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Eingabeoberfläche .................
Schnittgrößenimport ...............
... Ermüdungsnachweis .........
Geometrie u. Material ............
Theorie Ermüdung EC 3-1-9
... Kerbfalltabellen .................
Rechenlaufsteuerung .............
... Allgemeines ......................
... Beispiel ............................
Kerbfälle ................................
... Bemessungskonzept .........
Kranbahn Obergurt...............
Schnittgrößen ........................
... Beanspruchungen .............
... Untergurt ..........................
alle pcae-EC 3-Stahlbauprogramme im Überblick
Basisverbindungen ................
Biegesteifer Trägeranschluss
Typisierter IH-Anschluss ........
Einzelstabnachweise .............
Stahlstützenfuß ....................
Typ. IS,IW,IG,IK-Anschluss
Grundkomponenten ...............
Rahmenecken .......................
Schweißnahtanschluss ..........
Beulnachweise ......................
Gelenkiger Trägeranschluss
Stoß m. therm. Trennschicht
Freier Stirnplattenstoß ...........
Ermüdungsnachweis ...........
Lasteinleitung .......................
Laschenstoß .........................
Normalkraftverbindung ............
 
 
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EC 3-1-9, Ermüdungsnachweis
Mit dem Programm 4H-EC3EM, Ermüdungsnachweis, wird ein Doppel-T-Profil unter Errmüdungsbelastung nachgewiesen.
Die zugehörigen Eingabeparameter werden in eigenen Registerblättern verwaltet, die über folgende Symbole
die dahinter liegende Parameterauswahl kenntlich machen.
Geometrie und Material
Im ersten Registerblatt werden das Trägerprofil beschrieben und die Stahlgüte festgelegt.
Der Querschnitt wird zur visuellen Kontrolle maßstäblich am Bildschirm dargestellt.
Kranbahn / Ermüdungsnachweis
Im zweiten Registerblatt werden die Kranbahn sowie die nachweisrelevanten Parameter für den Ermüdungsnachweis angegeben.
Kerbfälle
Im dritten Registerblatt werden die Kerbpunkte und -spannungen definiert.
Bemessungsschnittgrößen
Die Schnittgrößen werden im vierten Registerblatt festgelegt und können entweder 'per Hand'
eingegeben oder aus einem pcae-Programm importiert werden.
Um Schnittgrößen importieren zu können, muss das entsprechende 4H-Programm in der
exportfähigen Version installiert sein.
Die Schnittgrößen beziehen sich auf den Schwerpunkt des ggf. ausgesteiften Profils und das Koordinatensystem der Statik (x-y-z bzw. l-m-n).
automatische Onlineberechnung  
Dieser Schalter kann an oder aus sein. Ist er an, wird das Berechnungsergebnis online während
der Eingabe aktualisiert und am Bildschirm protokolliert.
nationaler Anhang
Weiterhin ist zur vollständigen Beschreibung der Berechnungsparameter der dem Eurocode zuzuordnende nationale Anhang zu wählen.
Über den NA-Button wird das entsprechende Eigenschaftsblatt aufgerufen.
Ausdrucksteuerung
Im Eigenschaftsblatt, das nach Betätigen des Druckeinstellungs-Buttons erscheint, wird der Ausgabeumfang der Druckliste festgelegt.
Druckliste einsehen  
Das Statikdokument kann durch Betätigen des Visualisierungs-Buttons am Bildschirm
eingesehen werden.
Ausdruck  
Über den Drucker-Button wird in das Druckmenü gewechselt, um das Dokument auszudrucken.
Hier werden auch die Einstellungen für die Visualisierung vorgenommen.
Planbearbeitung  
Über den Pläne-Button wird das pcae-Programm zur Planbearbeitung aufgerufen.
Der aktuelle Querschnitt wird im pcae-Planerstellungsmodul dargestellt, kann dort weiterbearbeitet, geplottet oder im DXF-Format exportiert werden.
Onlinehilfe  
Über den Hilfe-Button wird die kontextsensitive Hilfe zu den einzelnen Registerblättern aufgerufen.
Eingabe beenden  
Das Programm kann mit oder ohne Datensicherung verlassen werden.
Bei Speichern der Daten wird die Druckliste aktualisiert und in das globale Druckdokument eingefügt.
im Register 1 werden die Material- und Geometrie-Parameter festgelegt
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Im Programm 4H-EC3EM werden nach EC 3-1-9 folgende Materialsicherheitsbeiwerte herangezogen.
Die Werte können entweder in Abhängigkeit des Bemessungskonzepts und der Schadensfolgen den entspr.
Normen (s.a. Nationaler Anhang) entnommen oder vom Anwender direkt vorgegeben werden.
Es wird eine einheitliche Stahlgüte für die Einzelelemente (Trägerprofil, Quersteifen, Längssteifen, Kranschiene) festgelegt.
Da die Beschreibung der Stahlparameter nach EC3 programmübergreifend identisch ist, wird auf die allgemeine Beschreibung der Stahlsorten verwiesen.
