TY - THES A1 - Hannebauer, Dina T1 - Zur Querschnitts- und Stabtragfähigkeit von Trägern mit profilierten Stegen T1 - Bearing capacity of girders with corrugated webs N2 - In der vorliegenden Arbeit werden das Stabilitätsverhalten und dessen Einfluss auf die Querschnitts- und Stabtragfähigkeit von Trägern mit profilierten Stegen umfassend untersucht. Die gewählten Parametergrenzwerte orientieren sich am derzeitigen Anwendungsbereich stegprofilierter Träger. Es werden ausschließlich sinus- und trapezförmige Profilierungen untersucht. Die Arbeit leistet einen Beitrag, dem Anwender das Tragverhalten unterschiedlicher Profilierungen aufzuzeigen und gleichzeitig abzugrenzen. Ein gezielter Einsatz der derzeit auf dem Stahlleichtbaumarkt existierenden Trapez- und Wellstegträger wird ermöglicht. Erhöhte Wettbewerbschancen sind eine Folge. Die Ergebnisse der experimentellen und numerischen Untersuchungen zum lokalen Stabilitätsverhalten des Stegbleches bei Querkraftbeanspruchung tragen zu einem besseren Verständnis über das Tragverhalten bei und erlauben eine Weiterentwicklung des mehrfach diskutierten Interaktionsmodells zur Querkrafttragfähigkeit. Umfangreiche Parameterstudien zeigen, dass die Profilierungsform (trapez- bzw. sinusförmig) sowie die Parameter Wellenamplitude und –länge die Tragmechanismen bestimmen. Die Interaktion des lokalen und globalen Beulens wird dabei mit einer Beulspannung für zonales Beulen beschrieben. Auf Grundlage dieser Ergebnisse kann die Tragfähigkeit stegprofilierter Träger besser formuliert werden. Die Abminderungskurven, welche das Nachbeulverhalten sowie Imperfektionen berücksichtigen, werden optimiert. Eine wesentliche Verbesserung der Plateaulängen ist für Träger mit profilierten Stegen gelungen. Des Weiteren wird der Einfluss der lokalen Instabilität des Gurtes biegebeanspruchter Träger untersucht. Im Speziellen werden dabei Einflussparameter des Plattenbeulens untersucht und gezeigt, dass Abweichungen angenommener Beulfeldabmessungen ungünstige Auswirkungen auf das beschriebene Tragverhalten haben. Im Ergebnis der Untersuchungen wird eine Optimierung der anzunehmenden Beulfeldabmessungen für Plattenbeulen vorgeschlagen. Abschließend ergänzen Untersuchungen zum globalen Stabilitätsverhalten der Wellstegträger die grundlegenden Untersuchungen zum Tragverhalten der Wellstegträger und ordnen diese in die bestehenden europäischen Knickspannungslinien ein. N2 - The stability behaviour and its influence on bearing capacity of girders with corrugated webs have been investigated comprehensively within the present paper. The investigated parameters orientate towards current applications of girders with corrugated webs. Only sinusoidal and trapezoidal corrugations are examined. The paper makes a contribution in order to present users differences in load bearing behaviour of corrugated web-girders and distinguish them concurrently. Specific use of presently existing corrugated web-girders becomes possible. Results of experimental and numerical investigations regarding local stability behaviour of webs, which are shear force-loaded have been established. Extensive parameter studies show, that shape of corrugation (trapezoidal and sinusoidal) as well as amplitude and length of corrugation define the load bearing behaviour. The interaction of local and global buckling is expressed with a critical buckling stress for zonal buckling. Based on these results bearing capacity of girders with corrugated webs can be described more precise. In conclusion, reduction factor curves (considering imperfections and post-buckling behaviour) have been improved. A decisive optimization of plateau length has been succeeding for girders with corrugated webs. Additional the local stability behaviour of flanges has been investigated due to flexural loading. Especially the influence parameter of plate buckling has been determined. It could be shown, that variances of assumed buckling field dimensions have unfavourable effects due to common-described load bearing behaviour. Results and improved plate buckling field dimensions have been summarized and suggested. Concluding investigations of the global stability behaviour complete fundamental statements about load bearing behaviour of girders with sinusoidally corrugated webs and integrate them into existing european buckling curves. KW - Stahl KW - Schlankes Bauteil KW - Tragverhalten KW - Stabilität KW - Steg KW - Profilierung KW - Wellstegträger KW - Trapezstegträger KW - Querkrafttragfähigkeit KW - Stabtragfähigkeit KW - Corrugation KW - Sinusoidal KW - Trapezoidal KW - Girder Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5734 ER - TY - THES A1 - Launert, Benjamin T1 - Untersuchungen an geschweißten I-Trägern aus normal- und hochfestem Baustahl: Beitrag zur Erweiterung der Tragfähigkeitsnachweise durch Einsatz der Schweißsimulation T1 - Investigations on welded I-beams of normal and high-strength structural steel: Extension of capacity design concepts by implementing welding simulation solutions N2 - Im Stahlbau werden häufig Schweißträger eingesetzt. Als Profilform ist die des I-Trägers am