Außergewöhnliche Bemessungssituationen nach DIN EN 1991‐1‐7 – Effektive Anwendung und Bemessungsstrategien für Stahl‐ und Verbundrahmentragwerke
Authors: Kuhlmann Ulrike , Hoffmann Nadine 
Published: July 2016

Ein Stützenausfall kann innerhalb der Tragstruktur zu einem Versagen der Gesamtstruktur und damit zum Einsturz des Gebäudes führen. Um solch ein globales Versagen durch lokales Versagen zu vermeiden, muss innerhalb der Tragstruktur eine Umlagerung der Schnittgrößen ermöglicht werden, das heißt es müssen sich alternative Lastpfade ausbilden können, um so die Robustheit der Stahl‐ und Verbundrahmenkonstruktion zu gewährleisten. Solch eine Schnittgrößenumlagerung, zum Beispiel von einem reinen Biegezustand in einen gemischten Biege‐Membranspannungszustand, bedingt unter Umständen sehr große Verformungen, die zu großen Deformationen der Anschlüsse führen.

Im Rahmen des DASt/Aif‐Forschungsprojekts Nr. 17153N “Außergewöhnliche Bemessungssituationen nach DIN EN 1991‐1‐7 – Effektive Anwendung und Bemessungsstrategien für Stahl‐ und Verbundrahmentragwerke” wurde unter anderem durch vier Versuche an Verbundknoten unter gleichzeitig und nacheinander aufgebrachter Momenten‐Normalkraft‐Beanspruchung die Verformungsfähigkeit der Anschlüsse getestet. Dabei wurde jeweils ein positives als auch ein negatives Anschlussmoment mit entsprechend unterschiedlichem Trag‐ und Verformungsverhalten der Betonplatte untersucht. Der Einfluss der dabei auftretenden dynamischen Effekte, wie sie zum Beispiel im Falle eines Fahrzeuganpralls auftreten könnten, wurde im Rahmen des europäischen RFCS‐Forschungsprojekts “RobustImpact” mit vier weiteren Versuche zur Untersuchung des Trag‐ und Verformungsverhaltens der Verbundknoten unter hohen Geschwindigkeiten geprüft.

Da sich die erforderliche Rotationsfähigkeit aus dem jeweiligen Rahmensystem ergibt, wurden zusätzlich zwei Versuche an Verbundrahmenkonstruktionen durchgeführt. Dabei wurde nach Aufbringung einer Streckenlast ein Stützenausfall durch Wegnehmen der Mittelstütze simuliert. Große Verformungen sind in den Knoten erforderlich, um einen Spannbandeffekt im Verbundrahmen zu aktivieren und so eine zusätzliche vertikale Beanspruchung aufnehmen zu können, ohne dass ein vorzeitiges Versagen auftritt. Am Beispiel einer Referenzstruktur wird anschließend gezeigt, wie ein vereinfachter Rotationsnachweis der Anschlüsse möglich ist.

Exceptional design situations according to DIN EN 1991‐1‐7 – Effective application and design strategies for steel and composite buildings. A local damage within a frame structure (e. g. column loss) may lead to a failure of the global structure and therefore to a collapse of the building. To avoid such a global failure through local damage it is necessary to enable a redistribution of loadings within the structure. This means that the development of alternate load paths should be enabled in order to enhance the structural robustness. Such a redistribution of loadings from a pure bending to a bending‐membrane‐loading causes under certain circumstances large deflections leading to big deformations of the joints.

In the frame of a German research project “Exceptional design situations according to DIN EN 1991‐1‐7 – Effective application and design strategies for steel and composite buildings” four tests on composite joints under simultaneous and successive M‐N‐loading have been performed. The different behaviour of sagging and hogging moment at the joints was investigated and the different load bearing behaviour as well as deformation behaviour of the concrete plate was considered. The influences of the dynamic effects, as they occur in the case of an impact, on the deformation behaviour of the joints are worked out within four further tests on composite joints under high speed loading in the frame of a European research project “RobustImpact”.

As the required rotation capacity can only be determined in real frame structures additionally two tests on composite frames have been performed with the aim to absorb an additional vertical loading through large deformations activating the catenary effect in the composite frame without receiving a premature failure.