Die Eingabedaten können über die Copy-Paste-Funktion von einem Bauteil in ein anderes übertragen werden.
Dazu ist der aktuelle Datenzustand im abgebenden Bauteil über den Button Daten exportieren in die
Zwischenablage zu kopieren und anschließend über den Button Daten importieren in das aktuell geöffnete
Bauteil aus der Zwischenablage zu übernehmen.
Diese Funktionalität ermöglicht es außerdem, die Eingabedaten aus dem Programm 4H-EC3EM, Ermüdungsnach-
weis, in die Programme 4H-EC3BL, Beulen, oder 4H-EC3LK, Lasteinleitung aus Kranbahn, zu übertragen.
Die Daten können natürlich auch zurücktransportiert werden.
Das Programm 4H-EC3EM weist die Ermüdungstragfähigkeit eines typisierten Doppel-T-Profils nach.
Die Parameter des Trägerprofils können dabei entweder über den pcae-eigenen Profilmanager in das Programm importiert oder als typisiertes Stahlprofil parametrisiert eingegeben werden.
Um ein Profil aus dem Angebot des Profilmanagers zu wählen, ist der grün unterlegte Pfeil zu betätigen.
Das externe Programm wird aufgerufen und ein Profil kann aktiviert werden. Bei Verlassen des Profilmanagers
werden die benötigten Daten übernommen und der Profilname protokolliert.
Zur Definition eines parametrisierten Profils wird zunächst seine Klasse über eine Listbox festgelegt, anhand derer bestimmt wird, welche weiteren Parameter freigelegt werden.
Das Programm berechnet Träger mit Doppel-T-Profilen (I, H-, DIL-, S-, W-Profile).
Andere Profilklassen sind in der Listbox farblich gekennzeichnet und können nicht verwendet werden.
Bei gewalzten Profilen werden die Ausrundungsradien zwischen Flansch und Steg geometrisch berücksichtigt,
während geschweißte Blechprofile mit Schweißnähten zusammengefügt sind.
Diese Schweißnähte werden nicht nachgewiesen.
Das Trägerprofil kann mittels vertikaler Quersteifen unterstützt werden.
Die St. können ebenso entweder aus dem Profilmanager ausgewählt oder parametrisiert eingegeben werden.
Als Quersteifen stehen Winkel-, U- bzw. C-, T- bzw. 1/2I-, Trapez-Profile und Flachstähle zur Verfügung,
wobei Trapezprofil und Flachstahl nur parametrisiert eingegeben werden können.
Zur Bestimmung der Kerbfälle sind die Aussparung der Quersteife an der Verbindung zwischen Trägerflansch
und -steg (Trägerausrundung oder Trägerschweißnaht) sowie die Schweißnahtdicke zwischen Quersteife und Trägerprofil anzugeben.
Außerdem ist der Abstand der Quersteifen voneinander für die Berechnung erforderlich.
Der Trägersteg kann längs ausgesteift sein. Dazu können bis zu fünf Längssteifen mit äquidistantem Abstand
voneinander angeordnet werden.
Zunächst ist die Anzahl an Steifen festzulegen, anschießend der Abstand der ersten Steife von Oberkante
Träger bzw. vom oberen Blechrand sowie der Abstand der Steifen voneinander.
Es ist darauf zu achten, dass die Steifen sich nicht berühren bzw. überschneiden!
Das Steifenprofil wird dann analog zu den Quersteifen definiert.
Zur Bestimmung der Kerbfälle sind Schweißnahtdicke sowie die Lage der Längssteifen am Trägersteg anzugeben.
Zur visuellen Kontrolle wird das ausgewählte Profil einschl. Längs- und Quersteifen maßstäblich am Bildschirm angezeigt. Die Abstände der Längssteifen sind bezeichnet.
 
im Register 2 befinden sich die Angaben zur Belastung des Trägers durch eine Kranbahn sowie nachweisspezifische Einstellungen
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Der Ermüdungsnachweis wird für einen Doppel-T-Träger ggf. mit Kranbahnbelastung am Ober- oder Untergurt geführt.
Die Beschreibung der Rechenparameter der Kranbahn finden Sie hier.
Falls keine Angaben zur Kranbahn vorliegen, kann auch eine Einzellast auf den Obergurt mit zugehöriger Lasteinleitungslänge definiert werden.
Für den Ermüdungsnachweis sind schadensäquivalente Beiwerte der Normalspannungs- und der Schubspannungs-differenz festzulegen.
Ist eine Kranbahn definiert, können die Werte über die Kranklasse normentsprechend gesetzt werden; andernfalls
sind sie vorzugeben.
Da die Überfahrt einer Kranbahn stets zu zwei Spannungsspitzen führt, sind die Beiwerte für eine um 1 höhere Kranklasse ebenfalls anzugeben (nur bei Definition einer Kranbahn).
Außerdem kann optional der Mittelspannungseinfluss berücksichtigt werden.