weitesten verbreitet. Die Fertigung dieser Querschnitte erfolgt heute überwiegend vollmechanisiert im Werk durch z.B. Metall-Aktivgas-Schweißen. Dabei bewirkt der Schweißvorgang stets auch Eigenspannungen und Verformungen im Bauteil. Diese sogenannten Schweißimperfektionen zusammen mit weiteren Fertigungstoleranzen überlagern sich im Bauteileinsatz mit Lastspannungen und bewirken dadurch eine Absenkung der Tragfähigkeit. Die Erfassung dieser Einflüsse kann direkt im Rahmen einer vollständig nichtlineareren, sogenannten GMNIA-Berechnung erfolgen. Diesbezüglich sind besonders mit der Annahme der Eigenspannungen in Trägern aktuell noch große Unsicherheiten verbunden. Zur direkten Berücksichtigung von Eigenspannungen kann auf verschiedene vereinfachte Eigenspannungsmodelle aus der Literatur zurückgegriffen werden. Diese basieren größtenteils auf rein geometrischen Festlegungen ohne Berücksichtigung von Fertigungsrandbedingungen oder der Stahlgüte. Nichtsdestotrotz haben sich diese einfachen Modelle, auch mangels des Fehlens aktuellerer Forschungsergebnisse, für numerische Berechnungen im Stahlbau bis zuletzt durchgesetzt. Des Weiteren bestehen heute Möglichkeiten, eine numerische Schweißstruktursimulation zur Ermittlung der Eigenspannungen in Schweißträgern durchzuführen. Auch die vereinfachten Schweißsimulationsmodelle zur Berechnung großer Bauteile haben sich in den letzten Jahren stetig weiterentwickelt. Im Stahlbau erfolgten bisher jedoch kaum Anwendungen dieser Methoden. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt deshalb in der Untersuchung von Methoden der Schweißsimulation im Hinblick auf eine Anwendung an Schweißträgern und hier im Speziellen an geschweißten I-Trägern. Im Ergebnis sollte ein numerisch-basierter, einfacher Ansatzes zur direkten Abbildung des Schweißeinflusses in Tragfähigkeitsberechnungen bereitgestellt werden. Mit einem solchen vereinfachten Schweißsimulationsmodell können zudem neben den Schweißeigenspannungen auch die Schweißverformungen berechnet werden. Der Einfluss des Fertigungsprozesses kann dadurch viel genauer in die Bemessung einbezogen werden. Ausgangspunkt der Untersuchungen bildeten Eigenspannungsmessungen an konventionell geschweißten I-Trägern aus normal- und hochfesten Baustählen. Anschließend wurden diese durch numerische Schweißstruktursimulationen ergänzt. Danach erfolgte darauf aufbauend die Ableitung eines vereinfachten, numerischen Berechnungsmodells zur weiteren Berücksichtigung von Eigenspannungen in nichtlinearen Tragfähigkeitsmodellen. Abschließend wurden vergleichende numerische Tragfähigkeitsanalysen durchgeführt und daraus Empfehlungen für eine bessere Erfassung des Schweiß- und Materialeinflusses in der Tragfähigkeitsberechnung abgeleitet. N2 - In steel construction, welded beams are often used. As a profile shape, the I-section is most common. Their manufacture is typically done under workshop conditions by means of, e.g., fully mechanized metal active gas welding. The welding process always causes residual stresses and deformations in the component. In use, these so-called weld imperfections superimpose with loading stresses and other manufacturing tolerances, thereby causing a reduction of the ultimate load capacity. The consideration of such influencing parameters can be realized directly in scope of a fully nonlinear, so-called GMNIA-analysis. In this context, however, major uncertainties are still associated with the assumptions on residual stresses in welded beams. For a direct consideration of residual stresses, different simplified residual stress models from the literature are available. For the most part, these models are based on purely geometric specifications without consideration of the manufacturing conditions or the steel grade. Nevertheless, in the absence of recent research, these simple models have maintained for numerical calculations in steel construction until today. Moreover, it is nowadays possible to determine the residual stresses in welded beams numerically by means of a structural welding simulation. In this context, also simplified welding simulation models for the calculation of larger components have been steadily improved in recent years. In steel construction, however, hardly any application of such methods has been made so far. A particular focus of this work is therefore in the investigation of welding simulation methods with regard to their application on welded beams and particularly welded I-beams. The aim was thus to provide a numerically based, simple approach for the direct implementation of welding influences in load calculations. With such a simplified welding simulation model, in addition to the welding residual stresses, the weld deformations can also be calculated. Accordingly, the influence of the manufacturing process can be much more realistically included in the design. Starting point of the investigations were residual stress measurement on conventionally welded I-beams made of normal and high-strength structural steels. Subsequently, numerical structural welding simulations supplemented these. Thereupon, the development of a simplified numerical calculation model for the further consideration of residual stresses in nonlinear load capacity models took place. Finally, comparative numerical load capacity analyses were carried out to provide recommendations for a better determination of welding and material influences in these calculations. