Beitrag zur Vereinheitlichung der europäischen Regelungen zur Vermeidung von Sprödbruch

(1) Als in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts geschweißte Stahlbauteile ohne Vorankündigung mit Sprödbrüchen schlagartig versagten, wurden Nachweisverfahren entwickelt, die es möglich machten, den Werkstoff so auszuwählen, dass Sprödbrüche sicher vermieden werden konnten. (2) Diese zunächst empirischen Nachweisverfahren wurden im Zuge der Erstellung der Europäischen Vornormen (ENV) in den 90-er Jahren durch ein physikalisch begründetes Nachweisverfahren abgelöst, das auf bruchmechanischen Berechnungsmethoden basierte. (3) Mit der Überführung dieser Vornormen in die endgültige EN 1993-1-10 "Stahlgütewahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung" wurde eine grundlegende Überarbeitung und Erweiterung der Vornorm notwendig, um die darin enthaltenen Regelungen an die Zuverlässigkeitsanforderungen aus EN 1990 (Eurocode "Grundlagen der Tragwerksplanung") anzupassen. (4) Die vorliegende Arbeit liefert den wissenschaftlichen Hintergrund für die Überführung eines Teils der ENV 1993 in die EN 1993-1-10 und damit einen Beitrag zur Vereinheitlichung der europäischen Regelung für die Werkstoffwahl zur Vermeidung von Sprödbruch. (5) In dieser Arbeit werden alle Regelungen des Sprödbruchsicherheitskonzeptes der neuen EN 1993-1-10 wissenschaftlich durchleuchtet, und die Mechanik hinter den Eingangsparametern für den bruchmechanischen Sicherheitsnachweis wird umfassend beschrieben. Nachfolgend werden einige wichtige Neuerungen angegeben, die größtenteils in die EN1993-1-10 eingegangen sind. (6) Bezüglich der Erweiterung des Sprödbruchsicherheitskonzeptes wird ein Vorschlag ausgearbeitet, wie für die Werkstoffwahl ermüdungsbeanspruchter Bauteile in schadenstolerante und nicht schadenstolerante Bauteile unterschieden werden kann und wie die nach EN 1993-1-10 notwendigen Inspektionsintervalle (z.B. für Brücken) gewählt werden können. (7) Ferner wird aufgezeigt, dass auch andere als die im Brückenbau als kritisch angesehenen Konstruktionsdetails mit dem Bemessungsverfahren sicher abgedeckt sind, so dass letztendlich alle im neuen EN 1993-1-9 "Fatigue strength of steel structures" angegebenen Konstruktionsdetails nachgewiesen werden können. Als Ergebnis dieser Untersuchungen wird ein Vorgehen erarbeitet, mit der man die behandelten Konstruktionsdetails entsprechend ihren Auswirkungen auf die bruchmechanische Beanspruchung und damit ihre Sprödbruchgefährdung klassifizieren kann. (8) Außerdem wird noch in einer Parameterstudie das Zusammenwirken von hohen Dehnraten und äußeren Einwirkungen aus Ermüdungsbeanspruchungen und deren maximale Auswirkungen im Sicherheitsnachweis untersucht. (9) Es werden auch Empfehlungen ausgesprochen, wie der Sicherheitsnachweis für plastisch verformte Bauteile, die anschließend feuerverzinkt werden sollen, zu führen ist. (10) Die Regeln in der EN 1993-1-10 sind so formuliert, dass die Mitgliedsländer die Festlegung der national zu bestimmenden Parameter (Sicherheitselemente) durchführen können. (11) Die Werkstoffzähigkeit als Eingangsparameter für das neue Bemessungsverfahren ist im Verfahren so modifiziert, dass die Inhomogenität der Zähigkeit über die Blechdicke bei dicken Blechen quantitativ erfasst wird. (12) Da häufig andere Kerbschlagarbeitswerte als KVmin = 27 J zur Verifizierung der vorhandenen Zähigkeit z. B. nach technischen Lieferbedingungen ermittelt werden, wird eine Funktion eingeführt, mit der auf die Tm-Temperatur, bei der die Kerbschlagarbeitswerte im genormten Kerbschlagbiegeversuch gerade 27 J betragen, in bestimmten Grenzen zurück gerechnet werden kann. (13) Für die zukünftige Erweiterung des neuen Bemessungskonzeptes auf die Werkstoffwahl für Bauteile und Bauwerke unter Erdbebenlasten wird zum einen die Möglichkeit geschaffen, den zähigkeitsabmindernden Einfluss von plastischen Verformungen eines Stahlbauteils beschreiben zu können, zum anderen wird die zähigkeitsvergrößernde Erwärmung von Bauteilen beim gleichzeitigen Auftreten von plastischen Verformungen und hohen Dehnraten quantifiziert.