Hintergründe und Erläuterungen der Eingabewerte finden Sie hier.
Der Querschnitt wird einschl. Kranbahn und Belastung maßstäblich am Bildschirm angezeigt.
Änderungen in diesem Register werden direkt umgesetzt.
Ist der Button auto in der Kopfzeile des Programm-
fensters aktiviert, werden die Berechnungsergebnisse permanent abgeglichen und online am Bildschirm dargestellt (s.a. Schnittgrößen).
 
Register 3 enthält Angaben zu den Kerbfällen
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Unter Ermüdungsbelastung ist ein Querschnitt an den Stellen besonders empfindlich gegen Versagen, an denen
sein äußeres Gefüge infolge von Kerben gestört ist.
Eine Störung erfolgt an Schweißnähten (sowohl in der Wurzel als auch am Schenkelende), an Schraubenlöchern,
bei Ausrundungen und an Querschnittskanten allgemein.
Die ermüdungsempfindlichen Stellen eines Querschnitts werden als Kerbfälle bezeichnet, an denen die Ermüdungsspannung vorgegebene Kerbspannungen nicht überscheiten darf.
In diesem Register werden alle verfügbaren Kerbfälle des Doppel-T-Trägerprofils tabellarisch aufgeführt und grafisch dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber werden die Kerbpunkte nach ihrer Ursache farblich unterschieden.
blau: Profilkanten, -ausrundungen / -schweißnähte
braun: Schweißnähte der Quersteifen am Trägerprofil
grün: Schweißnähte der Längssteifen am Trägerprofil
orange: Befestigung der Kranbahnschiene auf dem Trägerobergurt / Einleitung der Kranbahnlast in den Trägeruntergurt
Ein (*) kennzeichnet, wenn der Nachweis für die Schweißnaht geführt wird.
Neben der Punktnummer und der y-/z-Lage im Querschnitt werden die zulässigen Kerbnormalspannungen Δσx, Δσz und die zulässige Kerbschubspannung Δτ angegeben.
Der Schalter aktiv kennzeichnet den Kerbpunkt als Nachweispunkt, d.h. ist der Schalter für einen Punkt nicht
aktiviert, wird er nicht nachgewiesen.
Die Kerbspannungen können entweder nach Norm (EC 3-1-9, Tab. 8.xx) vorbelegt oder frei eingegeben werden.
Ebenso können nur die für den Querschnitt maßgebenden Kerbpunkte vom Programm als aktiv gesetzt werden.
Um die Anzahl an Nachweispunkten zu reduzieren und aus Gründen der Übersichtlichkeit, können auch nur die rechtsseitigen oder linksseitigen Kerbpunkte angezeigt und aktiviert werden.
Bei unsymmetrischem Querschnitt oder mehrachsiger Belastung sollten die Kerbpunkte stets beidseitig
des Querschnitts untersucht werden, da sonst der maßgebende Punkt ggf. nicht aktiviert ist.
Ist der Button auto in der Kopfzeile des Programmfensters angeschaltet, werden die Berechnungsergebnisse permanent abgeglichen und online am Bildschirm dargestellt (s.a. Schnittgrößen).
 
das dritte Register beinhaltet die Maske zur Eingabe der Bemessungs-
schnittgrößen
Die Schnittgrößen werden als Bemessungsgrößen in der Vorzeichendefinition der
Statik eingegeben, wobei das x,y,z-Koordinatensystem dem l,m,n-Stabsystem
der pcae-Tragwerksprogramme entspricht.
Es können bis zu 1.000 Schnittgrößenkombinationen eingegeben werden.
Beim Ermüdungsnachweis müssen mindestens 2 Kombinationen vorhanden sein.
Bemessungssituation: Grenzzustand der Ermüdung.
Sind Längssteifen an den Querschnitt angeschweißt, verschiebt sich die Träger-Schwerachse.
Es besteht daher die Möglichkeit, die Schnittgrößen entweder bezogen auf den unversteiften (relevant z.B. bei Übernahme der Schnittgrößen aus einem 4H-Programm) oder auf den versteiften Querschnitt einzugeben.
Schnittgrößen importieren

Detailnachweisprogramme zur Bemessung von Anschlüssen, Fußpunkten und zum Nachweis von Sonderproblemen (Beulen, Ermüdung, Lasteinleitung) etc. benötigen Schnittgrößenkombinationen, die häufig von einem Tragwerksprogramm zur Verfügung gestellt werden.

Dabei handelt es sich i.d.R. um eine Vielzahl von Kombinationen, die im betrachteten Bemessungsschnitt des übergeordneten Tragwerkprogramms vorliegen und in das Anschlussprogramm übernommen werden sollen.
pcae stellt neben der 'per Hand'-Eingabe zwei verschiedene Mechanismen zur Verfügung, um Schnittgrößen in das vorliegende Programm zu integrieren.
Import aus einem 4H-Programm
Voraussetzung zur Anwendung des DTE®-Import-Werkzeugs ist, dass sich ein pcae-Programm auf dem Rechner befindet, das Ergebnisdaten exportieren kann.