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 16 KW - Vereinfachtes Modell KW - Numerische Schweißsimulation KW - Doppel-T-Träger KW - Baustahl KW - Schweißspannung KW - Numerisches Modell KW - Eigenspannungen KW - Geschweißter I-Träger KW - Simplified model KW - Numerical welding simulation KW - Residual stresses KW - Welded I-girder KW - GMNIA Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48825 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Krausche, Thomas T1 - Zum Tragverhalten von geschweißten I-Trägern unter Berücksichtigung des Einflusses von Montagestößen T1 - On the load-bearing behavior of welded I-beams taking into account the influence of assembly joints N2 - Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit sind Untersuchungen zur Vorhersage des Herstellungsprozesses bei der Fertigung von geschweißten Doppel-T-Trägern. Dabei wird der Zusammenbau der Einzelteile in der Werkstatt sowie das endgültige Fügen auf der Baustelle untersucht und dargestellt. Es wird insbesondere auf den Einfluss des Montagestoßes eingegangen, welcher unter verschiedenen Umgebungstemperaturen geschweißt wurde. Den experimentellen Untersuchungen, welche jeweils praxisnah in der Werkstatt und in der Großklimakammer unter verschiedenen Umgebungstemperaturen von -10 °C bis 20 °C (Raumtemperatur) durchgeführt wurden, sind Simulationsergebnisse, analytische Berechnungen sowie ingenieurtechnische Ansätze des Schweißeinflusses gegenübergestellt. Durch die Erfassung der Fertigung der Bauteile können geeignete Ingenieurmodelle zur Verfügung gestellt werden, um anschließend eine Traglastuntersuchung für den Stabilitätsfall durchzuführen. Schließlich führen die Untersuchungen dazu, dass die fachgerecht geschweißten Baustellenstöße im betrachteten Temperaturbereich (bis -10 °C) für das Material und die Schweißeigenspannungen unbedenklich sind. Für die Erfassung eines solchen Stoßes wurde ein ingenieurmäßiger Ansatz ausgearbeitet, welcher die Schweißeinflüsse berücksichtigt. Die Auswirkungen des Montagestoßes wurden somit in einer nichtlinearen Traglastanalyse ausgewertet. Der Einfluss des Montagestoßes auf die Traglast lag unter 5% im ungünstigsten Fall. N2 - The subject of the presented work are investigations on the prediction of the manufacturing process in the production of welded Double-T girders. The assembly of the individual parts in the workshop as well as the final joining on the construction site are examined and presented. Particular attention is paid to the influence of the assembly joint, which was welded under different ambient temperatures. The experimental investigations, which were carried out practically in the workshop and in the large-scale chamber under different ambient temperatures of -10 °C to 20 °C (room temperature), are compared with simulation results, analytical calculations as well as engineering approaches of welding influence. By capturing the manufacturing of the components, suitable engineer models can be provided to subsequently carry out a structural load capacity analysis for a given stability case. Finally, the investigations lead to the fact that the professionally welded construction site joints within the considered temperature range (down to -10 °C) are harmless for the material and the welding residual stresses. For the consideration of the assembly joint, an engineering approach was developed, which takes into account the welding influences. The effects of the assembly joint were thus evaluated in a nonlinear load analysis. The influence of the assembly joint on the load capacity was less than 5% in the worst case. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 18 KW - Montagestöße KW - Bauteilversuche KW - Stahlbau KW - Stabilität KW - Schweißeigenspannungen KW - Assembly joints KW - Component tests KW - Steel construction KW - Stability KW - Residual welding stresses KW - Doppel-T-Träger KW - Schweißverbindung KW - Stoß KW - Tragverhalten Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55518 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Doliva, Stefan T1 - Einfluss des Reparaturschweißens von Altstählen auf deren Restlebensdauer T1 - Influence of repair by welding of old steels on their remaining life time N2 - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden 123 Proben aus ungeschweißtem und geschweißtem Altstahl Dauerschwingversuchen unterzogen. Sie versagten bei Lastspielzahlen von weniger als 10.000.000 oder überlebten das Dauerschwingen. Die wesentliche Erkenntnis ist, dass das Schweißen ohne signifikanten Einfluss auf die Dauerfestigkeit des Kerbdetails an sich zu sein scheint. Entscheidend scheint die Geometrie der Kerbe zu sein und nicht die in den Altstahl eingebrachte Schweißwärme. Zur Verifizierung wurden unter anderem Schweißraupen auf nachweislich stark versprödetem Altstahl aufgebracht und wieder abgeschliffen. Diese Proben zeigten dann im Zugversuch teilweise bessere Werte als die unbehandelten Proben; auch die aus diesen Proben ermittelten Wöhlerlinien stellten sich flacher, also langlebiger, dar als die Linien der unbehandelten Proben. Daneben wurden auch die Kerbklassen FAT 160, FAT 112, FAT 90, FAT 71 und die für Brückenbauwerke unerhebliche FAT 36 untersucht. Nahezu alle untersuchten Proben wiesen Schwingbreiten auf, die im Rahmen des EC 3 zulässig wären. