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Einsatz von
warmgefertigten
Hohlprofilen mit
Wanddicken bis 20 mm
bei tiefen Temperaturen
Sonderdruck aus „Stahlbau“
Heft 7/2011
Umschlag_neu.indd 2
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Fachthemen
Natalie Stranghöner
Jürgen Krampen
Christoph Lorenz
DOI: 10.1002/stab.201101449
Einsatz von warmgefertigten Hohlprofilen mit
Wanddicken bis 20 mm bei tiefen Temperaturen
Warmgefertigte Hohlprofile nach DIN EN 10210 werden derzeit in Europa hauptsächlich in
Wanddicken bis 20 mm in der bei den Stahlhändlern in der Regel vorrätigen Güte S355J2H
eingesetzt. Eine immer wieder kehrende Frage betrifft die Einsatzfähigkeit dieser Hohlprofile bei tiefen Temperaturen bedingt durch die in der Produktnorm festgelegte Prüftemperatur der Kerbschlagzähigkeit bei –20 °C: Ist ein Stahl der Güte S355J2H auch unterhalb von –20 °C Außentemperatur einsetzbar oder sollte aus Sicherheitsüberlegungen
heraus lieber eine höherwertige Stahlgüte eingesetzt werden? Der vorliegende Beitrag
beschreibt das Zähigkeitsverhalten von warmgefertigten Hohlprofilen auf der Basis experimenteller Untersuchungen und erläutert den Zusammenhang zwischen der in den
Produktnormen geforderten Mindestzähigkeit bei definierter Prüftemperatur und dem
bruchmechanisch basierten Sprödbruchkonzept der DIN EN 1993-1-10 zur Stahlgütewahl.
The use of hot-finished hollow sections with wall thicknesses up to 20 mm at low temperatures. In Europe, hot-finished hollow sections according to DIN EN 10210 are mainly
used with wall thicknesses up to 20 mm and steel grade S355J2H which is normally in
stock at the steel suppliers. A recurring question concerns the usability of those hollow
sections at low temperatures due to the test temperature of impact toughness at –20 °C
set in the product standard: Is a steel grade S355J2H applicable below –20 °C service
temperature, or should, by security considerations, rather a higher-quality steel be used?
This paper describes the toughness behaviour of hot-finished hollow sections based on
experimental studies and explains the relationship between the required impact toughness in the product standards at a defined test temperature and the fracture mechanics
based concept for the choice of steel material of DIN EN 1993-1-10.
1 Einleitung
Der Einsatz von Stahl bei tiefen Temperaturen erstreckt sich auf eine Vielzahl von Stahlkonstruktionen unterschiedlichster Art. Neben den klassischen Stahlkonstruktionen im Hochund Brückenbau sind in diesem Zusammenhang exemplarisch auch Maste
für Skilifte, Pistenbullys, Mobilkrane,
Baumaschinen sowie Anlagen der Fördertechnik zu nennen (s. Bild 1). Auch
wenn diese Konstruktionen nicht explizit dem bauaufsichtlichen Bereich
zugeordnet sind, orientieren sich die
Hersteller mangels anderer Vorgaben
an den Regelungen im Bausektor.
Bei der Konstruktion und Berechnung von Stahlbauten wird vorausgesetzt, dass die eingesetzten Baustähle definierte Festigkeits- und Verformungseigenschaften haben, damit
2
die gültigen Berechnungsregeln anwendbar sind. Dabei werden insbesondere ausreichende lokale Dehnfähigkeit und plastisches Umlagerungsvermögen vorausgesetzt. Ausreichende
Werkstoffeigenschaften werden durch
eine entsprechende Stahlgütewahl er-
zielt, die die erforderlichen Festigkeitsund Verformungseigenschaften gewährleistet.
Wenn Stahl bei tiefen Temperaturen eingesetzt werden soll, muss eine
Stahlsorte gewählt werden, die eine
ausreichende Zähigkeit bei den angestrebten Einsatztemperaturen aufweist,
da Stahl bei tiefen Temperaturen und
nicht genügender Zähigkeit spröde
brechen kann. Sprödbruch ist immer
auszuschließen, da es sich hierbei um
einen plötzlichen Bruch des Bauteils
ohne vorherige Ankündigung z. B.
durch Verformung handelt.
Die Gewährleistung einer Mindestzähigkeit der eingesetzten Stähle
erfolgt über die in den jeweiligen Produktnormen spezifizierten Anforderungen an die Kerbschlagzähigkeit, die
mit Hilfe des Kerbschlagbiegeversuchs
bei definierter Prüftemperatur nachgewiesen wird. Die in den Produktnormen der Baustähle angegebene Anforderung an die Kerbschlagarbeit, z. B.
T27J = –20 °C für einen S355J2H, stellt
hierbei lediglich eine Mindestanforderung an die Zähigkeitseigenschaften
des Stahls dar, die sich u. a. in der Bezeichnung der Stahlsorte widerspiegelt
(s. Bild 2).
Bild 1. Einsatz von Stahl bei tiefen Temperaturen am Beispiel von Masten für
Skilifte (Fotos: Fa. Pomagalski)
Fig. 1. Use of steel at low temperatures exemplary shown for masts of ski-lifts
(photos: Pomagalksi)
© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Stahlbau 80 (2011), Heft 7, S. 520 - 529
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N. Stranghöner/J. Krampen/Ch. Lorenz · Einsatz von warmgefertigten Hohlprofilen mit Wanddicken bis 20 mm bei tiefen Temperaturen
Zusatzsymbole für Stähle
Hauptsysmbole
C
D
H
W
...
Stahlgruppe
S Baustahl
P Stahl für Druckbehälter
... ...
mit besonderer Kaltumformbarkeit
für Schmelztauchüberzüge
Hohlprofile
wetterfest
...
Hauptsysmbole
Zusatzsymbole für Stahlerzeugnisse
Mechanische Eigenschaften
S... Minimalwert der Streckgrenze [N/mm2]
... ...
Besondere Anforderungen
+H
mit Härtbarkeit
+Z15 Mindest-Brucheinschnürung senkrecht
zur Oberfläche 15 %
… …
Zusatzsymbole für Stähle
Mechanische Eigenschaften
Kerbschlagarbeit
Prüftemperatur
27J 40J 60J
[°C]
JR
KR
LR
+20
J0
K0
L0
r0
J2
K2
L2
-20
J3
K3
L3
-30
J4
K4
L4
-40
J5
K5
L5
-50
J6
K6
L6
-60
Zusatzsymbole für Stahlerzeugnisse
S355J2H+Z15
Art des Überzugs
+A
feueraluminiert
+ CU Kupferüberzug
+Z
feuerverzinkt
...
...
Zusatzsymbole für Stahlerzeugnisse
Behandlungszustand
+A
weichgeglüht
+AR wie gewalzt
+C
kaltverfestigt
+CR kaltgewalzt
+M thermomechanisch umgeformt
+N
normalgeglüht oder normalisierend umgeformt
+QT vergütet
+SR spannungsarmgeglüht
...
...
