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Stabilitätsnachweise nach EN 1993-1-5 – Theorie und Beispiele
Generell sind mittragende Breiten und die Auswirkungen des Plattenbeulens auf den Grenzzustand der Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit oder Ermüdung zu berücksichtigen. Die mittragenden Breiten werden üblicherweise schon am Beginn einer statischen Berechnung in der globalen Tragwerksberechnung berücksichtigt und werden deshalb hier nicht ausführlicher behandelt. Wenn in weiterer Folge von effektiven Querschnitten die Rede ist, so sind die Effekte aus Schubverzerrungen, falls erforderlich, bereits berücksichtigt.
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Abschnitt 2.1
Übersicht zu den Nachweisverfahren
Die EN 1993-1-5 stellt unterschiedliche Methoden zur Berücksichtigung des Plattenbeulens zur Verfügung: Die Abschnitte 4 bis 7 basieren auf der Methode der effektiven Breiten. Für Spannungen in Längsrichtung besteht die Idee darin, beulgefährdete Bereiche aus dem Blechfeld gedanklich herauszuschneiden und mit dem Restquerschnitt (effektiver Querschnitt) einen elastischen Querschnittsnachweis zu führen. Der eigentliche Querschnitt mit der Querschnittsklasse 4 (QSKL 4) wird somit in einen Querschnitt der Querschnittsklasse 3 übergeführt. Für die weiteren Beanspruchungen aus z. B. Schub oder lokaler Lasteinleitung werden ebenfalls Ausnutzungsgrade bestimmt und anschließend mittels Interaktionsbeziehungen in Verbindung gesetzt. Je nach Art der Beanspruchung bzw. erforderlicher Interaktion sind hierfür in den Abschnitten 4 bis 7 der Norm die entsprechenden Reduktionsbeiwerte und Interaktionsformeln angegeben. Die Anwendung der Methode der effektiven Querschnitte der Abschnitte 4 bis 7 ist an folgende Anwendungsgrenzen gebunden:
Abschnitt 2.3
EN 1993-1-5, Bild 2.1
Bild 2. Definition des Beulfeldes (aus [6])
– Die Plattenfelder sind rechteckig und die Flansche verlaufen näherungsweise parallel. – Der Durchmesser nicht ausgesteifter Löcher oder Ausschnitte ist kleiner als 0, 05 ⋅ b, wobei b die Beulfeldbreite bezeichnet. – Flanschinduziertes Stegbeulen wird ausgeschlossen. Die Methode der effektiven Querschnitte darf auch auf nicht rechteckige Beulfelder angewendet werden, wenn der Winkel α ≤ 10° ist (s. Bild 2). Für Winkel > 10° darf ein Ersatzbeulfeld mit einer Breite gleich dem größeren Wert aus b 1 und b 2 verwendet werden. Als Alternative stellt die Norm die Methode der reduzierten Spannungen zur Verfügung. Dabei darf ein Querschnitt der Querschnittsklasse 3 zugeordnet werden, wenn die maßgebende Drucklängsspannung eine reduzierte Spannung nicht überschreitet. Anders formuliert – es wird ein elastischer Spannungsnachweis mit einer reduzierten Spannung geführt. In dieser reduzierten Spannung sind die Effekte des Plattenbeulens berücksichtigt. Bei der Methode der effektiven Querschnitte kommt es aufgrund der Reduzierung der Blechbreiten üblicherweise zu einer Änderung der Querschnittswerte und somit zu einer Änderung des Spannungsverlaufs, woraus sich wieder neue effektive Breiten ergeben. Es ist daher in der Regel ein iteratives Vorgehen erforderlich. Diese Methodik ermöglicht Lastumlagerungen zwischen den einzelnen Bauteilen, wodurch die Methode der effektiven Breiten tendenziell wirtschaftlichere Ergebnisse als die Methode der reduzierten Spannungen liefert. Die Methode der reduzierten Spannungen berück-
Abschnitt 2.3 Anmerkung Abschnitt 2.4
Abschnitt 2.4 Anmerkung