Evaluation of residual welding stresses and fatigue crack behavior in tubular K-joints in compression

Ermittlung von Eigenspannungen und Verhalten von Ermüdungsrissen in geschweißten K-Hohlprofilverbindungen unter Druck.

Bei der Konstruktion von Brücken aus Rundhohlprofilen sind Materialermüdungsprobleme zu beachten. Derartige Brücken sind durch K-förmige Strebenverbindungen (im Folgenden K-Verbindungen genannt) verschweißt. Ihre Anfälligkeit für Materialermüdung entsteht vor allem durch Spannungskonzentrationen sowie durch Unregelmäßigkeiten und Eigenspannungen, die beim Schweißen erzeugt werden.

Da die Höhe dieser Eigenspannungen für K-Verbindungen unbekannt ist, wurden Messungen in der Nähe der Schweißnahtübergänge durchgeführt. Messmethoden waren die inkrementelle Bohrlochmethode, die Röntgendiffraktometrie und insbesondere die Neutronendiffraktometrie. Die Messergebnisse zeigen, dass die wichtigsten Zug-Eigenspannungen auf den ersten Millimetern unterhalb der Oberfläche rechtwinklig zur Schweißnaht verlaufen und die Streckgrenze erreichen. Ermüdungstests wurden an zwei großen Trägern durchgeführt. Sie zeigen, dass Zug-Eigenspannungen bei gleichzeitig bestehenden Druckspannungen einen starken Einfluss auf Rissausbreitung in K-Verbindungen haben; bis zu einer Tiefe von 2 bis 3 mm unterhalb der Oberfläche. Thermomechanische Analysen werden in 3D-Modellen unter Verwendung zweier Finite-Elemente-Programme durchgeführt: ABAQUS und MORFEO. Hierdurch berechnete Eigenspannungen in der Umgebung der Schweißnaht werden mit den gemessenen Werten verglichen, um die Eignung der Simulationen zu prüfen, die Eigenspannungsfelder darzustellen und die Spannungswerte überschlägig zu ermitteln.