Zusatzsymbole für Stähle
Physikalische Eigenschaften
M thermomechanisch gewalzt (KV t 40 J bei T = -20°C)
ML thermomechanisch gewalzt (KV t 27 J bei T = -50°C)
N normalgeglüht/normalisierend gewalzt (KV t 40 J bei T = -20°C)
NL normalgeglüht/normalisierend gewalzt (KV t 27 J bei T = -50°C)
Bild 2. Bezeichnungssystem der Stähle nach DIN EN 10027-1 [1]
Fig. 2. Designation system for steels according to DIN EN 10027-1 [1]
Die baupraktische Bedeutung der
in den Produktnormen spezifizierten
Mindestkerbschlagarbeit ist vielen Anwendern aber nicht klar. So ist z. B.
eine weit verbreitete Meinung, dass
ein Stahl unabhängig von der Bauteildicke nur bis zu der in der Produktnorm spezifizierten Temperatur, bei
der die Mindestanforderung an die
Kerbschlagarbeit erfüllt sein muss, eingesetzt werden darf. Dies ist nicht der
Fall.
Im vorliegenden Beitrag soll die
Aussagekraft des Kerbschlagbiegeversuchs und die daraus resultierende Bedeutung der in den Produktnormen
spezifizierten Mindestanforderung an
die Kerbschlagarbeit sowie die modernen Konzepte zur Werkstoffwahl zur
Vermeidung von Sprödbruch bei Einsatz von warmgefertigten Hohlprofilen bei tiefen Temperaturen erläutert
werden.
ausgeprägte Abhängigkeit der erzielten Kerbschlagarbeit KV von der Probentemperatur T, wie es im Bild 5 in
einem typischen KV-T-Diagramm dargestellt ist.
Während die Hochlage durch
hohe Kerbschlagarbeitswerte bei hohen Temperaturen und Gleitbruch gekennzeichnet ist, tritt bei tiefen Temperaturen und geringen Kerbschlagarbeitswerten in der Tieflage der
sogenannte Spalt- bzw. Sprödbruch
ein. Dazwischen liegt der breit streuende Übergangsbereich, bei dem der
Bruch sowohl aus Anteilen verformungsreichen Gleit- als auch verformungslosen Spaltbruchs besteht. Der
Übergangsbereich wird in den Produktnormen durch die im unteren Bereich der KV-T-Kurve liegende Übergangstemperatur Tü = T27J bzw. T40J
Pendelschlagwerk
Bild 4. Modernes instrumentiertes 450
J-Pendelschlagwerk (Institut für Metallund Leichtbau der Universität Duisburg-Essen)
Fig. 4. Modern instrumented 450 J-impact testing machine (Institut für Metall- und Leichtbau der Universität
Duisburg-Essen)
angegeben. Je niedriger die Übergangstemperatur T27J bzw. T40J ist, desto
weiter ist der Übergangstemperaturbereich hin zu niedrigen Temperaturen
verschoben und desto zäher ist der
verwendete Stahl. Die Übergangstemperatur ist allerdings keinesfalls mit
der Bauteil-Einsatztemperatur gleichzusetzen.
Da der Kerbschlagbiegeversuch
lediglich das Werkstoffverhalten hinsichtlich der Zähigkeit widerspiegelt,
jedoch keine Aussage zum komplexen
Bauteilverhalten unter Berücksichtung
der diversen Einflussfaktoren wie
Blechdicke, Spannungszustand, Einsatztemperatur, Kaltverformung etc.
macht, kann der Kerbschlagbiegeversuch nicht direkt als Prüfverfahren
zur Beurteilung der Sprödbuchanfälligkeit eines Bauteils herangezogen
werden. Der Kerbschlagbiegeversuch
stellt aber einen sehr einfach durchWiderlager
Schleppzeiger
Widerlager
Kerbschlagbiegeprobe
2 Der Kerbschlagbiegeversuch und
seine baupraktische Bedeutung
Ausgangsposition
Auflager
Hammer
Beim Kerbschlagbiegeversuch nach
DIN EN 10045-1 [2] wird eine mit einer mittigen Kerbe versehene Probe
der Maße 55 mm × 10 mm × 10 mm
in einem Pendelschlagwerk mit einem
einzigen Schlag bei definierter Temperatur durchschlagen (s. Bilder 3 und 4).
Die dabei in Joule gemessene Schlagarbeit ist nach Norm „ein Maß für die
Widerstandsfähigkeit der Werkstoffe
gegen schlagartige Beanspruchung“.
Kennzeichnend für unsere üblicherweise ferritischen Baustähle ist eine
Auftrefflinie der Finnenschneide
Steigwinkel E
Position nach
dem Schlag
Auflager
Fallwinkel D
Charpy-V-Probe
Hammerfinne
Fallhöhe hF
Kerbschlagbiegeprobe
Steighöhe hS
Widerlager
10
Auflager
Maschinensockel
55
10
10
Standard
8
r=0,25
45°
10
7,5 oder 5
Untermaßprobe
Bild 3. Kerbschlagbiegeversuch: Prinzip eines Pendelschlagwerks und Probenabmessungen einer Charpy-V-Kerbschlagbiegeprobe nach DIN EN 10045-1 [2]
Fig. 3. Impact Test: Principle of an impact testing machine and dimensions of a
Charpy-V-test specimen according to DIN EN 10045-1 [2]
Sonderdruck aus: Stahlbau 80 (2011), Heft 7
3
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N. Stranghöner/J. Krampen/Ch. Lorenz · Einsatz von warmgefertigten Hohlprofilen mit Wanddicken bis 20 mm bei tiefen Temperaturen
Kerbschlagarbeit KV
Kerbschlagarbeit-Temperatur-Kurve
KV-T-Kurve
und Steine, der Universität Karlsruhe
und University of Toronto [6], sowie
der Universität Duisburg-Essen [7],
bei denen an warmgefertigten Hohlprofilen anhand von Kerbschlagbiegeversuchen die KV-T-Kurven an verschiedenen Positionen entlang des Umfangs der Profile ermittelt wurden.
In Bild 7 sind experimentell ermittelte KV-T-Kurven eines warmgefertigten rechteckigen Hohlprofils
RHS 100 × 100 × 12,5 der Stahlsorte
S355J2H dargestellt, die der Untersuchung von Kosteski, Packer und Puthli
[6] entnommen sind. Warmgefertigte
Hohlprofile weisen über ihren Umfang eine sehr homogene Verteilung
Einflüsse auf die Lage des
Temperaturübergangsbereichs
Hochlage
Beanspruchungsbedingte
Einflussgrößen
Gleitbruch
Übergangsbereich
Geschwindigkeit
Kerbtiefe, Risslänge
Werkstoffbedingte
Einflussgrößen
Kaltverformung
Alterung
Kornverfeinerung
Reinheitsgrad
Phosphor, Schwefel
Kohlenstoff
Mischbruch
Tieflage
Spaltbruch
Tü
Temperatur T
Bild 5. Kerbschlagarbeit-Temperatur-Kurve
Fig. 5. Impact energy-temperature-curve
zuführenden Versuch dar, weshalb in
den Produktnormen die Zähigkeit eines Werkstoffs als Mindestanforderung einer definierten Kerbschlagarbeit bei definierter Temperatur angegeben wird.