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass die Schweißwärme einen eher positiven Einfluss auf das Altmaterial hat. In die gleiche Richtung gehen die Erkenntnisse, die gewonnen wurden, als der Altstahl bei rund 1.000 °C geglüht wurde. Die Werte der Kerbschlagarbeit erhöhten sich beträchtlich. Die Zeitdauer, die dieser Zustand anhält, wurde jedoch nicht untersucht. Hier besteht die Möglichkeit weiterer Forschungen. Hinsichtlich der Restlebensdauer von nicht vorwiegend ruhend beanspruchten Bauwerken scheint jedoch klar zu sein, dass der Einfluss des Schweißens ohne Berücksichtigung bleiben kann. N2 - In the present study, 123 samples made from unwelded and welded old steels were subjected to fatigue tests. They failed after less than 10 million cycles or they survived the procedure. The main result is that welding does not seem to have a significant impact on the fatigue strength of structural details. The geometry of the notch appears to be decisive, not the welding heat applied to the old steel. For verification purposes, weld beads were deposited on the very brittle old steel and sanded off again. Some of these samples demonstrated better tensile test values than the untreated samples. The fatigue resistance S-N curves were also flatter, i.e. more durable, than the lines of the untreated samples. In addition, the notch classes FAT 160, FAT 112, FAT 90, FAT 71 and FAT 36 (not important for bridge building) were examined. Almost all examined samples showed stress ranges, which would be allowed under the EC 3. It can’t be excluded that the welding heat has a positive influence on the old steel. The findings concerning the annealed old material (at 1.000 °C) show a similar effect. The values of the impact energy increased significantly. No steps have been taken to examine how long this state is retained. This could be investigated at some time in the future. With regard to the residual life time of structures primarily exposed to static loads, however, it seems clear that the impact of welding can be left neglected. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 11 KW - Reparaturschweißen KW - Altstahl KW - Lebensdauer KW - Restlebensdauer KW - Schweißeignung KW - Repair by welding KW - Old steel KW - Life time KW - Residual life time KW - Welding KW - Stahl KW - Stahlbau KW - Reparaturschweißen KW - Restlebensdauer KW - Dauerschwingfestigkeit Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40599 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Ciupack, Yvonne T1 - Untersuchungen zur Bedeutung und Anwendung der Zuverlässigkeitstheorie im Bauwesen am Beispiel von Stahlklebverbindungen T1 - Investigations on the significance and application of reliability methods in civil engineering exemplified by bonded steel joints N2 - Der nationale und internationale Wettbewerbsdruck in der Baubranche mündet in immer komplexeren Strukturen, ressourceneffizienten Bemessungsprinzipien sowie innovativen Produkt- und Konstruktionsideen. Die Aufgabe von Ingenieuren ist es, diese Weiterentwicklungen für die Gesellschaft nutzbar zu machen und dabei ein gefordertes Sicherheitsniveau zu gewährleisten. Um Neuschöpfungen, seien sie konstruktiver oder analytischer Art, der Gesellschaft zugänglich zu machen, ist unter Umständen eine Erweiterung des Sicherheitsbegriffs notwendig. Denn über den Wirkungshorizont des Bauingenieurs hinaus ist das Begriffsfeld in allen Funktionszusammenhängen bedeutsam und nicht selten Entscheidungsträger für die Verwirklichung von Konstruktionen. An dieser Problemstellung setzt die Arbeit an. Übliche zuverlässigkeitstheoretische Verfahrensweisen werden für komplexe analytische Modelle angewandt. Untersuchungsobjekte sind dabei zwei Anwendungsbeispiele aus dem Stahlfassadenbau, bei denen erstmals geklebte Lösungen zum Einsatz kommen. In eigenen Untersuchungen wird die Tragfähigkeit der Konstruktionen unter Nutzung von experimentellen Erhebungen charakterisiert. Desweiteren werden die Anwendungsgrenzen und stochastischen Fragestellungen der typischen Methoden der Zuverlässigkeitstheorie im Bauwesen diskutiert. N2 - The national and international competitive constraint in the construction industry is leading to more complex structures, resource-efficient design principles as well as innovative products and designs. The task of engineers is to make these further developments usable for society and to ensure a required safety level. In order to make new creations, of a constructive or analytical nature, accessible to society, an extension of the concept of reliability may be necessary. In addition to the scope of the civil engineering, the conceptual field is significant in all functional contexts and often a decision-maker for the realization of constructions. The work starts with this problem. Usual methods of reliability theory are applied to complex analytical models. Investigation objects are two application examples of steel façade construction, where bonded solutions are used. In own investigations the load-bearing capacity of the structures is characterized by the use of experimental results. Furthermore, the application limits and questions of the typical methods of reliability theory in civil engineering are discussed. