Vorhersage duktilen Festigkeitsversagens von Stahlbauteilen mit Hilfe schädigungsmechanischer Methoden

Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit setzen ausreichende Duktilität voraus. Insbesondere bei der Bemessung nach dem Traglastverfahren, im Erdbebenfall, bei Explosion oder Anprall werden die plastischen Reserven von Konstruktionen gefordert, und es muss sichergestellt werden, dass ausreichendes Verformungsvermögen vorliegt und kein sprödes Versagen auftritt. Zur Absicherung der Nachweismodelle werden im Regelfall Versuche bei Raumtemperatur durchgeführt und entsprechende Sicherheitselemente abgeleitet.

Im Rahmen dieses Aufsatzes werden schädigungsmechanische Methoden vorgestellt, die es ermöglichen, das duktile Versagensverhalten von Stahlbauteilen vorherzusagen. Basierend auf einem Grenzzustand zwischen der lokalen plastischen Dehnungsanforderung, die sich aus der globalen Belastung, dem Detail und dem verwendeten Stahl ergibt, und dem lokalem plastischem Dehnungswiderstand, der sich in Abhängigkeit von Stahlsorte, Temperatur und Dehnrate quantifizieren lässt, können in Zukunft realistische Kriterien für die Werkstoffauswahl in der Hochlage bereitgestellt werden. Der nachfolgende Aufsatz zeigt Auszüge aus den Ergebnissen eines Europäischen Forschungsvorhabens [1] zur Bestimmung eines Hochlagenkriteriums für den Stahlbau.

Prediction of ductile failure of steel structures by damage mechanics.

For the verification in the ultimate limit state sufficient ductility is assumed. Especially in plastic design and for seismic events, explosion or impact it has to be ensured, that the structure shows sufficient deformation capacity and the material provides enough ductility in the upper shelf region and brittle fracture is excluded. To validate the verification procedures tests are performed at room temperature and corresponding safety elements are derived.

Within this article methods based on damage mechanics are presented which allow for an estimation of the ductile fracture behaviour of steel structures in the upper shelf. By this means extensive testing may be supplemented or replaced to some extent. Based upon a limit state between local plastic strain requirements arising from loading situation, detail and steel grade, and local plastic strain resistances given in dependency of the material, temperature and strain rate realistic criteria for the selection of material in the upper shelf will be derived.

In the following excerpts of the results of a European project [1] are shown which deals with the derivation of an upper shelf criterion for steel structures.