3 Zähigkeitsanforderungen gemäß
Produktnormen
In den Produktnormen für Baustähle,
der Normenreihe der DIN EN 10025-1
bis 6 [3] für warmgefertigte Lang- und
Flacherzeugnisse bzw. der DIN EN
10210-1 [4] für warmgefertigte Hohlprofile und DIN EN 10219-1 [5] für
kaltgefertigte Hohlprofile, wird die
Zähigkeit eines Baustahls durch die
Mindestanforderung an die Temperatur bei einer definierten Kerbschlagarbeit (i. d. R. 27 J oder 40 J) gefordert.
Exemplarisch bedeutet dies für einen
S355J2H nach DIN EN 10210, dass
der Stahl bei –20 °C Prüftemperatur
mindestens 27J Kerbschlagarbeit aufweisen muss. Üblicherweise liegt die
erzielte Kerbschlagarbeit bei –20 °C
aber wesentlich höher als nach Norm
gefordert, so dass die vorhandene T27JTemperatur erheblich niedriger ist und
der Stahl damit eine deutlich höhere
Zähigkeit aufweist. In Bild 6 ist das
prinzipielle Verhalten dargestellt. Das
Gleiche gilt für einen S355NH nach
DIN EN 10210: hier wird nach Produktnorm bei –20 °C eine Mindestkerbschlagarbeit von 40 J gefordert.
Auch diese wird in der Regel bei Qualitätsstählen weit überschritten.
Bestätigt wird das zuvor beschriebene Zähigkeitsverhalten durch
experimentelle Untersuchungen an
der Versuchsanstalt für Stahl, Holz
4
Sonderdruck aus: Stahlbau 80 (2011), Heft 7
KV
gemessene KV-T-Kurve
eines S355NH
KV > 40J
gemessene KV-T-Kurve
eines S355J2H
KV > 27J
Mindestanforderung nach
Produktnorm für einen S355NH
KV = 40J
KV = 27J
Mindestanforderung nach
Produktnorm für einen S355J2H
T40J
< -20°C
T27J
-20°C
< -20°C
T
Bild 6. Vergleich der nach Produktnorm geforderten T27J-Temperatur für einen
S355J2H bzw. T40J-Temperatur für einen S355NH mit einer jeweils für einen Qualitätsstahl typischen, tatsächlich vorhandenen Kerbschlagarbeit-Temperatur-Kurve
FIg. 6. Comparison of the required T27J-temperature for a S355J2H respectively
T40J-temperature for a S355NH according to the product standard considering
typical, realistic impact-energy-temperature-curves
Bild 7. KV-T-Kurven eines warmgefertigten rechteckigen Hohlprofils RHS 100 ×
100 × 12,5 der Stahlsorte S355J2H aus einer Untersuchung von Kosteski, Packer
und Puthli [6]
Fig. 7. KV-T-curves of a hot-finished rectangular hollow section RHS 100 × 100 ×
12,5, S355J2H as a result from investigations carried out by Kosteski, Packer and
Puthli [6]
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N. Stranghöner/J. Krampen/Ch. Lorenz · Einsatz von warmgefertigten Hohlprofilen mit Wanddicken bis 20 mm bei tiefen Temperaturen
der Festigkeiten und Zähigkeiten auf,
was sich auch in Bild 7 bestätigt findet. Im Rahmen der Forschungsarbeiten von Kosteski, Packer und Puthli
wurde die Zähigkeitsverteilung entlang des Umfangs von hauptsächlich
kaltgefertigten Hohlprofilen und einem
warmgefertigten rechteckigen Hohlprofil experimentell mit Hilfe von
Kerbschlagbiegeversuchen untersucht.
Hierbei wurden längsorientierte Kerbschlagbiegeproben sowohl aus den
Flanschen als auch aus den Ecken
mit innen liegender und außen liegender Kerbe entnommen. Des Weiteren wurde aus den Flanschen auch
eine querorientierte Kerbschlagbiegeprobe untersucht.
Es ist eindeutig zu erkennen, dass
alle längsorientierten Proben einen
sehr ähnlichen KV-T-Kurvenverlauf
mit hohen Kerbschlagarbeitswerten
haben. Selbst die – i. d. R. nicht maßgebende – querorientierte Kerbschlagbiegeprobe zeigt sehr hohe Kerbschlagarbeitswerte. Bei –20 °C ergibt sich
für die längsorientierten Proben als
unterster Mittelwert eine Kerbschlagarbeit von KVl = 151 J und für die
querorientierte Probe KVq = 127 J –
in beiden Fällen wesentlich höher als
die nach Norm geforderten 27 J Kerbschlagarbeit. Selbst bei der niedrigsten
Prüftemperatur von –45 °C ergibt sich
für die längsorientierten Proben immer
noch ein unterster Mittelwert von
KVl = 54 J und für die querorientierte
Probe KVq = 83 J.
Am Institut für Metall- und
Leichtbau der Universität DuisburgEssen wurden weitere acht warmgefertigte MSH-Profile untersucht,
die von der Firma Vallourec & Mannesmann zur Verfügung gestellt wurden [7]. Die Profile der Stahlsorten
S355J2H und S355J0H entstammen
den Werken Hamm, Düsseldorf und
Mülheim und decken damit die drei
Herstellungsverfahren nahtlos – Stopfenwalzverfahren (Werk Düsseldorf),
nahtlos – Rohrkonti-Walzverfahren
(Werk Mülheim) und geschweißt –
warm umgeformt (Werk Hamm) ab.
Die geometrischen Abmessungen variieren zwischen 500 × 300 × 20 bis
120 × 120 × 11 (s. Tabelle 1). Insgesamt wurden 464 Kerbschlagbiegeversuche mit Charpy-V-Proben nach
DIN EN 10045-1 aus den Gurt- und
Eckbereichen mit unterschiedlichen
Kerblagen in den Eckbereichen (innen
und außen) und unterschiedlicher
Tabelle 1. Versuchsprogramm – MSH-Profile (Universität Duisburg-Essen) [7]
Table 1. Test program – MSH hollow sections (University of Duisburg-Essen) [7]
Kurzbezeichnung
Profilmaße
Stahlsorte
Anzahl der
Charpy-V-Proben
Herstellungsverfahren
Gurte A Ecken
„B“, „C“
L
T
I
A
Ham 12,5 400 × 400 × 12,5 S355J2H
20 20
10
10
geschweißt
Ham 16,0 400 × 300 × 16,0 S355J2H
20 20
12
12
geschweißt
Ham 20,0 500 × 300 × 20,0 S355J2H
20 20
10
10
geschweißt
D 12,5
180 × 180 × 12,5 S355J2H
20 20
10
10
Stopfenwalzverfahren
D 16,0
250 × 150 × 16,0 S355J2H
20 20
12
12
Stopfenwalzverfahren
D 17,5
200 × 200 × 17,5 S355J2H
20 20
12
12
Stopfenwalzverfahren
D 20,0
300 × 300 × 20,0 S355J2H
20 20
12
12
Stopfenwalzverfahren
Mh 11,0
120 × 120 × 11,0 S355J0H
20 20
18
18
Rohrkonti-Walzverfahren
Probenlage in den Flanschbereichen
(longitudinal und transversal) bei
Prüftemperaturen zwischen +20 °C
bis –85 °C durchgeführt (s. Bild 8).
