Zum Gesamtstabilitätsversagen geschweißter Rechteckquerschnitte unter Druckbelastung

Die Ausnutzung hoher Materialfestigkeiten und das Bestreben nach Gewichtsoptimierung fuhrt zum Einsatz dunnwandiger schlanker Stahlprofile. Insbesondere im Bruckenbau werden haufig geschweiste, aus dunnen Blechen zusammengesetzte Profile eingesetzt. Diese Profile unterliegen zweierlei Stabilitatsgefahrdungen, dem lokalen Plattenbeulen, bei dem die ebenen Querschnittsbleche unter Druckbeanspruchung ausbeulen, und dem globalen Stabknicken. Dabei kommt es durch Verletzung des Kraftegleichgewichts in Stabmitte zu einem plotzlichen seitlichen Ausweichen des Stabes und einem Versagen vor Erreichen der Querschnittstragfahigkeit. Die vorliegende Arbeit beschaftigt sich mit der Fragestellung der Interaktion von lokalem und globalem Stabilitatsversagen. Bei der Ermittlung der Querschnittstragfahigkeit beulgefahrdeter dunnwandiger Bauteile durfen uber das Verfahren der wirksamen Breite uberkritische Tragreserven ausgenutzt werden. Durch Spannungsumlagerungen von der ausgebeulten Blechmitte zu steifen, gestutzten Blechrandern lasst sich die Tragfahigkeit der Bleche uber das Erreichen der kritischen Beulspannung hinaus steigern. Voraussetzung hierfur sind jedoch relativ grose Querschnittsverformungen. Durch die grosen Verformungen kommt es zu einer Steifigkeitsanderung des Querschnitts. Diese Steifigkeitsanderung kann das globale Stabilitatsverhalten des Stabes negativ beeinflussen. Besonders kritisch ist die Situation, wenn die Hohe der Beullast ungefahr mit der Knicklast zusammenfallt. Eine kleine Querschnittsverformung kann dann bereits zu einer empfindlichen Storung des globalen Gleichgewichtes fuhren. Auf Basis numerischer und experimenteller Untersuchungen wird das Tragverhalten und die Interaktion der beschriebenen Versagensmodi analysiert. Insbesondere der Einfluss geometrischer und struktureller Imperfektionen wird im Detail untersucht. Durch den Vergleich vorhandener Bemessungsverfahren wird eine Modifikation der Berechnung der Stabschlankheit fur dunnwandige Kastenstutzen entwickelt. Die Anwendung der Europaischen Knickspannungslinien wird uberpruft und das Bemessungsverfahren nach DIN EN 1993-1-1, -1-5 optimiert. Untersuchungen zur Berechnung nach Theorie II. Ordnung ermoglichen eine Empfehlung in Bezug auf die Wahl der Anfangsimperfektion fur die Berechnung der Schnittgrosen und Verformungen dunnwandiger Kastenquerschnitte unter Druckbeanspruchung. Die Ergebnisse dieser Arbeit ermoglichen den wirtschaftlichen Einsatz dunnwandiger schlanker geschweister Rechteckprofile unter Druckbelastung durch eine zuverlassige und sichere Ermittlung der Tragfahigkeit fur den Fall der Interaktion lokalen und globalen Stabilitatsversagens. The application of high strength steel and the tendency towards light-weight structures leads to the use of thin-walled slender steel-profiles. In particular in bridge design, thin-walled welded profiles are frequently used. These profiles are subject to two different types of stability failure. High compression stresses in plane plates lead to local plate buckling and the disturbance of the equilibrium of forces in the center of the compression bar leads to a sudden lateral buckling of the member. When determining the cross section capacity of thin-walled profiles, it is possible to exploit post-buckling strength. Stress concentrations at the stiffened edges increase the average stress in the plate above the linear elastic buckling stress, provided that lateral displacements of the plates are allowed. The displacements result in a stiffness reduction of the cross section and affect the buckling resistance of the member. This is most critical in the case of identical buckling stresses on local and global level. Based on experimental and numerical investigations, the load bearing behaviour and the interaction modes are analysed. In particular the influence of geometrical and structural imperfections are analysed in detail. Comparisons of design procedures enable to develop a modified column slenderness for thin-walled box sections. The use of the European buckling curves is revised and the design according to EN 1993-1-1, -1-5 is optimised. For the analysis of thin-walled box profiles by the use of second order theory, recommendations are formulated for the choice of initial imperfections on global level. The results of this work enable the economic use of thin-walled slender steel columns with box section by the reliable determination of the design load in case of interaction of global and local instability failure.