Auswirkung von lokalen Schädigungen auf das Tragverhalten von Stahlbauteilen am Beispiel der Eisenbahnbrücke Urfahr

Abstract

In dieser Arbeit wird die Auswirkung von lokalen Schädigungen auf das Tragverhalten von Stahlbauteilen untersucht und Alternativen zur herkömmlichen Spannungsberechnung geschädigter Querschnitte erstellt. Für die Festlegung der Geometrie werden die Fachwerkstäbe der Eisenbahnbrücke Urfahr herangezogen. Sie bestehen aus jeweils vier L-Profilen und entsprechen somit üblichen Querschnitten historischer Fachwerkbrücken aus Stahl. Der erste Teil der Diplomarbeit widmet sich der Spannungsermittlung von Querschnitten, bei dem die Einzelprofile als 'Punkte' (ohne Eigenträgheitsmomente) betrachtet werden. Im Zuge dessen wird ein neues Rechenmodell für die Berechnung von allgemein geschädigten Vierpunktquerschnitten erstellt. Mit Hilfe dieses Modells umgeht man Vorlaufrechnungen wie die Berechnung der exakten Querschnittswerte. Im Anschluss folgt der Übergang auf die Spannungsberechnung von geschädigten realen Querschnitten, bei dem die Gemeinsamkeiten beziehungsweise Unterschiede zu den untersuchten Punktquerschnitten aufgezeigt werden. Aus den gesammelten Erkenntnissen folgt die Erstellung und Evaluierung neuer Rechenmodelle, mit deren Hilfe die Spannungen von beliebig geschädigten, realen Querschnitten berechnet werden können: - Modell der starren Platte - Modell der starren Platte mit Modifizierung der Schädigungen Verglichen mit der Spannungsberechnung im klassischen Sinn liegt der Vorteil der neuen Rechenmodelle im benutzerfreundlicheren und vereinfachten Rechengang. Die programmtechnisch aufwändige Erfassung der schädigungsabhängigen Querschnittswerte samt Koordinaten- und Schnittgrößentransformation kann auf diese Weise umgangen werden. Sie stellen somit eine praxisorientierte Möglichkeit für die Nachweisführung geschädigter Stahlbauteile dar.

In this paper the effect of local damage on structural behaviour of steel components is studied and simple mathematical models for stress analysis of damaged cross sections are created. The bars of the Urfahr Railway Bridge are used to determine the geometry. They consist of four L-profiles and comply with usual cross sections of historic truss bridges made of steel. The first part of the master thesis deals with the stress determination of cross sections, where the individual profiles are considered as 'points' (without moment of inertia). A new and simple mathematical model for calculations of damaged point cross sections is created. As a result it is possible to determine stresses without using cross section values. In addition to this, the transition to stress analysis of damages real cross sections is performed. The commonalities and differences to the studied point cross sections are shown. The collected knowledge is used to create and evaluate two mathematical models for determining stresses of damaged real cross sections with a simple calculation process: - model of a stiff plate - model of a stiff plate with damage-modifications As a result of using these models, the complex transformation of coordinates and internal forces caused through damage, as it is usual with the classic stress determination, is no longer necessary. Considering these facts, they represent a practical way to verify damaged steel components.