Die Auswertung der Versuche erfolgte
in Anlehnung an die Auswertung von
Versuchen an kaltgefertigten Hohlprofilen, die für den JRC-Hintergrundbericht „Choice of Steel Material to
Avoid Brittle Fracture for Hollow Section Structures, Addition to EN 19931-10“ am Institut und Lehrstuhl für
Stahlbau und Leichtmetallbau der
RWTH Aachen angefertigt wurde [8].
Die hier beschriebenen Versuchsergebnisse sind in diesem Hintergrundbericht verarbeitet worden.
In Bild 9 sind exemplarisch für
sechs der untersuchten Profilquerschnitte die experimentell ermittelten
KV-T-Kurvenverläufe dargestellt. Auch
hier wird ersichtlich, dass die untersuchten warmgefertigten Hohlprofile
unabhängig von ihrer Herstellungsart
eine homogene Verteilung der Zähigkeitseigenschaften über ihren Umfang
in den Gurt- und Eckbereichen aufweisen (s. auch Bild 10). Die KV-T-Kurven in Bild 9 wurden durch Approximation der Messwerte über die folgende tanh-Funktion ermittelt, um aus
dieser auch die T27J-Temperaturen bestimmen zu können:
⎡
⎛ T − B⎞ ⎤
.
KV = A ⎢1 + tanh ⎜
⎝ C ⎟⎠ ⎥⎦
⎣
(1)
A, B und C beschreiben dabei Koeffizienten zur Anpassung der Funktion an
die Messwerte. Die Bestimmung der
Koeffizienten erfolgte mit der Methode
der kleinsten Fehlerquadrate an den
Mittelwerten aus den jeweiligen Probensätzen. Die mit Hilfe der Funktion auf der Basis der Messwerte berechneten T27J-Temperaturen T27J,exp
sind in Tabelle 2 getrennt für die Longitudinal- und Transversal-Proben als
Bild 8. Lage der Kerbschlagbiegeproben [7]
Fig. 8. Orientation of the impact test specimens [7]
Sonderdruck aus: Stahlbau 80 (2011), Heft 7
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N. Stranghöner/J. Krampen/Ch. Lorenz · Einsatz von warmgefertigten Hohlprofilen mit Wanddicken bis 20 mm bei tiefen Temperaturen
RHS 500 x 300 x 20,0, S355J2H (Werk Hamm)
RHS 400 x 300 x 16,0, S355J2H (Werk Hamm)
SHS 300 x 300 x 20,0, S355J2H (Werk Düsseldorf)
SHS 200 x 200 x 17,5, S355J2H (Werk Düsseldorf)
SHS 180 x 180 x 12,5, S355J2H (Werk Düsseldorf)
SHS 120 x 120 x 11,0, S355J0H (Werk Mülheim)
Bild 9. Experimentell ermittelte KV-T-Kurven von warmgefertigten MSH-Profilen aus der Untersuchung der
Universität Duisburg-Essen [7]
Fig. 9. Experimental KV-T-curves of hot-finished MSH hollow sections as a result from investigations carried
out at the University of Duisburg-Essen [7]
gewichtete Mittelwerte getrennt nach
der Herstellungsart und als gewichtete Mittelwerte über alle drei Herstellungsarten zusammengestellt und
der nach Produktnorm geforderten,
nominellen T27J-Temperatur T27J,nom
gegenübergestellt. Ferner sind die
Kerbschlagarbeitswerte bei den nach
Produktnorm geforderten Prüftemperaturen von –20 °C für S355J2H bzw.
0 °C für S355J0H ausgewertet.
Aus Tabelle 2 wird ersichtlich, dass
sowohl für die Stahlsorte S355J2H als
auch für die Stahlsorte S355J0H in
Longitudinal- und in Transversalrichtung mit Werten um ∼ –100 °C wesent-
6
Sonderdruck aus: Stahlbau 80 (2011), Heft 7
lich bessere T27J-Temperaturen vorliegen als nach Produktnorm gefordert.
Danach ergeben sich über alle untersuchten Profile im Mittel Differenzen
zwischen der experimentellen T27JTemperatur T27J,exp und der nominellen T27J-Temperatur T27J,nom von
ΔT27J = –84 K für die Longitudinalrichtung und ΔT27J = –77 K für die
Transversalrichtung. Des Weiteren
wird ersichtlich, dass die Kerbschlagarbeitswerte bei der nach Produktnorm
geforderten Prüftemperatur von T =
–20 °C bzw. 0 °C mit Werten größer
200 J in Longitudinalrichtung wesentlich über den geforderten 27 J liegen.
Von generellem Interesse sind
auch die Hochlagenwerte der Kerbschlagarbeit KVUS (US: Upper Shelf).
Diese können entweder aus der berechneten KV-T-Kurve oder aus den
experimentellen Ergebnissen direkt
abgeleitet werden. Die Hochlage gibt
den maximalen Wert der Kerbschlagarbeit an. Dieser lässt sich bei Verwendung der tanh-Funktion direkt
durch den Koeffizienten A bestimmen.
Da es sich bei der Ermittlung der KVT-Kurve um eine Ausgleichsrechnung
handelt, stimmen die errechneten
Werte für die Hochlage nicht zwingend mit den experimentell ermittel-
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N. Stranghöner/J. Krampen/Ch. Lorenz · Einsatz von warmgefertigten Hohlprofilen mit Wanddicken bis 20 mm bei tiefen Temperaturen
Tabelle 2. Gemessene Kerbschlagarbeitswerte bei T = –20 °C (für S355J2H) bzw.
