Der Stahlbau : Beilage zur Zeitschrift die Bautechnik, Jg. 4, Heft 12

DER STAHLBAU

S c h r i f t l e l t u n g :

3)r.=3ng. A. H e r t w i g , Geh. Regierungsrat, Professor an der Technischen Hochschule Berlin, Berlin-Charlottenburg 2, Technische Hochschule Fernspr.: Steinplatz 0011

Professor W. R e i n , Breslau, Technische Hochschule. — Fernspr.: Breslau421 61

B e i l a g e

T 'M U T " D A T U T N T T T Z

Fachschrift für das ge-

z u r Z e i t s c h r i f t

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^{O n L}

J 1 r ^ n

1 \ 1 l \ ^ Samte Bauingenieurwesen Preis des Jahrganges 10 R.-M. und Postgeld

4. Jahrgang BERLIN, 12. Juni 1931 Heft 12

Die stark voneinander abweichenden Beanspruchungen der Schweiß­

naht auf Zug, Druck bzw. Schub bringen bei Anschlüssen mit zusammen­

gesetzter Beanspruchung gewisse Schwierigkeiten der Berechnung mit sich.

Da es eine genaue Berechnungsart für derartige Schweißverbindungen noch nicht gibt, so muß man sich vorläufig mit Nüherungsberechnungen behelfen. Die Angaben in den .Richtlinien*, im .Erlaß“ und in den .Vor­

schriften“ bezüglich der Biegungsbeanspruchung sind nicht etwa dahin zu verstehen, als gelten diese fü r au f B ie g u n g b e a n s p r u c h te N äh te . Sie beziehen sich vielmehr auf K o n s t r u k t io n e n , die auf Biegung beansprucht und deren Anschlüsse mittels Schweißnähten hergestcllt sind. Dabei setzt sich aber die Beanspruchung der Schweißnähte um in Zug bzw. Druck und gegebenenfalls Schub. Die Schweißnähte selbst sollen grundsätzlich nicht auf Biegung, sondern nur auf Zug, Druck oder Schub beansprucht werden.

Alle Arten von Kehlnähten, seien sie Flanken- oder Stirnnähte, sind nach den Vorschriften stets mit pSchllb zu berechnen.

Bei einem geschweißten Anschluß nach Abb. 1 genügt es vorderhand, die erforder­

liche Gesamtnahtlänge aus Formel I

Die Dresdener Versuche der Deutschen Reichsbahn-Gesellschaft und des Deutschen Stahlbau-Verbandes

Alle Rechte V o rb e h a lte n .

mit geschweißten Stahlkonstruktions-Verbindungen.

Von ®r.=5in<j. cfjr. Hans Schmuckler, Berlin-Frohnau.

Z u s a m m e n fa s s e n d e V o r b e m e r k u n g :

Mit der zunehmenden Verwendung der Schweißtechnik Im Stahlbau gewinnt die Frage nach der Sicherheit geschweißter Stahlverbindungen erhöhte Bedeutung. Diese ist ln erster Linie bedingt durch eine gute Ausbildung der Schweißer, die richtige Wahl der Schweißmaschine, der Stromstärke, Stromspannung und der Elektroden sowie durch eine sach­

gemäße Anordnung der Schweißnähte.

Das Gefühl der Sicherheit geschweißter Stahlbauten wird erhöht durch Versuche.

Eine Reihe von Versuchen mit geschweißten Stoßverbindungen, die im Aufträge der Deutschen Reichsbahn-Gesellschaft und des Deutschen Stahlbau-Verbandes im Materialprüfungsamt Dresden durchgeführt worden sind, werden im folgenden beschrieben und damit Rückschlüsse auf die Berechnung von Schweißverbindungen gezogen. Die nachfolgenden Aus­

führungen wollen in erster Linie vom Standpunkt des Statikers und Kon­

strukteurs gewertet werden.