Eine ausführliche Beschreibung zum Schnittgrößenimport aus einem pcae-Programm befindet sich hier.
Import aus einer Text-Datei
Die Schnittgrößenkombinationen können aus einer Text-Datei im ASCII-Format eingelesen werden.
Die Datensätze müssen in der Text-Datei in einer bestimmten Form vorliegen; der entsprechende Hinweis wird bei Betätigen des Einlese-Buttons gegeben.
Anschließend wird der Dateiname einschl. Pfad der entsprechenden Datei abgefragt.
Es werden sämtliche vorhandenen Datensätze eingelesen und in die Tabelle übernommen. Bereits bestehende Tabellenzeilen bleiben erhalten.
Wenn keine Daten gelesen werden können, erfolgt eine entsprechende Meldung am Bildschirm.
Nachweisergebnis
Ist der Button auto in der Kopfzeile des Programmfensters angeschaltet, werden die Berechnungs-
ergebnisse permanent abgeglichen und online am Bildschirm dargestellt.
 Je nach Nachweisoptionen und Anzahl an Lastkollektiven kann die Berechnung und damit der
 Bildaufbau sehr lange dauern. pcae empfiehlt, den Button auto zunächst auszuschalten.
Die statische Berechnung eines Bauteils beinhaltet i.A. die Modellbildung mit anschließender Berechnung des Tragsystems sowie nachfolgender Einzelnachweise von Detailpunkten.
Bei der Beschreibung eines Details sind die zugehörenden Schnittgrößen aus den Berechnungsergebnissen des Tragsystems zu extrahieren und dem Detailnachweis zuzuführen.
In der 4H-Programmorganisation gibt es hierzu verschiedene Vorgehensweisen
zum einen können Tragwerks- und Detailprogramm fest miteinander verbunden sein, d.h. die Schnittgrößenüber-
gabe erfolgt intern. Es sind i.A. keine weiteren Eingaben (z.B. Geometrie) notwendig, aber auch möglich (z.B. weitere Belastungen), die Programme bilden eine Einheit.
Dies ist z.B. bei dem 4H-Programm Stütze mit Fundament der Fall.
zum anderen können Detailprogramme Schnittgrößen von in Tragwerksprogrammen speziell festgelegten Exportpunkten über ein zwischengeschaltetes Export/Import-Tool einlesen
Das folgende Beispiel eines einfachen Rahmens erläutert diesen 4H-Schnittgrößen-Export/Import.
Zunächst sind im exportierenden 4H-Programm (z.B.
4H
-FRAP) die Stellen zu kennzeichnen, deren Schnitt-größen beim nächsten Rechenlauf exportiert, d.h. für
den Import bereitgestellt, werden sollen.
In diesem Beispiel sollen die Schnittgrößen für eine Querschnittsbemessung übergeben werden.
Dazu ist an der entsprechenden Stelle ein Kontroll-
punkt zu setzen.
Ausführliche Informationen zum Export entnehmen
Sie bitte dem DTE®-Schnittgrößenexport.
Nach einer Neuberechnung des Rahmens stehen die Exportschnittgrößen dem aufnehmenden 4H-Programm (z.B. 4H-BETON, 4H-EC3SA, 4H-EC3IH, 4H-EC3BT,
4H-EC3GT, 4H-EC3IS) zum Import zur Verfügung.
 
aus dem aufnehmenden 4H-Programm wird nun über den Import-Button das Fenster zur DTE®-Bauteilauswahl aufgerufen. Hier werden alle berechneten Bauteile dargestellt, wobei diejenigen,
die Schnittgrößen exportiert haben, dunkel gekennzeichnet sind.
Das gewünschte Bauteil kann nun markiert und über den bestätigen-Button ausgewählt werden. Alternativ kann
durch Doppelklicken des Bauteils direkt in die DTE®-Schnittgrößenauswahl verzweigt werden.
In der Schnittgrößenauswahl werden die verfügbaren Schnittgrößenkombinationen aller im übergebenden Programm gekennzeichneten Schnitte angeboten. Dabei sind diejenigen Schnitte deaktiviert, deren Material nicht kompatibel
mit dem Detailprogramm ist.
Es wird nun der Schnitt angeklickt und damit geöffnet, dessen Schnittgrößen eingelesen werden sollen.
In 4H-EC3SA ist der komplette verfügbare Schnittgrößensatz importierbar. Die Programme 4H-EC3BT, 4H-EC3RE,
4H-EC3IH und 4H-EC3IS importieren dagegen nur einen auf ebene Beanspruchung reduzierten Satz, was jeweils
durch gelbe Hinterlegung der Spalten angezeigt wird. Im Programm 4H-EC3GT werden nur Normal- und Querkräfte erwartet. Im Programm 4H-EC3IS werden nur Querkräfte erwartet.