0 °C (für S355J0H) sowie Gegenüberstellung der aus gemessenen Werten ermittelten T27J-Temperaturen T27J,exp mit den nach Produktnorm nominell geforderten
Werten T27J,nom (Universität Duisburg-Essen) [7]
Table 2. Measured impact values at T = –20 °C (S355J2H) respectively 0 °C
(S355J0H) and comparison of the T27J-temperatures T27J,exp calculated from measured values with nominal values T27J,nom required in the product standard (University of Duisburg-Essen) [7]
Werk
KV bei
T27J,nom
in J
ΔKV = KV – 27 J T27J,exp
in J
in °C
ΔT27J
= T27J,exp – T27J,nom
in K
alle Longitudinalproben (gewichtete Mittelwerte) S355J2H (T27J,nom = –20 °C)
Hamm (3 Profile)
237
210
–134
–114
Düsseldorf (4 Profile)
188
161
–75
–55
Auswertung über alle Longitudinalproben S355J2H (T27J,nom = –20 °C)
gewichteter Mittelwert – L
209
S355J2H
182
–100
–80
Alle Longitudinalproben (Mittelwerte) S355J0H (T27J,nom = 0 °C)
Mülheim (1 Profil)
233
206
–109
–109
Auswertung über alle Longitudinalproben S355J2H u. S355J0H
gewichteter Mittelwert – L
–
S355J2H u. S355J0H
–
–101
–84
Alle Transversalproben (gewichtete Mittelwerte) S355J2H (T27J,nom = –20 °C)
Hamm (3 Profile)
191
164
–102
–82
Düsseldorf (4 Profile)
171
144
–83
–63
Auswertung über alle Transversalproben S355J2H (T27J,nom = –20 °C)
gewichteter Mittelwert – T
180
S355J2H
153
–91
–71
Alle Transversalproben (Mittelwerte) S355J0H (T27J,nom = 0 °C)
Mülheim (1 Profil)
181
154
–120
–120
Auswertung über alle Transversalproben S355J2H u. S355J0H
gewichteter Mittelwert - T
S355J2H u. S355J0H
–
–
ten Werten bei +20 °C überein. Um
die Hochlagenwerte weder zu übernoch zu unterschätzen, wurden im
Rahmen der vorgenommenen Auswertung für die Werte von KVUS die
experimentell ermittelten Werte als
Mittelwert bei +20 °C angesetzt:
KVUS = KV20°C,exp .
(2)
Diese Vorgehensweise ist bei den vorliegenden Profilen zulässig, da sich
alle der Untersuchung zugrunde liegenden Hohlprofile bei T = +20 °C in
der Hochlage befinden. Eine generelle Übertragung auf andere Profile
oder Flacherzeugnisse ist aber nicht
zwangsläufig möglich. Wie aus Bild 11
ersichtlich wird, zeigen alle Hohlpro-
–95
–77
file Hochlagenwerte unabhängig von
ihrer Lage von KVUS größer 200 J
bzw. anders formuliert: streuen um
einen Wert von ca. 250 J.
Die zur Hochlage gehörende
Temperatur TUS lässt sich nicht direkt
berechnen, da sich die tanh-Funktion
ihrem Maximalwert asymptotisch für
T → ∞ nähert. Aus diesem Grund
wurde die TUS-Temperatur bei 97,5 %
des bei +20 °C aus der berechneten
KV-T-Kurve resultierenden KV-Wertes KV20°C,calc abgeleitet:
TUS = T0,975⋅KV
20° C,calc
.
(3)
Auf dieser Basis wurde TUS relativ
nah an KVUS konservativ bestimmt.
Anstelle der 97,5 % kann aber auch
ein Wert von 95 % o. ä. angesetzt werden. Da es keine einheitliche Definitionsgrundlage für TUS gibt, ist diese
nur stets anzugeben. In Bild 12 sind
die Temperaturen TUS für die Eck- und
Gurtbereiche angegeben.
Zusammenfassend wird aus der
durchgeführten Untersuchung deutlich, dass die Zähigkeitseigenschaften
der hier untersuchten warmgefertigten Hohlprofile der Stahlsorten
S355J2H und S355J0H ausgesprochen gut sind. Derzeit laufen am Institut für Metall- und Leichtbau der
Universität Duisburg-Essen weitere
Untersuchungen an dünneren warmgefertigten Hohlprofilen der Stahlsorte S355J2H mit einer Wanddicke
von 10 mm, an denen Kerbschlagbiegeproben als Untermaßproben untersucht werden. Aufgrund der geringen
Wanddicken sind ähnlich gute bis
noch bessere Ergebnisse zu erwarten.
Die vorgenannten Untersuchungen wurden nicht für Stähle der Festigkeiten S235, S275, S420 und S460
durchgeführt. Es ist allerdings davon
auszugehen, dass bei diesen Festigkeitsklassen ein gleichwertiges Verhalten zu verzeichnen ist, zumal in den
Festigkeitsklassen S420 und S460 nur
Feinkornbaustähle der Güten N bzw.
NL angeboten werden, die auf Grund
ihres Fertigungsprozesses per se bessere Zähigkeitseigenschaften aufweisen. Zur abschließenden Validierung
sind für diese Festigkeitsbereiche allerdings noch vergleichende stichprobenartige Untersuchungen durchzuführen. Des Weiteren sind noch die
dicken Wanddickenbereiche größer
20 mm zu untersuchen, die eher selten
und dann in Sonderkonstruktionen
zum Einsatz kommen, um letztendlich die Übertragbarkeit der Ergebnisse
auch auf diese Wanddickenbereiche
gewährleisten zu können.
4 Werkstoffwahl zur Vermeidung von
Sprödbuch bei tiefen Temperaturen
4.1 Sprödbruchkonzept der
DIN EN 1993-1-10
Unter Verwendung der Zähigkeitsanforderungen an den Werkstoff aus der
Produktnorm wurde ein bruchmechanisches Konzept zur Werkstoffwahl
zur Vermeidung von Sprödbruch bei
tiefen Temperaturen entwickelt ([9],
[10]), dass auf europäischer Ebene in
der DIN EN 1993-1-10 [11] und [12]
und auf nationaler Ebene in der
Sonderdruck aus: Stahlbau 80 (2011), Heft 7
7
12_520-529_Stranhoerner (1449)_000-000_Ziegler (3sp).qxd 27.06.11 08:18 Seite 526
N. Stranghöner/J. Krampen/Ch. Lorenz · Einsatz von warmgefertigten Hohlprofilen mit Wanddicken bis 20 mm bei tiefen Temperaturen
Bild 10. Gegenüberstellung der experimentell ermittelten
T27J-Temperaturen in Abhängigkeit der Herstellwerke
und der Probenlage (Gurt-Ecke)
Fig. 10. Comparison of the experimental T27J-temperatures
in dependence on the production plants and the orientation of the test specimens (flange-corner)
Bild 11. Gegenüberstellung der experimentell ermittelten
Kerbschlagarbeitswerte KVUS = KV20°C,exp in Abhängigkeit
der Herstellwerke und der Probenlage (Gurt-Ecke)
Fig. 11. Comparison of the experimental impact values
KVUS = KV20°C,exp dependent on the production plants and
the orientation of the test specimens (flange-corner)
Bild 12. Gegenüberstellung
der Hochlagenwerte TUS
(bei 97,5 % KV20°C,calc) in
Abhängigkeit der Herstellwerke und der Probenlage
(Gurt-Ecke)
Fig. 12. Comparison of the
temperature values for the
upper shelf TUS (at 97,5 %
KV20°C,calc) dependent on
the production plants and
the orientation of the test
specimens (flange-corner)
DASt-Richtlinie 009 [13] seinen Eingang gefunden hat. Dieses Sprödbruchkonzept berücksichtigt neben
den Zähigkeitseigenschaften das Beanspruchungsniveau, die Einsatztemperatur, die Bauteildicke, die Beanspruchungsgeschwindigkeit u. a. Die
Zähigkeitseigenschaften werden hierbei über die in den Produktnormen
angegebene Mindestanforderung an
die Kerbschlagarbeit bei definierter
Prüftemperatur berücksichtigt, da die
eigentlich erforderliche Größe, die
bruchmechanische Zähigkeit KIc,
keine Größe ist, die in den Produkt-
8
Sonderdruck aus: Stahlbau 80 (2011), Heft 7
normen angegeben werden kann, da
sie unter anderem bauteilabhängig ist.