E in e e in g e h e n d e w is s e n s c h a f tlic h e B e a r b e it u n g de r V er­

suche von Prof. Dr. G e h le r w ird in K ü rze in der g le ic h e n Z e its c h r if t e rsc h e in e n .

Mit dem Erlaß des Preußischen Ministers für Volkswohlfahrt vom 10. Juli 1930 ist die Schweißtechnik für Stahlbauten in Preußen allgemein zugelassen. Dieser Erlaß stützt sich auf die vom Fachausschuß für Schweißtechnik beim V .D .l. im Herbst 1929 bearbeiteten und im Januar 1930 veröffentlichten Richtlinien1) und gibt sowohl dem entwerfenden Ingenieur als auch dem prüfenden Baupolizeibeamten einen Anhalt für Entwurf, Ausführung und Prüfung von geschweißten Stahlkonstruktionen.

Schon bei der Veröffentlichung der .Richtlinien“ wurde es als ein Mangel empfunden, daß eine ausreichende Berechnungs-Theorie nicht beigefügt werden konnte, denn die Richtlinien enthalten in dieser Hinsicht nichts als die allgemeine Formel für die Berechnung von Schweißnähten.

In den n e u e n „ V o r s c h r ifte n fü r g e s c h w e iß te S t a h l b a u t e n “ 2) ist an Stelle des bisherigen tfzu| für die Berechnung von Schweißnähten die Bezeichnung ozul gewählt, so daß die Formel zur Berechnung ge­

schweißter Stabanschlüsse lautet:

F o r m e l l : P = S l a p iui,

worin P die am Anschluß wirkende Kraft, / die Nettolänge der Schweiß­

nähte (also ohne Endkrater), a die Höhe des eingeschriebenen gleich­

schenkligen Dreiecks der Naht und p2Ul die zulässige Beanspruchung derselben bedeuten. Dabei ist (J2ul verschieden für Zug, Schub und Druck, und zwar ist n a c h de n a lte n R ic h t lin ie n :

Pzugzu. = 0,850 t/cm2

? D r u c k z u t = '> 1 0 0 „ P s c h u b z u l ~ 0,750 . ,

nach dem Ministerialerlaß vom 10. Juli 1930 und den .Vorschriften“ :

Scheitel der Naht

da-Überhöhung dHahf (beid'Berechnungnicht zu berücksichtigen!]

Fläche zwischen x ,y ,z - Einbrand Abb. 3.

bei: "zu. = 1.200 1 = 1,400

;

¡ = 1,600 für den Urstoff t/cm3 |

0,6 p, "Zug = * ) ' 0,720 0,840 0,960 für die Schweiße 0>?5 <fzut — _"Druck 0,900 1,050 j 1,200 . .

°-5 "zu! = "Schub 0,600 0,700 0,800 \ „ ) "Biegung ^Zug*

‘) Z. d. V d I. 1930, Heft 1, Stahlbau 1930, Heft 9 u. 20.

2) Normbtatt DIN 4100. Heftausgabe Berlin 1931, Wilh. Ernst & Sohn.

(z. B. bei einer Materialgrundspannung von 1,200 t/cm2 mit der zulässigen Schubspannung 0,600 t/cm2) zu ermitteln und / == lt + U + l3 zu setzen.

Bei dem Anschluß eines Winkelprofils an ein Knotenblech nach Abb. 2 ist zu beachten, daß die Schwerlinie des anzuschweißenden Stabes mit derjenigen der Schweißverbindung zusammenfällt, daß also (zunächst unter Vernachlässigung von l 3) sein muß:

ly ___ JC,

Schließlich ist aber wiederum

l — ¡1 + ¿2 +7ä

aus Formel I zu bestimmen. Den Querschnitt einer Schweißnaht zeigt Abb. 3.