Die Schnittgrößenkombinationen können beliebig zusammengestellt werden; pcae empfiehlt jedoch, nur diejenigen auszuwählen, die als Bemessungsgrößen für den zu führenden Detailnachweis relevant sind.
ein nützliches Hilfsmittel bietet dabei der dargestellte Button, mit dem die Anzahl zu übertragender Lastkombinationen durch Eliminierung doppelter Zeilen stark reduziert werden kann.
Wird nun die DTE®-Schnittgrößenauswahl bestätigt, bestückt das Importprogramm die Schnittgrößentabelle,
wobei ggf. vorhandene Kombinationen erhalten bleiben.
Wenn eine Reihe von Anschlüssen gleichartig ausgeführt werden soll, können in einem Rutsch weitere Schnitt-
größen anderer Schnitte aktiviert und so bis zu 1.000 Kombinationen übertragen werden.
Die Kompatibilität der Querschnitts- und Nachweisparameter zwischen exportierendem und importierendem Programm ist zu gewährleisten.
 
Eine Aktualisierung der importierten Schnittgrößenkombinationen, z.B. aufgrund einer Neuberechnung
des exportierenden Tragwerks, erfolgt nicht!
Die Materialermüdung ist eine der grundlegenden Schadensursachen im Stahlbau.
Bei Tragwerken unter wiederkehrenden veränderlichen Einwirkungen können Schäden durch Rissbildung und Risswachstum entstehen, die im Laufe der Zeit zum Verlust des Bauteilwiderstands führen.
Ermüdungsrisse entstehen meist im Bereich von Spannungsspitzen an geometrischen Diskontinuitäten
(Verarbeitungs-, Schweiß- oder Verbindungsdetails).
Eine wiederholte veränderliche Belastung, die weit unterhalb der statischen Traglast liegen kann, führt zu Spannungswechseln, die zum vorzeitigen Versagen führen können.
Die Anzahl der Spannungswechsel definiert die Lebensdauer eines Bauteils, die wiederum maßgeblich
abhängig ist von
der Spannungsschwingbreite, definiert als die Differenz der größten zur kleinsten Spannung an einer Stelle
der Kerbwirkung, da Kerben (Diskontinuitäten) zu einer Störung des Kraftflusses innerhalb eines Bauteils und damit zu Spannungsspitzen führen
den Werkstoffeigenschaften, da sich bei nicht geschweißten Bauteilen gezeigt hat, dass eine erhöhte Zugfestigkeit i.d.R. einen günstigen Einfluss auf die Lebensdauer hat
Bei der Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit wird anstelle der vorhandenen Spannungsschwingbreite, die auf
Grund der regellosen Beanspruchung nur schwer abzuschätzen ist, auf Grundlage der Theorie der Schadens-akkumulation eine äquivalente Spannungsschwingbreite berechnet, die bei einer bestimmten Anzahl von Spannungsschwingspielen und bei gegebener Ermüdungsfestigkeitskurve den gleichen Gesamtschaden D ergibt.
Diese Spannungsschwingbreite wird nach dem Konzept des Schadensäquivalenzfaktors in eine ingenieurmäßig praktikablere Form gebracht, indem für einen festgelegten Bezugswert Ntot = 2·106 sich infolge einer normierten Ermüdungslast mittels des Schadensäquivalenzfaktors λ ergibt
Ermüdungslastmodell und Schadensäquivalenzfaktor sind in den zuständigen Normen geregelt. Im Folgenden
wird sich auf EC 3-1-9, Ermüdung, und EC 3-6, Kranbahnen, bezogen (s. Literatur).
Die Ermittlung der Ermüdungslasten erfolgt über Ermüdungslastmodelle, die sich normalerweise von den Grenzzuständen der Tragfähigkeit (GZT) und den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit (GZG) unterscheiden.
Dementsprechend resultieren die verwendeten Schnittgrößenkombinationen aus dem Grenzzustand der Ermüdung (GZE), der entweder im EC 1, Einwirkungen, oder in speziellen Vorschriften (z.B. für Stahlbrücken EC 3-2, für Türme und Maste EC 3-3-1, für Schornsteine EC 3-3-2, für Silos EC 3-4-1, für Tankbauwerke EC 3-4-2, für Kranbahnen
EC 3-6) bestimmt ist.
Für Kranbahnen ist kein separates Lastmodell definiert, es wird das statische Lastmodell mit den Ermüdungslasten nach EC 1-3, 2.12, verwendet.
Die ermüdungsrelevante Belastung setzt sich aus den vertikalen Eigengewichts- und Hublasten sowie den
horizontalen Fahr- und Spurführungslasten zusammen.
Die schadensäquivalente Ermüdungslast aus der Kranbahn wird berechnet zu
Der schadensäquivalente dynamische Faktor kann angenommen werden zu
In Abhängigkeit der Gesamtzahl von Arbeitsspielen und der Lastkollektivklasse können die Ermüdungseinwirkungen
von Kranen mit Hilfe von EC 1-3, Tab. 2.11, in Klassen S0 bis S9 eingeteilt werden.