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 12 KW - Stahlbau KW - Klebtechnologie KW - Zuverlässigkeit KW - Steel Construction KW - Bonding Technology KW - Reliability Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40779 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Bartholomé, Susanne T1 - Grundlegende Untersuchungen zu strukturierten Blechen in Stahlleichtbauträgern T1 - Fundamental investigations on light weight steel girders with structured webs N2 - Im Rahmen des Forschungsprojektes werden Fragestellungen des Stahlleichtbaus bezüglich des Einsatzes von strukturierten Blechen hinterfragt, untersucht und Lösungen vorgestellt. Als Anwendungsbeispiel werden in dieser Arbeit geschweißte I-Träger mit schlanken, strukturierten Stegen untersucht. Eine Serie von Blechträgern mit verschiedenen Stegausführungen - eben, profiliert und strukturiert - wird modelliert und auf ihre Schubtragfähigkeit untersucht. Die vorliegende Arbeit beschreibt erste Untersuchungen zu strukturierten Blechen mit aktuellen numerischen Analysen und praktischen Versuchen zum globalen und lokalen Beulen. In Versuchen und numerischen Simulationen werden verschiedenste geschweißte Stahlleichtbauträger untersucht. Es wird erkundet, inwiefern sich das Beulverhalten von Trägern mit strukturierten Stegen gegenüber ebenen oder profilierten Stegen verändert. Außerdem wird definiert, welche Strukturen sich am besten für den Einsatz in Stahlleichtbauträgern eignen. Schließlich wird ein Vergleich von numerischen und analytischen Versuchsergebnissen aufgezeigt und ein Berechnungsvorschlag gegeben, welcher dazu dient, Stahlleichtbauträger mit strukturierten Blechen bemessen zu können. N2 - In that research project one will know how the use of structured webs in lightweight steel structures is. As an example welded girders with I-section and thin structured web will be investigated. A series of plate girders with different webs - flat, profiled or structured - is modelled and analysed under shear load. The aim of the tests is to study if the behaviour of these girders with structured web differs from comparable flat or even corrugated web. The work describes former investigations on the shear capacity of the structured sheets, ongoing numerical analysis and experimental tests on global and local buckling. Finally a comparison between numerical and experimental test results will be made. Furthermore a concept for calculating will be designed for lightweight girders with structured webs. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 10 KW - Strukturierte Bleche KW - Stahlleichtbauträger KW - Beulen KW - Schubtragfähigkeit KW - Structured sheet metal KW - Light weight steel structures KW - Buckling KW - Shear KW - Strukturiertes Blech KW - Steg KW - Tragfähigkeit KW - Bemessung Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36375 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Sahellie, Samer T1 - Study on the temperature effect on lap shear adhesive joints in lightweight steel construction T1 - Untersuchungen zum Einfluss der Temperatur auf geklebte Zug-Scher-Verbindungen in Stahlleichtbaukonstruktionen N2 - In line with the developments in steel industry, the methods of joining steel members have been developed; therefore, the configuration of functional connections with economic and partly-aesthetic advantages has become possible by the use of the known joining methods, which are bolts, rivets and welding. However, these joining methods do not accompany the further developments and requirements needed to construct lightweight connections or to join dissimilar materials or composite constructions. Moreover, the traditional joining methods do not fulfill the increased requirements of the aesthetics of the joints. In the field of steel constructions, structural engineers might use the bonding technique as an alternative method to join the lightweight steel members or as a helpful mean in the bolted or riveted joints in heavyweight steel structures. Despite the advantages of the adhesive bonding technique, the structural designers in the field of steel constructions are still not able to use it in their practical applications because of the doubts regarding the verifiability of bonded steel joints. This is mainly because of the lack of standards for verifying such joints in steel constructions. To facilitate using this technique in steel constructions, hard efforts have to be performed in order to find out the methods of verifications of bonded steel joints. This