Bei Anschlüssen, die auf zusammengesetzte Festigkeit beansprucht werden und bei denen alle drei Beanspruchungsarten:

Zug, Druck (bzw. Biegung) und Schub

gleichzeitig auftreten, läßt diese wichtige statische Aufgabe sich vorläufig noch nicht einwandfrei lösen. Zur Beurteilung der Kräftewirkung in solchen Anschlüssen ist man auf den Versuch angewiesen.

Es ist deshalb besonders dankenswert, daß die D e u ts c h e Reichs- b a h n - G e s e lls c h a ft und der D e u ts c h e S ta h lb a u - V e r b a n d B e r lin die Mittel für zunächst 24 Versuche zur Verfügung gestellt haben, deren Ergebnis ln der Tabelle I zusammengestellt ist.

134

S c h m u e k le r , Dresdener Schweiß-Versuche DER STAHLBAU

Beilage zur Zeitschrift „D ie B autechnik“

T a b e l l e I.

fall: Probekörper

Gemessener Schweißquerschnitl ohne Kraterenden

,yi. r>

l'/tvZn Lj- —

i, • IX m j vyp

Figur n

Hahtabnttsur.gtr:

a • Irn 1 omBrntfr-

ln’t99im) qutrxtoHt

Mahhbmessungen: I lP:0

Mfhf [• a 'Ä iflrt '-1

T ,

fei

JÄL

5/7g//g >7

m it den am Versuchskörper festgestellten Nahtabmessungen

Trägheitsmoment J x

cm*

- 2M0 cm*

j;- 2-0,7-199-10.35* -

»2920cm1'

j^ 2 -0 m e 5 m * * m - -QS3-ml}’ 2fm 0'570)-

m 3860cm*

Widerstandsmoment K cm3

im .tAe

■23t cm1

w -

•272 cm1

i m . m :

Fläche der Schweißen F'

cin*

2-0.6-192- -23.0 m *

20,7-19.0- -27,1cm1

2 tn 5 -w *m m ) -92,8 cm*

Errechne te Bruchlast nach Formel JL in l

(iferwA" l/ 071* angenommenJ

PJ -33.01 JO-

362/ 1(21/

Bruchlast in der Prüfmaschine

Pu in l

23,0

31, 9

aus ff, u fj) errechnet nach -

¡¡,-4 -1 0 0 0

ZJJasL

Pr’ (errechnet)

2,97

2.23

Sooltfß mit dtn ti’oh iabm czsur.gcn

gemäß Mfrkieichnung und statischer Berechnung

(Sollabmessungen)

26.9

¡ ’■¡L-iOOO

l/c m f

3.18

2.66

Nahhb.-mssungen •

NohU a •*?***!

i , - * » * I onBnxh- Figur w */*,

* » / , a.:,»!«""**™ *

k •••£-■ ■J________________________

Jx m2-(l9M ‘0.71 ■ 1035** 160-0.71-

■8,05*) -2-flVSO * 7V0) -

•UMO cm'

m o _

10,71 2(13,90.71 *160-0,71) -50.30 on*

M - WöwMm) Pa’ - 52,01

38,2

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NoMohmtUunpn Naht a - S i m

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■ £ • ‘t- M •(

■10M ’- a t ‘2i -3100 cn*

1069 -290cm1

2-19.9-0.69*126'ü0- - m e n *

Jx- t t Sj£ 2-*2'1M67-ti3i -215*2780-

'•299öm *

Figur nie te,

Nahtobmestungen:

Nohl Fa-6.7 mm) V * * * l am Bruch- Mäht f ■a - 6 J **n [*#rschniH

U-V7 - J

. | Q « s , cm

1995 _ I f f i 281cm*

2-199-067*126-127"

-92,0 cm* ^ - W -zStH k s) 36.01

38.0 30.9 3,69

U,

Ndhtobmessungen- Naht!-- a - S.?>im

U-tS '

(am BruchquerscfmiH)

S1zf fl/7 Cf7 7 !T * * i

L o l « I j L i«

J ,-

■ u- w P - as- iso ts-

-1823m‘

n s ■

•126cm1

10.67-1J-

- I2,lcn‘

V - 15.251

2.15

u, fhhtabmfssurgen.

tohtl> a-iSrrvn in *« • (am Bruchquerschnifi)

i

j x . i M J 5 i . t .tJ .acs.