Für diese Kranklassen lassen sich die schadensäquivalenten Beiwerte λ aus EC 1-3, Tab. 2.12, ablesen.
Werden mehrere Krane eingesetzt, ist nach EC 3-6, 9.4.2, die Summe der Schädigungsanteile der unabhängig wirkenden Einzelkrane mit der Summe der zeitweise gemeinsam wirkenden Krane zu addieren.
Der Ermüdungsnachweis ist entweder nach dem Konzept der Schadenstoleranz oder dem Konzept der
ausreichenden Sicherheit gegen Ermüdungsversagen ohne Vorankündigung durchzuführen.
Die geforderte Zuverlässigkeit kann durch Festlegung des Materialsicherheitsbeiwerts erreicht werden
(s. EC 3-1-9, Tab. 3.1).
Für den Ermüdungsnachweis können die Spannungen als Nennspannungen bzw. korrigierte Nennspannungen
oder als Strukturspannungen ermittelt werden.
Die Bestimmung der Nennspannungen beruht auf dem elastischen Verhalten von Bauteilen. Sie werden auf Gebrauchsniveau an der
Stelle der potentiellen Rissentstehung berechnet.
Die Spannungsschwingbreite der Nennspannungen wird bestimmt mit
Um außerplanmäßige Spannungserhöhungen zu erfassen, wie sie z.B.
bei abrupten Querschnittsänderungen in Nähe der Rissentstehung auftreten, werden korrigierte Nennspannungen verwendet.
Strukturspannungen sind realitätsnahe Kerbspannungen, die z.B. bei voll durchgeschweißten Stumpfnähten
oder an Nahtübergängen von unbelasteten Kehlnähten zum Tragen kommen.
Spannungskonzentrationsfaktoren (Kerbfaktoren) können der Literatur entnommen werden.
Das Nennspannungskonzept wird verwendet.
Die Spannungsschwingbreiten werden im GZE, d.h. nach EC 3-1-9, 8(1), infolge der häufig auftretenden
Lasten, ermittelt.
Die Spannungen werden je nach Kerbrichtung unterschieden in globale Längs- und Schubspannungen σx und τxz
aus globaler Tragwirkung und lokale Längs- und Schubspannungen σoz und τo am Obergurt bzw. σuz und τu am
Untergurt z.B. aus der Kranbahn.
Die Spannungsdifferenzen werden für die globale Tragwirkung gebildet mit
und für die lokale Tragwirkung (s. Kranbahn) mit
Bei nicht geschweißten oder geschweißten, spannungsarm geglühten Konstruktionen darf der Mittelspannungs-
einfluss bei Normalspannungen aus globaler Tragwirkung berücksichtigt werden, indem der Druckanteil der Spannungsschwingbreite auf 60 % reduziert wird.
Werden die Spannungsschwingbreiten nur aus veränderlichen Lasten ermittelt, darf der Mittelspannungs-einfluss nicht berücksichtigt werden.
Die Spannungen sind zu begrenzen auf
Die Ermüdungsnachweise sind zu führen mit
Bei gleichzeitiger Wirkung von ΔσE,2 und ΔτE,2 gilt die Interaktionsbeziehung
Jedoch darf der Einfluss der Schubspannungen vernachlässigt werden, wenn gilt
Bei einem nR-achsigen Kran wird der Steg während einer Kranüberfahrt infolge nR Radlasten lokal durch nR Spannungszyklen beansprucht. Deren gemeinsame Wirkung ist durch die Summe der Einzelschädigungen
zu berücksichtigen.
Es kann gezeigt werden, dass eine Vervielfachung der Spannungsspiele durch eine Erhöhung der Beanspruchungs-gruppe um nR/2 kompensiert werden kann.
Bei einem zweiachsigen Kran wird daher beispielsweise die Beanspruchungsgruppe Si erhöht auf Si+1.
Außerdem ist die Kerbwirkung zu beachten, d.h. in welcher Richtung der zu erwartende Riss verläuft.
Z.B. erzeugen die lokalen Spannungen aus einer Kranbahn senkrecht verlaufende Risse, während aus den
globalen Spannungen am Träger waagerechte Risse resultieren.
Daher sind an einigen Kerbpunkten Spannungsdifferenzen beider Normalspannungen zu berücksichtigen.
Unter dieser Voraussetzung kann pcae der Interaktionsbeziehung von Seeßelberg (s. Literatur) folgen mit
Alternativ schlagen Nussbaumer/Günther ohne Erhöhung der Beanspruchungsgruppe (s. Literatur) vor
In den Tabellen 8.1 bis 8.10 des EC 3-1-9 werden die Ermüdungsfestigkeiten für wesentliche typisierte Kerbfälle angegeben. Die Bezeichnung der Kerbfälle richtet sich nach deren maximaler Ermüdungsfestigkeit.
