweite Generation) und ermöglichen eine zuverlässige und wirtschaftliche Bemessung von Spundwänden. Folgende Erkenntnisse und Weiterentwicklungen waren das Ergebnis:
- Teilplastische Momententragfähigkeit von Z-Bohlen und Ableitung von Widerstandsmodellen
- Biegung und Normalkraft bei Z-Bohlen: Berücksichtigung gemessener Eigenspannungen, Validierung bestehender Interaktionsansätze und Entwicklung optimierter Widerstandsmodelle
- Biegeknicken und Biegedrillknicken von H-förmigen Tragbohlen: Formulierung von Näherungsgleichungen für Knicklängen und kritische Momente gebetteter Tragbohlen
- Torsionssteifigkeit teilverschweißter Doppeltragbohlen: Weiterentwicklung eines Modells zur Bestimmung des effektiven Torsionsträgheitsmoments
- Globales und lokales Tragverhalten kombinierter Wände: Modelle zur Berücksichtigung variabler Druckverteilungen, globaler Spannungen und Einbaubedingungen