BJl'-M'lßM - -1770 cm*

W -

-122 cst*

9-0,65'9,5-

-11,7 cm* P„'- %7S l

17.7 3.6 15,9 3,99

a * ^ ;' J ' f f - r- 'l i&dxtn i s y '

J ß -fM 06(15,9** 1XS)*H0

■03-n8**&jf&t2-tm9*

•9325+920*338 *15• - 5600 cm“

W -

-357 cm3

2-19jO-06*12,0-03*

*12-150*

-99,9cm* P / -39,51

55.85 9.85 312 5,20

¿ .A i

jf.fi'2 :no-a6-nn‘»

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-347 an1

2-190'0,6* 1,2-155' 91,9cm*

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5 IJ 9,92

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Jx'-2-m06-19.95*^f^

-9760*220-

-U980cm*

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19.75 2'19.0 ^6*12-130•

-38.9 cm*

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$•32,91

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Jedoch:

5 6 0 0 - m*)J-

-5600-HS -

• 5982 cm*

m t . 15,7

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• 92 cm*

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>312 . n .js -1j j m ‘

2t3.0M 'l2-H 5-

-3S,6m‘ ^3.0-

- W M

P ,'- 11,31

m 12.2

Da die Probekörper zum Teil, mit Rücksicht auf die Einspannung in der Maschine, doppelt ausgeführt werden mußten, so sind die nicht zu Bruch gegangenen Versuchskörper eine Kontrolle für die Richtigkeit der gezogenen Schlüsse. Allgemein ist zu den Versuchen folgendes zu sagen:

Die in der Tabelle I enthaltene Bruchlast P# ist e r r e c h n e t unter Annahme einer Bruchbeanspruchung der Schweiße von pBr = 3,000 t/cm2;

die in der Prüfmaschine erreichte Bruchlast Pm ist im allgemeinen größer als PR.

Die Tabelle zeigt die Gegenüberstellung der Ergebnisse einmal unter Zugrundelegung der Schweißnahtabmessungen, w ie sie in den Werk- z e ic h n u n g e n v o r g e s c h r ie b e n w a re n und nach bestem Können vom Schweißer auch ausgeführt wurden (Spalte B). Geht man aber bei der Errechnung der Bruchlast PR von den w ir k lic h e n B r u c h flä c h e n der Schweißnähte, w ie sie an den z e r s tö r te n P r o b e k ö rp e r n im M a t e ­ r ia lp r ü f u n g s a m t D re s d e n g e m e s s e n w u r d e n , aus, so ist das Er­

gebnis zum Teil wesentlich anders (Spalte A).

Jahrga ng 4 H eit 12

12. J u n i 1931 S c h m u c k l e r , Dresdener Schweiß-Versuche

135

T a b e l l e I (Fortsetzung).

Spalte H

mit den am VersuchskörperfistgastelHen Nahtobmessungen

Spi'te ß

mit dm Nyhfabrr'tsSungtfi g**xiß Wtrkiri(htumg und sMischtrßtrtchujnj (SoUobmtisungtn)

Lfd.

Nr.:

Fallt

, W7'16J>‘

ft-**-0’

. . ..

'22J3-‘m 1’m*97Z2 - - 10200cm.*

*<>

Probekörper

NurM ffCj ^

Figur wie Hc, Jedoch m it Eck blochen 12 mm st.

Figur wie H i,

Gemessener Schweißquersctmih ohne Kraterenden

Trägheitsmoment J x

■nss’ - m • a m •z u s o a j

Widerstandsmoment

«r cm‘

K ..- no 928c n J

k. . 7 0 X 0

S e m - m 5 cm.'