Im Programm 4H-EC3EM werden folgende Kerbfälle verwendet
Tab. 8.1 160, 125, 100 und 90
Tab. 8.2 100
Tab. 8.4 80, 71, 56, 80 und 71
Tab. 8.5 80, 71, 63, 56, 50, 45, 40, 56*, 50, 45, 40, 36 und 80
Tab. 8.10 160, 71 und 36*
Für einen längsversteiften Kranbahnträger (HEA360, eine
Steife L 70x7, Stahlgüte S 235) wird im Bereich des Mittelauflagers (Quersteife 130x7, Abstand a = 3.0 m) der Ermüdungsnachweis an den maßgebenden Kerbpunkten geführt.
Die Kranbahn (Kranklasse S3) läuft auf einer Schiene A 75,
die schubfest an den Träger angeschweißt ist.
Die Last wird exzentrisch eingeleitet.
Die relevanten Kerbpunkte des Trägerprofils sind seine
äußeren Ecken (Pkte. 1, 8, 9, 16) und die Ausrundungen
am Steg (Pkte. 4, 5, 12, 13).
Weitere Kerbpunkte ergeben sich infolge der Schweißnähte
der Quersteife (Pkte. 18, 21, 24, 27 an den Flanschen,
Pkte. 19, 20, 25, 26 am Steg), der Längssteife (Pkte. 29, 30) sowie durch die Befestigung der Kranbahnschiene am Trägerflansch (Pkte. 31, 32, 33, 34).
Bei normenkonformer Berechnung sind für die zulässigen Kerbspannungen ΔσRd, ΔτRd die zuständigen
Abschnitte des EC 3-1-9 angegeben.
Für die mit * gekennzeichneten Kerbpunkte sind die Spannungen bezogen auf die Schweißnähte (z.B. wegen eines Wurzelrisses) zu ermitteln; alle anderen Kerbpunktspannungen beziehen sich auf das Trägerprofil.
Die Schadensäquivalenzfaktoren werden für die Kranklassen S3 (vorgegeben) und S4 (Erhöhung wegen zweier Überfahrten) angegeben mit
Das Sicherheitsniveau liegt für das Bemessungskonzept der Schadenstoleranz bei hoher Schadensfolge
bei γMf = 1.15.
Zunächst werden die Querschnittswerte für die lineare Spannungsberechnung bereitgestellt.
Die wirksame Lasteinleitungslänge und die lokalen Spannungen aus der Kranbahn werden berechnet (Kranbahn).
Zur Ermittlung der globalen Spannungen sind ggf. die Biegemomente auf den versteiften Querschnitt zu beziehen.
An jedem aktiven Kerbpunkt werden die Normal- und Schubspannungen σx und τxz aller Lastkollektive
(s. Schnittgrößen) berechnet.
Mit den lokalen Spannungen σoz, τo und σT (s.o.) ergeben sich die Spannungsschwingbreiten Δσx,Ed, ΔτEd, Δσz,Ed.
Im Folgenden wird der Berechnungsablauf exemplarisch für zwei Lastkollektive im Kerbpunkt 26 (Quersteife
am Steg oben) gezeigt.
Da sich die eingegebenen Schnittgrößen im GZE auf den unversteiften Querschnitt beziehen, sind die
Biegemomente zu transformieren.
Die Spannungsschwingbreiten ergeben sich damit zu
mit
Mit den entsprechenden Schadensäquivalenzfaktoren für Normal- und Schubspannung ergeben sich die Spannungsschwingbreiten infolge Ermüdung zu
wobei an diesem Kerbpunkt die Schadensäquivalenzfaktoren für die höhere Kranklasse (λτσz+) zu verwenden sind.
Mit den zulässigen Kerbspannungen kann der Ermüdungsnachweis geführt werden.
Neben den Nachweisen der einzelnen Spannungsschwingbreiten ist das Zusammenwirken von Normal- und Schubspannungen mittels Interaktion sicherzustellen, da
Im Endergebnis werden die maximale Ausnutzung max U sowie der maßgebende Kerbpunkt ausgegeben.
Eine Kranbahn kann am Ober- oder Untergurt des Trägers laufen.
Verläuft die Kranbahn am Obergurt, wird der Träger durch das Rad einer Kranbahnachse belastet, das andere Rad
der Achse fährt auf einem zweiten Träger.
Das Rad läuft auf einer Schiene, die zentrisch über dem Trägersteg angeordnet ist. Dadurch wird die Kranbahnlast möglichst günstig in die Unterkonstruktion geleitet.
Für die lokalen Nachweise der Lasteinleitung, der Ermüdung und des Beulens sind die lokalen Spannungen aus der Radlast der Kranbahn zu berechnen.
Die Radlast setzt sich zusammen aus einer ggf. exzentrisch zur Trägerachse z wirkenden Druckkraft Fz,Ed
sowie einer am Schienenkopf angreifende Horizontallast HEd.
Bei exzentrischen Querlasten sind stets Quersteifen im Steg anzuordnen!
In pcae-Programmen werden die Schienentypen Flachstahl, Form A und Form F unterstützt.
Die zur Berechnung erforderlichen Parameter werden aus den Abmessungen des Typs Flachstahl berechnet
bzw. sind für die Typen Form A und Form F hinterlegt.