starts with understanding the behaviour of the adhesive materials as well as their cohesion ability to the steel surfaces over the whole lifetime of the structure and under all possible loading and environmental conditions. Afterward, the mechanical properties of the adhesives have to be presented by their reliable values that take into account all factors and conditions to which the bonded joint is subjected. These values have to be based on the reliability methods and consequently they are guaranteed for the intended lifetime of the designed structure. It is well known that the adhesives, being viscoelastic materials, are very sensitive to several factors such as the environmental effects, mainly temperature and humidity, and the long-term loading. The loss of strength and durability of adhesives materials, due to the mentioned factors, is an essential aspect that has to be determined and to be taken into account of the structural designers during the design process. For example, it is generally proven that the increase of temperature causes a decrease in the elastic (E) and (G) moduli, cohesive and adhesive forces within the joint and maximum stresses which can be carried by the joint. However, there is still a huge lack in describing the degradations of the mechanical properties quantitatively. Similarly, the failure in the adhesives, loaded for long time by a constant stress even less than their short-term strengths, is probable due to the well-known rheological phenomenon of viscoelastic materials which is the creep phenomenon. Moreover, the adhesives will creep at high temperatures faster; hence the failure will happen in a shorter time. Describing the long-term behaviour of the structural adhesives is still modest; therefore, the time-to-failure of bonded steel joints under long-term loading cannot be exactly predicted. This is an essential issue has to be dealt with to fulfill the requirements of employing the adhesive bonding technique in the structural fields including the steel constructions. The efficiency of using adhesive-bonded joints in steel constructions is higher when the adhesives in these joints are loaded in shear. In such shear joints, the lightweight steel members (adherends) are likely to yield before the break within the adhesive layer happens, especially when large bonded areas are used because the developed shear stresses over the most of these areas will be very small. This thesis deals with the temperature influence on the behaviour of two adhesive systems (acrylic and epoxy) and on the capacities of adhesively bonded lap shear joints. The temperature influence is quantitatively described for short-term loading over a service range of temperature from -20 °C to +40 °C. The quantitative description is done by proposing the partial factors and the conversion factors that take the temperature effect into account. This influence is also dealt with for long-term loading to describe the shear creep behaviour of the adhesive materials used. Consequently, the time-to-failure of the bonded lap shear joints due to the creep phenomenon of the adhesives under three applied stresses at room temperature is predicted. Moreover, the estimation of time-to-failure is extended to be used for other shear stress levels. The temperature influence as well as the efficiency of using adhesive-bonded joints in lightweight galvanized steel constructions is also illustrated by giving a practical example of strengthening cold-formed “C” section girders. Comparisons between the two adhesive systems for all cases are given. N2 - Im Einklang mit den Entwicklungen in der Stahlindustrie wurden die Methoden zum Verbinden von Stahlelementen entwickelt. Die Auslegung dieser funktionalen Verbindungen mit ihren ökonomischen und ästhetischen Vorteilen ist nur möglich geworden mit dem Einsatz des bereits vorhandenen Wissens über die Fügetechniken Schrauben, Nieten und Schweißen. Trotzdem begleiten diese Verbindungstechniken die weiteren Entwicklungen und die nötigen Anforderungen an Verbindungen in Leichtbaukonstruktionen, an das Fügen artfremder Werkstoffe oder bei Mischbauweisen, nicht. Im Bereich der Stahlkonstruktionen könnte die Klebtechnik, als eine alternative Methode zum Verbinden von Stahlleichtbauelementen oder als Hilfsmittel für Schraub- und Nietverbindungen im Falle von schweren Stahlkonstruktionen von Tragwerksplanern verwendet werden. Trotz der Vorteile der Klebtechnik sind die Tragwerksplaner noch nicht in der Lage, sie in der Praxis zu nutzen. Vor allem aber aufgrund der fehlenden Normen zur Verifikation der geklebten Stahlverbindungen. Um die Verwendung dieser Fügetechnologie im Stahlbau voranzutreiben, müssen große Bemühungen aufgewendet werden, Methoden zur Prüfungder geklebten Verbindungen zu finden. Dies beginnt mit dem Verständnis des Materialverhaltens von den Klebstoffen, sowie dessen Adhäsionsfähigkeit an Stahloberflächen über die gesamte Lebensdauer. Anschließend müssen zuverlässige Werte aller mechanischen Eigenschaften der Klebstoffe vorgelegt werden, die alle Einflüsse und Bedingungen berücksichtigen, die die Klebverbindung