Bei der einfachsten und sicherlich auch am häufigsten gewählten
Vorgehensweise nach diesem Konzept
erfolgt die Auswahl der erforderlichen
Stahlgütegruppe in Abhängigkeit der
Stahlsorte (Festigkeit), Bezugstemperatur TEd und Bezugsspannung σEd
anhand einer Tabelle mit zulässigen
Erzeugnisdicken (s. Tabelle 3), die für
ermüdungsbeanspruchte Bauteile alle
Kerbfälle nach DIN EN 1993-1-9 [14]
abdeckt. Hierbei entspricht die Bezugstemperatur TEd im Regelfall der
Einsatztemperatur Tmdr des betrachteten Bauteils (s. Tabelle 4), und die
Bezugsspannung σEd resultiert aus der
statischen Berechnung aus der Einwirkungskombination für die außergewöhnliche Bemessungssituation.
Das Sprödbruchkonzept der DIN
EN 1993-1-10 basiert auf Großbauteilversuchen an Flachstählen, deren tatsächlich vorhandenen Zähigkeitseigenschaften wesentlich besser waren als
nach Produktnorm gefordert. Im Detail
bedeutet dies, dass die gemessenen T27JTemperaturen im Vergleich zu den nominellen T27J-Temperaturen nach Produktnorm im Mittel eine Abweichung
von ΔΔTR = -45 K aufwiesen. Unter
Berücksichtigung dieser Tatsache und
der Modellungenauigkeit sowie des im
Eurocode angestrebten Sicherheitsindex von β = 3,8 ergab sich für das
Sprödbruchkonzept der EN 1993-1-10
ein additives Teilsicherheitselement von
ΔTR = –7 K [9], das implizit in den Tabellenwerten der Tabelle 3 enthalten ist.
4.2 Anwendbarkeit der DIN EN 1993-1-10
auf warmgefertigte Hohlprofile
nach DIN EN 10210
Neben der Untersuchung der Zähigkeitsverteilung entlang des Umfangs
sollte mit den bereits erläuterten Untersuchungen am Institut für Metallund Leichbau der Universität Duisburg-Essen eine Aussage über die prin-
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N. Stranghöner/J. Krampen/Ch. Lorenz · Einsatz von warmgefertigten Hohlprofilen mit Wanddicken bis 20 mm bei tiefen Temperaturen
Tabelle 3. Zulässige Erzeugnisdicken t in mm zur Gewährleistung ausreichender Bruchzähigkeit nach DIN EN 1993-1-10
Table 3. Maximum permissible plate thicknesses t in mm to ensure sufficient fracture toughness according to DIN EN 1993-1-10
Stahlsorte
Bezugstemperatur TEd in °C1)
Kerbschlagarbeit KV
Stahlsorte Stahlgütegruppe
bei T in °C
Jmin 10
0 –10 –20 –30 –40 –50 10
σEd = 0,75 ·
JR
S235
S275
90 75 65 55 45
–10 –20 –30 –40 –50
σEd = 0,25 · fy(t)
20
27
60
50 40 35
30 25 20
40 35 135 115 100 85 75
65 60
J0
0
27
90
75 60 50
40 35 30 125 105 90 75 65
55 45 175 155 135 115 100 85 75
J2
–20
27 125 105 90 75
60 50 40 170 145 125 105 90
75 65 200 200 175 155 135 115 100
JR
20
27
55
45 35 30
25 20 15
80 70 55 50 40
35 30 125 110 95 80 70
60 55
J0
0
27
75
65 55 45
35 30 25 115 95 80 70 55
50 40 165 145 125 110 95
80 70
J2
–20
27 110 95 75 65
55 45 35 155 135 115 95 80
70 55 200 190 165 145 125 110 95
–20
40 135 110 95 75
65 55 45 180 155 130 115 95
80 70 200 200 190 165 145 125 110
ML/NL
–50
27 185 160 135 110 95 75 65 200 200 180 155 130 115 95 230 200 200 200 190 165 145
JR
20
27
40
35 25 20
15 15 10
65 55 45 40 30
25 25 110 95
80 70 60
55 45
95 80 65 55 45
40 30 150 130 110 95 80
70 60
J0
0
27
60
50 40 35
25 20 15
J2
–20
27
90
75 60 50
40 35 25 135 110 95 80 65
55 45 200 175 150 130 110 95 80
K2/M/N
–20
40 110 90 75 60
50 40 35 155 135 110 95 80
65 55 200 200 175 150 130 110 95
ML/NL
–50
27 155 130 110 90
75 60 50 200 180 155 135 10
95 80 210 200 200 200 175 150 130
M/N
–20
40
45 35 30 140 120 100 85 70
60 50 200 185 160 140 120 100 85
ML/NL
–50
27 135 115 95 80
65 55 45 190 165 140 120 100 85 70 200 200 200 185 160 140 120
Q
–20
30
70
60 50 40
30 25 20 110 95 75 65 55
45 35 175 155 130 115 95
M/N
–20
40
90
70 60 50
40 30 25 130 110 95 75 65
55 45 200 175 155 130 115 95 80
S460
95
80 65 55
80 70
QL
–40
30 105 90 70 60
50 40 30 155 130 110 95 75
65 55 200 200 175 155 130 115 95
ML/NL
–50
27 125 105 90 70
60 50 40 180 155 130 110 95
75 65 200 200 200 175 155 130 115
QL1
–60
30 150 125 105 90
70 60 50 200 180 155 130 110 95 75 215 200 200 200 175 155 130
Q
0
40
15 10 10
S690
1)
σEd = 0,50 · fy(t)
0
M/N
S355
S420
0 –10 –20 –30 –40 –50 10
fy(t)(1)
40
30 25 20
65 55 45 35 30
20 20 120 100 85 75 60
50 45
Q
–20
30
50
40 30 25
20 15 10
80 65 55 45 35
30 20 140 120 100 85 75
60 50
QL
–20
40
60
50 40 30
25 20 15
95 80 65 55 45
35 30 165 140 120 100 85
75 60
QL
–40
30
75
60 50 40
30 25 20 115 95 80 65 55
45 35 190 165 140 120 100 85 75
QL1
–40
40
90
75 60 50
40 30 25 135 115 95 80 65
55 45 200 190 165 140 120 100 85
QL1
–60
30 110 90 75 60
50 40 30 160 135 115 95 80
65 55 200 200 190 165 140 120 100
In der Regel entspricht die Bezugstemperatur TEd der Einsatztemperatur Tmdr nach Tabelle 4.