Über den Typ Sonderform können die Berechnungsparameter vom Anwender vorgegeben werden.
Die Verbindung der Schiene mit dem Träger kann schubfest oder schwimmend erfolgen. Bei einer schubfesten Verbindung darf der (abgenutzte) Schienenquerschnitt dem Trägerquerschnitt zugeordnet werden.
Eine schubfeste Verbindung kann durch Schweißnähte oder HV-Schrauben erfolgen.
Bei einer Verbindung mit Schweißnähten sind die Schweißnahtdicke und je nach Ausführung (durchlaufend oder unterbrochen mit gegenüberliegender oder versetzter Nahtanordnung) die Abschnittslänge der Naht anzugeben.
HV-Schrauben haben die Festigkeitsklassen 8.8 oder 10.9 und können nur an die breitfüßige Schiene Form A (ggf. Sonderform) angebracht werden. Hier ist der Abstand der Schrauben vom seitlichen Rand des Schienenfußes anzugeben.
Eine schwimmende Verbindung kann über Klemmen hergestellt werden, wobei eine Klemmplatte den Schienenfuß
am Trägergurt fixiert.
Eine elastische Schienenunterlage kann vorgesehen werden, die die Lasteinleitungsbreite der Radlasten
erheblich reduziert.
Alternativ kann die schwimmende Verbindung mit Kehlnähten ausgeführt sein.
Berechnung der effektiven Lastausbreitungslänge
Die Lasteinleitung eines Kranbahnrads am Obergurt darf im Bereich der effektiven Lastausbreitungslänge leff als gleichmäßig verteilt angenommen werden.
Bezogen auf die Unterkante des oberen Trägerflanschs wird entspr. DIN EN 1993-6, Tab. 5.1, berechnet.
lokale Spannungen
Die Kranbahnlast wird über die Schiene in den Träger geleitet.
Bei aufgeschweißter Schiene wird davon ausgegangen, dass die Last
nur über die Schweißnähte in den Träger übertragen wird.
Lokale Spannungen sind daher sowohl in der Wurzel der Schienennaht
an der Flanschaußenkante des Trägers als auch im Trägersteg am Übergang zur Ausrundung (gewalztes Profil) oder Schweißnaht (geschweißter Blechträger) zu ermitteln.
exzentrische Lasteinleitung
I.A. ist eine Exzentrizität der Radlast am Schienenkopf nicht auszuschließen,
die zu einer Stegbiegung im Bereich des Obergurts führt.
Die Exzentrizität braucht allerdings nur bei Kranklassen S3 bis S9
berücksichtigt zu werden (s. EC 3-6, 9.3.3(1)).
Nach EC 1-3 sollte die Exzentrizität als Bruchteil der Schienenkopfbreite
(s. EC 1-3, 2.5.2.1(2): ey = 0.25·br) angenommen werden.
Bei quer ausgesteiftem Träger wird die Stegbiegespannung berechnet mit
Eine Kranbahn kann auch am Untergurt angebracht sein. Im Gegensatz zur Obergurtbahn hängt sie normalerweise
mit beiden Rädern an einem Träger, wobei die Räder links und rechts direkt auf dem unteren Flansch laufen.
Der Abstand der Räder vom seitlichen Flanschrand und der Abstand zwischen den Radachsen sind anzugeben.
Bei der Unterflanschkranbahn bleibt eine ggf. auftretende Horizontallast bei den lokalen Nachweisen
unberücksichtigt. Um die wirksame Lasteinleitungslänge zu berechnen, ist der Nachweisort anzugeben.
wirksame Lasteinleitungslänge
 
In Abhängigkeit vom Nachweisort wird die effektive Lastein-leitungslänge auf dem Untergurt berechnet mit
(DIN EN 1993-6, Tab. 6.2)
 
wobei gilt
lokale Spannungen
Die Biegespannungen, die durch eine Untergurtbahn erzeugt werden, sind an den bezeichneten Stellen
(0 = Übergang von Steg zum Flansch), (1 = Schwerlinie der Lasteinleitung) und (2 = äußere Flanschkante)
zu berücksichtigen.
Unter der Voraussetzung, dass die Radlasteinleitung in einem Abstand größer bf vom Trägerende (xe > bf,
s. wirksame Lasteinleitungslänge) erfolgt, können die Biegespannungen ermittelt werden mit
Die Koeffizienten dürfen bestimmt werden zu (DIN EN 1993-6, Tab. 5.2; cxi und cyi sind positiv bei Zugspannungen an der Flanschunterseite)
wobei
Geneigte Flansche werden nicht berücksichtigt.
Erfolgt die Radlasteinleitung am Trägerende und ist der Unterflansch unverstärkt, ist die Querbiegespannung mindestens anzunehmen mit
Ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Radlasten < 1.5·bf, sind die für jedes Rad getrennt berechneten Spannungen zu überlagern.
Die Spannungen werden addiert.
 
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