beanspruchen. Diese Werte müssen auf Zuverlässigkeitsmethoden beruhen und eine vorgesehene Lebensdauer der entworfenen Struktur garantieren. Es ist bereits bekannt, dass Klebstoffe aufgrund ihrer Viskoelastizität sehr empfindlich auf verschiedene Faktoren, vor allem Temperatur und Feuchtigkeit, und die Dauerbeanspruchung reagieren. Der Verlust an Festigkeit und Gebrauchstauglichkeit des Klebstoffes aufgrund der genannten Faktoren, ist ein wesentlicher Aspekt, der festgelegt und der während des Entwurfsprozesses des Tragwerksplaners bereits berücksichtigt werden muss. Zum Beispiel, ist im Allgemeinen nachgewiesen, dass die Erhöhung der Temperatur zur Abnahme des Elastizitäts- (E) und Schubmodule (G) führt, sowie zur Abnahme der kohäsiven und adhäsiven Kräfte, die durch die Verbindung übertagen werden können. Es gibt immer noch eine große Wissenslücke in der allgemeinen Beschreibung der Abnahme von mechanischen Eigenschaften. In ähnlicher Weise ist wahrscheinlich das Versagen der Klebstoffe, die unter Langzeitbelastung mit einem konstanten Spannungsniveau unterhalb der Spannungen bei Kurzzeitbelastung getestet sind durch das bereits bekannte rheologische Phänomen von viskoelastischen Materialien bedingt, nämlich das Kriechen. Ferner kriechen Klebstoffe bei hohen Temperaturen schneller, somit tritt das Versagen in kürzerer Zeit auf. Das Langzeitverhalten von strukturellen Klebstoffen ist nach wie vor mäßig beschrieben, deshalb kann das Versagen über die Zeit von geklebten Stahlverbindungen unter Langzeitbelastung nicht exakt vorhergesagt werden. Dies ist ein wesentlicher Kernpunkt, welcher für die Anforderungen an strukturellen Klebungen, wie z.B. im Stahlbau, berücksichtigt werden muss. Die Effizienz der Verwendung von Klebverbindungen im Stahlbau ist höher, wenn die Klebstoffe in diesen Verbindungen auf Schub beansprucht sind. In solchen auf Schub beanspruchten Verbindungen kann es früher zum Versagen der zusammenverbundenen Stahlteile (Fügeteile) als zum Versagen des Klebstoffes in der Klebfuge kommen. Vor allem, wenn große Klebflächen benutzt werden, da die auftretenden Scherspannungen über die meisten dieser Bereiche sehr klein sind. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Temperatureinfluss auf das Verhalten von zwei Klebstoffsystemen (Acrylat-und Epoxysystem) und mit der Kapazität der geklebten überlappten Klebverbindungen. Der Temperatureinfluss wird quantitativ für Kurzzeitbelastungen über einen Temperaturbereich von -20 °C bis +40 °C beschrieben. Die quantitative Beschreibung wird mit Hilfe von Teilsicherheits- und Umrechnungskoeffizienten für Temperaturauswirkungen durchgeführt, die den Temperatureinfluss in Betracht ziehen. Dieser Einfluss wird ebenfalls für die Dauerbeanspruchungbehandelt, um das Kriechverhaltender verwendeten Klebstoffsysteme zu beschreiben. Infolgedessen wird die Zeit bis zum Versagen der überlappten Klebverbindung durchdas "Kriechphänomens"des Klebstoffes, unter drei angelegten Spannungen und bei Raumtemperatur vorhersagt. Darüber hinaus wird die Schätzung der Zeit bis zum Versagen auch für andere Scherspannungsniveaus erweitert. Der Einfluss der Temperatur sowie die Effizienz der Verwendung von Klebverbindungen auf verzinkte Stahlkonstruktionen im Stahlleichtbau wird ebenfalls mit einem praktischen Beispiel der Verstärkung von einem kaltgeformten C-Träger dargestellt. Schließlich werden Vergleiche zwischen beiden Klebstoffsystemen angegeben. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 9 KW - Bonded steel joints KW - Temperature effect KW - Structural adhesives KW - Short and long-term loading KW - Shear strength KW - Geklebte Stahlverbindungen KW - Temperatureffekt KW - Strukturelle Klebstoffe KW - Kurz- und Langzeitverhalten KW - Schubspannung Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35153 SN - 1611-5023 ER - TY - THES A1 - Li, Zheng T1 - Statistical size effect in steel structure and corresponding influence on structural reliability T1 - Statistischer Maßstabseffekt im Stahlbau und korrespondierender Einfluss auf die Zuverlässigkeit N2 - This thesis aims to investigate the statistical size effect in the elasto-plastic material and the corresponding reliability of steel structures. The core idea is that the stochastic material properties are directly embedded in mechanical calculations to develop a more accurate and economical design method for steel structure. Moreover, the results of the experimental investigation with different specimen sizes, whose diameter is limit up to 32 mm, show that the statistical size effect exists in steel structures. This thesis demonstrates finally that the structural reliability is affected by the statistical size effect and the structural safety can be optimized by considering this effect. Because of the uncertainty and non-uniformity of the microscopic imperfection distribution, the material strength in macroscale presents complex randomness. This study described the randomness of material properties through two different ways: developing a stochastic material model for elasto-plastic material and establishing a discrete random field with a