Tabelle 4. Einsatztemperaturen Tmdr für verschiedene Bauteile nach
DIN EN 1993-1-10/NA
Table 4. Operation temperature Tmdr for various applications according to
DIN EN 1993-1-10/NA
Zeile Bauteil
Einsatztemperatur
Tmdr in °C
1
Stahl- und Verbundbrücken
2
Stahltragwerke im Hochbau
–30
2a
außen liegende Bauteile
–30
2b
innen liegende Bauteile
–30
3
Kranbahnen (außenliegende Bauteile)
–30
4
4a
Stahlwasserbau
Verschlusskörper, die zeitweilig ganz oder zu einem
großen Teil aus dem Wasser herausgenommen werden
–30
4b
einseitig von Wasser benetzte Verschlusskörper
–15
4c
beidseitig teilweise von Wasser benetzte Verschlusskörper
–15
4d
Verschlusskörper, die sich vollständig unter Wasser befinden
–15
zipielle Anwendbarkeit der DIN EN
1993-1-10 zur Stahlsortenwahl auch
auf warmgefertigte Hohlprofile getroffen werden. Dazu war insbesondere die
Beantwortung der Fragestellung von
Interesse, in welcher Höhe bei warmgefertigten Hohlprofilen die Abweichung zwischen den tatsächlich vorliegenden gemessenen T27J-Temperaturen und der nach Norm geforderten
nominellen T27J-Temperatur liegt.
Hierbei galt es auch zu untersuchen,
ob die in der EN 1993-1-10 unterstellte Abweichung von ΔΔTR = –45 K
zwischen den nominellen und experimentell ermittelten T27J-Temperaturen auch für warmgefertigte Hohlprofile angesetzt werden kann.
Sonderdruck aus: Stahlbau 80 (2011), Heft 7
9
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N. Stranghöner/J. Krampen/Ch. Lorenz · Einsatz von warmgefertigten Hohlprofilen mit Wanddicken bis 20 mm bei tiefen Temperaturen
Wie bereits erläutert, ergab sich
die Temperaturdifferenz ΔT27J im Mittel über alle Profile zu ΔT27J = –84 K,
die damit deutlich unter der Temperaturdifferenz ΔΔTR = –45 K liegt. Somit
weisen die hier untersuchten warmgefertigten Hohlprofile wesentlich bessere Zähigkeitseigenschaften auf, als
die im Rahmen der Entwicklung der
EN 1993-1-10 untersuchten Flachstähle, was den Schluss zulässt, dass
warmgefertigte Hohlprofile von dem
in der EN 1993-1-10 enthaltenen Sicherheitselement von ΔTR = –7 K unterschätzt werden. Die EN 1993-1-10
liegt damit in ihrer Anwendbarkeit in
Bezug auf warmgefertigte Hohlprofile
auf der sicheren Seite.
Dies bedeutet letztendlich, dass
die DIN EN 1993-1-10 auch für warmgefertigte Hohlprofile eine wirtschaftliche Werkstoffwahl zulässt. Die Wahl
einer höherwertigen Stahlsorte im
Hinblick auf die Zähigkeit als nach
den zulässigen Erzeugnisdicken der
DIN EN 1993-1-10 erforderlich, bringt
bezüglich der Vermeidung von Sprödbruch keinen Mehrwert und sollte
aus Wirtschaftlichkeitsgründen vermieden werden.
Es ist zu erkennen, dass für
warmgefertigte Hohlprofile mit Wanddicken bis 20 mm selbst für das ungünstigste Spannungsniveau in Kombination mit der ungünstigsten Bezugstemperatur von –50 °C – mit Ausnahme
von S355J0H – jede Stahlsorte einsetzbar ist. Bis zu Bezugstemperaturen von –40 °C kann bei Wanddicken
bis zu 20 mm sogar jede verfügbare
Stahlsorte eingesetzt werden. Unter
Berücksichtigung der Tatsache, dass
warmgefertigte Hohlprofile, wie in Abschnitt 3 erläutert, sehr gute Zähigkeitseigenschaften über den gesamten
Umfang aufweisen, die wesentlich über
den Anforderungen der Produktnorm
liegen, ist die Wahl einer höherwertigen
Stahlsorte als nach DIN EN 1993-1-10
aus dem Wunsch nach besseren Zähigkeitseigenschaften herrührend als unwirtschaftlich anzusehen. Exemplarisch
bedeutet dies für Bauteile mit Wanddicken bis 25 mm aus der Standardgüte
S355J2H, dass selbst bis Einsatztemperaturen bis –50 °C keine bemessungsrelevanten Vorzüge für die Wahl des
höherwertigen S355NH vorliegen.
4.3 Werkstoffwahl zur Vermeidung von
Sprödbruch beim Einsatz warmgefertigter Hohlprofile mit Wanddicken
bis 20 mm
Die Stahlsortenwahl für warmgefertigte Hohlprofile nach DIN EN 10210
im Wanddickenbereich bis 25 mm zeigt
sich selbst bei tiefen Temperaturen als
völlig unproblematisch, wenn die sogenannte Standardgüte S355J2H eingesetzt werden soll: nach DIN EN
1993-1-10 sind diese Profile bis –50 °C
bei maximaler Beanspruchung einsetzbar; vorausgesetzt zusätzlich ungünstig wirkende Einflüsse aus Kaltverformung und erhöhte Dehnraten
sind nicht vorhanden. Eine künstliche
Forderung einer höherwertigen Stahlgüte, wie z. B. eines S355NH oder gar
S355NLH, bringt in Bezug auf die
Stahlsortenwahl zur Vermeidung von
Sprödbruch keinen Vorteil und kann
aus wirtschaftlichen Gründen vermieden werden.
Experimentelle Untersuchungen
am Institut für Metall- und Leichtbau
der Universität Duisburg-Essen an
warmgefertigten Hohlprofilen der
Stahlsorten S355J2H und S355J0H
mit Hilfe von Kerbschlagbiegeversuchen haben ergeben, dass diese eine
ausgesprochen homogene Zähigkeitsverteilung entlang des Umfangs aufweisen und so hohe Kerbschlagarbeitswerte – auch bei tiefen Temperaturen –
Quadratische und rechteckige, warmgefertigte Hohlprofile werden in Europa heutzutage vornehmlich in Wanddicken bis 20 mm, runde, warmgefertigte Hohlprofile in Wanddicken bis
25 mm in der Standardgüte S355J2H
eingesetzt, da diese Güte beim Handel
auf Lager vorrätig ist. Die Frage, die
sich nun im Wesentlichen für den Tragwerksplaner, Fertiger und Kunden
stellt, ist, ob diese Standardgüte für den
Einsatz auch bei tiefen Temperaturen
ausreichend ist, oder ob eine höherwertige Güte, z. B. S355NH, eingesetzt
werden muss. Dies ist natürlich von
dem Beanspruchungsniveau und damit
der statischen Auslastung sowie von der
tatsächlichen Einsatztemperatur abhängig. Ausgehend von dem maximal
möglichen Beanspruchungsniveau von
σEd = 0,75 fy(t) sind in Bild 13 die maximal zulässigen Erzeugnisdicken nach
DIN EN 1993-1-10 für die nach der
Produktnorm für warmgefertigte Hohlprofile, der DIN EN 10210, geltenden
Stahlsorten grafisch aufbereitet.
