Ausführung von Stahlbauten In den Jahren 1960 bis 1981 wurden relativ viele Schäden an geschweißten Stahlkonstruktionen festgestellt, die als Ursache einen Terrassenbruch hatten. Ursache hierfür war – neben den relativ schlechten Werkstoffeigenschaften in Werkstoffdickenrichtung – vor allem ein Streben nach „Vollanschlüssen” bei T-Stößen, um Ermüdungsbrüche zu vermeiden. Es ist wichtig zu wissen, dass die einen Terrassenbruch auslösenden Zugbeanspruchungen in Dickenrichtung in der Regel nicht von externen Lasten im Betrieb des Bauteils herrühren. Vielmehr sind die durch Konstruktion und Fertigung bedingten Eigenspannungen in der Regel der Auslöser. Bei T-förmigen Verbindungen können bereits die Eigenspannungen, die beim Abkühlen der Schweißnaht in Höhe der Streckgrenze im Bauteil entstehen, ausreichen, um einen terrassenbruchgefährdeten Grundwerkstoff unter der Schweißnaht zu schädigen (Bild KII.7-3). Ein Terrassenbruch wird durch eine entsprechende Anzahl und Größe nichtmetallischer Einschlüsse im Rohstahl bedingt, die sich während des Walzens ausformen und somit die Belastbarkeit bei Zugbeanspruchung in Werkstoffdickenrichtung schwächen. Bild KII.7-4 zeigt nichtmetallische Einschlüsse im Rohstahl (Block oder Bramme) und im ausgewalzten Halbzeug. Derartige nichtmetallische Einschlüsse sind meist Mangansulfide (MnS). Es können auch (seltener) Mangansilikate (MnSi) und Aluminiumoxyde (Al2O3) sein.
a)
b)
Bild KII.7-4: Nichtmetallische Einschlüsse: a) im Block, b) im ausgewalzten Halbzeug
Regelwerke zum Vermeiden von Terrassenbrüchen Nachdem in den Jahren vor 1980 die Ursache für die Terrassenbrüche weltweit intensiv erforscht worden war, konnte in Deutschland im Januar 1981 die DASt-Richtlinie 014 [R20] veröffentlicht werden. In dieser Richtlinie werden sowohl werkstoffbezogene Maßnahmen zum Vermeiden von Terrassenbrüchen als auch konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen empfohlen. Bei Anwendung und Beachtung der Empfehlungen der DASt-Ri 014 sind Terrassenbrüche sicher zu vermeiden. Diese Empfehlungen sind nahezu komplett in EN 1993-1-10 [II.Lit10] und teilweise in den informativen Anhang F von EN 1011-2 übernommen worden. Vorgehen zum Vermeiden von Terrassenbrüchen Der Hersteller von Stahlbauten muss sich entscheiden, welchen der nachfolgend skizzierten drei Wege zur Vermeidung von Terrassenbrüchen er wählt, wobei oft eine Kombination von zwei oder allen drei Wegen in Frage kommt: – Befolgen der konstruktiven und fertigungstechnischen Empfehlungen in EN 1993-1-10 (einschließlich NA [R89]) oder in der DASt-Ri 014 oder im Anhang F von EN 1011-2. Dies reicht aber meist allein nicht aus, sondern muss mit einer geeigneten Werkstoffwahl, wie nachstehend beschrieben, kombiniert werden. – Verwendung von Werkstoffen mit „verbesserten Verformungseigenschaften senkrecht zur Erzeugnisoberfläche“ nach EN 10164 (vgl. zu II.5.3.4 <3>). Dies ist vor allem bei Bauteilen mit ermüdungsrelevanter Beanspruchung zu empfehlen. – Durchführung einer Ultraschallprüfung des gefährdeten Grundwerkstoffbereiches nach dem Schweißen; dies sollte jedoch die Ausnahme sein. Konstruktive und fertigungstechnische Empfehlungen Bild KII.7-5 zeigt typische Beispiele der konstruktiven Empfehlungen aus DASt-Ri 014, die auch in den erwähnten Anhang F von EN 1011-2 übernommen wurden. Mit fertigungstechnischen Empfehlungen ist vor allem Vorwärmen gemeint. Es bewirkt eine Verminderung der Abkühlgeschwindigkeit, womit die Schweißschrumpfung auf einen größeren Bereich ausgedehnt wird. 268