general mathematical program. The proposed stochastic material model is extended to analyze the steel structure with multiaxial stress and is integrated into the commercial FEM software for analysis of the complex structures with stress gradient. The stochastic finite element method is implemented to analyze the response of the 3D structures by a general-purpose FEM program when the random field file is imported into the finite element model. The uniaxial tensile tests with different specimen sizes and different material are carried out to demonstrate the statistical size effect in steel structures. The results show that the variations of the yield and tensile strength increase with the decreasing specimen volume. Moreover, according to the bending tests, it is obvious that the structural component strength is not only related to the specimen volume, but also the stress distribution. These two proposed simulation methods, which are an extension and supplement to traditional simulation methods, can effectively simulate the statistical size effect for the tensile and flexural components in steel structures. Finally, it is found by studying the influence of statistical size effect on structural reliability that the strength, which is obtained by small specimens through statistical analysis in the laboratory, is no more accurately applicable to large construction. The reliability theory for the structural safety which exists over the decades can be compared and validated or improved through the embedding the stochastic material properties in the numerical simulation. N2 - Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, den Einfluss des statistischen Maßstabseffekts auf die elasto-plastischen Werkstoffeigenschaften und die entsprechende Zuverlässigkeit im Stahlbau zu quantifizieren. Die stochastischen Materialeigenschaften werden direkt in die numerischen Berechnungen implementiert, um eine präzisere und wirtschaftlichere Methodik für die Bemessung von Stahlkonstruktionen zu entwickeln. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen mit verschiedenen Probengrößen (max. Durchmesser bis zu 32 mm), dass der statistische Maßstabseffekt in Stählen existiert. Mittels numerischer Simulationen wird gezeigt, dass die Zuverlässigkeit der Bauteile durch den statistischen Maßstabseffekt beeinflusst wird und dass die strukturelle Sicherheit unter Berücksichtigung dieses Effekts optimiert werden kann. Aufgrund der vorhandenen mikroskopischen Imperfektionen und der Unsicherheiten über deren Verteilung zeigen die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs Zufälligkeiten. Diese Arbeit beschreibt die Zufälligkeit des Werkstoffs auf zwei verschiedene Wege: die Erste ist die Entwicklung eines stochastischen Materialmodells mit elasto-plastischen Materialeigenschaften. Die zweite Möglichkeit ist der Aufbau eines diskreten Zufallsfeldes mit einem allgemeinen mathematischen Programm. Das vorgeschlagene stochastische Materialmodell wird erweitert, um die Stahlkonstruktion unter multiaxialer Beanspruchung zu analysieren. Es wird in die kommerzielle FEM-Software integriert, um komplexe Bauwerke mit Spannungsgradienten zu analysieren. Die stochastische Finite-Elemente-Methode wird implementiert, um die Antworten der 3D-Konstruktion durch ein allgemeines FEM-Programm zu analysieren, nachdem die Zufallsfelddatei in das Finite-Elemente-Modell importiert wurde. Um den statistischen Maßstabseffekt im Stahlbau zu demonstrieren, werden die uniaxialen Zugversuche mit unterschiedlichen Probengrößen und verschiedenen Werkstoffen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Streuungen der Streckgrenze und die Zugfestigkeit mit zunehmendem Probenvolumen abnehmen. Darüber hinaus hängt die Festigkeit des Bauteils nicht nur vom Probenvolumen gemäß den Biegetests, sondern auch von der Spannungsverteilung ab. Sowohl die analytische Methode als auch die vorgeschlagene Simulationsmethode, die eine Erweiterung und Ergänzung zu traditionellen Simulationsverfahren sind, können den statistischen Maßstabseffekt für die Zug- und Biegekomponenten in Stahlkonstruktionen erfassen. Die Untersuchungen des Einflusses des statistischen Maßstabseffektes auf die strukturelle Zuverlässigkeit ergaben, dass die Festigkeiten, die an kleinen Proben durch statistische Analysen im Labor ermittelt werden, für größere Bauteile nicht mehr exakt zutreffen. Daher kann die Zuverlässigkeitstheorie für die strukturelle Sicherheit mit der Simulation verglichen und validiert oder verbessert werden, indem die stochastischen Materialeigenschaften in das Simulationsmodell eingebettet werden. T3 - Schriftenreihe Stahlbau - 13 KW - Statistical size effect KW - Steel structure KW - Stochastic material model KW - Stochastic finite element method KW - Structural reliability KW - Statistischer Maßstabseffekt KW - Stahlbau KW - Stochastisches Materialmodell KW - Stochastische Finite-Elemente-Methode KW - Strukturelle Zuverlässigkeit KW - Stahlbau KW - Finite-Elemente-Methode KW - Stochastik KW - Stoffeigenschaft KW - Zuverlässigkeit Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-45557 SN - 1611-5023 ER -