10
Sonderdruck aus: Stahlbau 80 (2011), Heft 7
5 Zusammenfassung
vorliegen, dass die der Untersuchung
zugrunde liegenden warmgefertigten
Hohlprofile vom bruchmechanischen
Bemessungskonzept der DIN EN
1993-1-10 zur Stahlsortenwahl unterschätzt werden, womit die Anwendbarkeit der DIN EN 1993-1-10 in Bezug auf warmgefertigte Hohlprofile
auf der sicheren Seite liegt.
Weitergehende Untersuchungen
an dünnwandigen Hohlprofilen mit
Untermaßproben sowie an eher dickwandigen Profilen (größer 20 mm) und
den Festigkeiten S235, S275, S420 und
S460 stehen noch aus. Da allerdings
die bisher untersuchten Profile mit
Wanddicken bis 20 mm aus S355J2H
in Europa zu den derzeit gebräuchlichsten Profilen gehören, sind die für die
Praxis maßgeblich relevanten, warmgefertigten Hohlprofile abgedeckt.
Literatur
[1] DIN EN 10027-1:2005-10: Bezeichnungssysteme für Stähle. Teil 1: Kurznamen. Deutsche Fassung EN 100271:2005.
[2] DIN EN 10045-1:1991-04: Metallische
Werkstoffe – Kerbschlagbiegeversuch
nach Charpy. Teil 1: Prüfverfahren.
Deutsche Fassung EN 10045-1:1990
[3] DIN EN 10025-1 bis 6: Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen –
Teile 1 bis 6.
[4] DIN EN 10210-1:2006-07: Warmgefertigte Hohlprofile für den Stahlbau
aus unlegierten Baustählen und Feinkornbaustählen – Teil 1: Technische
Lieferbedingungen. Deutsche Fassung
EN 10210-1:2006.
[5] DIN EN 10219-1:2006-07: Kaltgefertigte geschweißte Hohlprofile für den
Stahlbau aus unlegierten Baustählen
und aus Feinkornbaustählen – Teil 1:
Technische Lieferbedingungen. Deutsche Fassung EN 10219-1:2006.
[6] Kosteski, N., Packer, J. A., Puthli, R. S.:
Notch Toughness of Cold-Formed Hollow Sections. CIDECT Report 1B-2/03,
October 2003.
[7] Stranghöner, N., Lorenz, C., Berg., J.:
Zähigkeitsuntersuchungen an warmgefertigten Hohlprofilen. Versuchsbericht,
29.11.2010, Institut für Metall- und
Leichtbau, Universität Duisburg-Essen.
[8] Wardenier, J., Ritakallio, P., Iglesias, G.,
Puthli, R. S., Packer, J. A., Krampen, J.,
Feldmann, M., Eichler, B., Kühn, B.,
Stranghöner, N., Dahl, W., Langenberg,
P., Kouhi, J., Pope, R., Sedlacek, G.:
Choice of Steel Material to Avoid Brittle
Fracture for Hollow Section Structures.
Addition to EN 1993-1-10, JRC Scientific
and Technical Report (in preparation).
12_520-529_Stranhoerner (1449)_000-000_Ziegler (3sp).qxd 27.06.11 08:18 Seite 529
S235
VEd = 0,75 fy (t)
5
S23
Zulässige Erzeugnisdicke t [mm]
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Zulässige Erzeugnisdicke t [mm]
J 0H
5
S23
-40
JRH
-30
-20
-10
0
Bezugstemperatur TEd [°C]
10
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
S275
VEd = 0,75 fy(t)
S2
75
H
NL
75
S2
H
5J2
S27
65
5
S27
45
35
25
-50
NH
-40
J0H
-30
-20
-10
0
Bezugstemperatur TEd [°C]
10
S355
VEd = 0,75 fy(t)
S3
55
H
NL
5
S3
H
5N
S35
5J2
H
5J
S35
35
25
15
-50
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
J2 H
5
S23
-50
Zulässige Erzeugnisdicke t [mm]
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
-40
0H
-30
-20
-10
0
Bezugstemperatur TEd [°C]
10
S420
VEd = 0,75 fy(t)
S4
20
S4
Zulässige Erzeugnisdicke t [mm]
Zulässige Erzeugnisdicke t [mm]
N. Stranghöner/J. Krampen/Ch. Lorenz · Einsatz von warmgefertigten Hohlprofilen mit Wanddicken bis 20 mm bei tiefen Temperaturen
H
NL
H
20N
45
-50
-40
-30
-20
-10
0
Bezugstemperatur TEd [°C]
10
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
S460
VEd = 0,75 fy(t)
S4
60
NL
6
S4
H
0N
H
25
-50
-40
-30
-20
-10
0
Bezugstemperatur TEd [°C]
10
Bild 13. Zulässige Erzeugnisdicken für warmgefertigte Hohlprofile nach DIN EN 10210 gemäß DIN EN 1993-1-10 für das
maximale Beanspruchungsniveau von σEd = 0,75 fy(t)
Fig. 13. Maximum permissible wall thicknesses for hot-finished hollow sections according to DIN EN 10210 on the basis of
DIN EN 1993-1-10 depending on a service stress of σEd = 0,75 fy(t)
[9] Stranghöner, N.: Werkstoffwahl im
Stahlbrückenbau. DASt-Forschungsbericht 4, Düsseldorf: Stahlbau Verlagsund Service GmbH 2006.
[10] Kühn, B.: Beitrag zur Vereinheitlichung der europäischen Regelungen
zur Vermeidung von Sprödbruch.
Schriftenreihe Stahlbau-RWTH Aachen, Heft 54, Aachen: Shaker Verlag
2005.
[11] DIN EN 1993-1-10:2010-12: Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion
von Stahlbauten – Teil 1-10: Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung. Deutsche Fassung EN 19931-10:2005 + AC:2009.
[12] DIN EN 1993-1-10/NA:2010-12: Nationaler Anhang – National festgelegte
Parameter – Eurocode 3: Bemessung
und Konstruktion von Stahlbauten –
Teil 1 bis 10: Stahlsortenauswahl im
Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung.
[13] DASt-Richtlinie 009:2008: Stahlsortenauswahl für geschweißte Stahlbauten. Deutscher Ausschuß für Stahlbau,
Düsseldorf: Stahlbau Verlags- und Service GmbH.
[14] DIN EN 1993-1-9:2010-12: Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion
von Stahlbauten – Teil 1 bis 9: Ermüdung. Deutsche Fassung EN 1993-19:2005 + AC:2009.
Autoren dieses Beitrages:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil.
Natalie Stranghöner,
[email protected]
Christoph Lorenz M.Sc.,
[email protected]
Universität Duisburg-Essen,
Institut für Metall- und Leichtbau,
Universitätsstraße 15,
45141 Essen
Dipl.-Ing. Jürgen Krampen,
[email protected]
V & M Deutschland GmbH,
Theodorstraße 90,
40472 Düsseldorf
Sonderdruck aus: Stahlbau 80 (2011), Heft 7
11
V & M DEUTSCHLAND GmbH
Verkauf MSH-Profile
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