Fläche der Schweißen f

'int) .tos,

■ ■ isra ;.rr£#i

du) jssjjfj iSs ta

' cifian [.-tuütss)

-•B Js 'in

■5.7S‘’ H05-0.0-7.3'~

- IW 'U S O .5320-S W m '

W-

■ ¡.e'n-tos-tu-w '’

-690>ue0'6s$l-10800m'

wie Hd,

E r rechnete Bruchlast nach FormelR P* in l

( Pßruch ^(cm1 angenommen)

*32.11

■ V - ,w

P' m 60$'3.0

M 60J1

c n • x

p- m 31$ M . H a rfi-P w o

P1-* - 60.81 P fa - HS l

Bruchlast in der Prüfmaschine

P „in l

76,0

76,0

33.1 93.1

*55 U5.5

9L * emitte/t ausPH uPn' f ‘errechnet nach:

9 L --$ -J 0 °0 S ' (errechnet)

i

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60,8

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l/cm ,1

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(a u f Druck)

183.9 9,6 6,20

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(a u f Druck ) 178,5 91,8

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(2-<9.0'2.<Z0)-

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J& jjß r l -27,81 W 75,1 X tl

Figur wie 17^ Jx- ^ jp - ^ M'aTS m f

* 2-17,0-0,75 • 8,02* •

■ 71,5*3060* m 5 -177201'

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21

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S toßm aterioh

Zjm H LM vw .frK i*

-366+576* • 6150 cn* • 1 )1 cm '

- V 0 m ‘

2,28

Man ersieht aus dem Vergleich der Spalten A und B der Tabelle I, wie wichtig cs ist, die wirklichen Schweißnaht-Querschnitte genau fest­

zustellen.

Ein nennenswerter Unterschied in den Ergebnissen rührt auch davon her, daß in den Werkzeichnungen nach den .Richtlinien“ die Endkrater mit 1 cm Länge angegeben wurden, während die Messungen an den zerstörten Versuchskörpern nur Kraterlängen von etwa 0,5 cm ergaben, wie auch in den neuen „Vorschriften“ aufgenommen.

Das Ergebnis der Versuche soll zunächst für die Praxis gezogen werden; es ist schon deshalb nicht genau, weil bei den meisten Versuchen die Verformungen so groß wurden, daß das Hookcsche Gesetz keine Gültigkeit mehr hat. Wie eingangs schon erwähnt, soll eine eingehendere wissenschaftliche Behandlung von Prof. Dr. Gehler in einem späteren Aufsatze folgen. — Die Dresdener Versuche zeigten, daß Schweißverbin­

dungen gegenüber Niet- und Schraubenverbindungen eine größere Steifig­

keit besitzen und eine nicht unerhebliche Ersparnis an Material und Arbeit für die Anschlüsse ermöglichen.

Die Versuche gliedern sich in vier Gruppen:

V e r s u c h s r e ih e I:

Biegungsfeste Anschlüsse von Trägern an Stützen.

V e rs u c h s re ih e II:

Rechtwinklige Steifrahmen-Ecken mit verschiedenen Stoßdeckungen.

V e rs u c h s re ih e 111:

Druck- bzw. Knickstäbe mit Schweißverbindungen in Stabmitte.

V e r s u c h s r e ih e IV:

Auf Biegung beanspruchte Träger mit geschweißten Stoßverbindungen in der Mitte.

Bei sämtlichen Versuchen wurde S.-M.-Stahl ln Handclsgüte, und zwar für die Träger vom P e in e r W a lzw e rk und für die Laschen von den M itt e ld e u t s c h e n S ta h lw e r k e n verwendet. Das Material Ist durch Entnahme von Probestäben im Materialprüfungsamt Dresden geprüft worden.

Es wurde festgestellt:

= 4,16-v-4,8 t/cm2, 2,48 -f- 2,98 » ,

* ¿ = 2 2 - - 3 1 ,5 % , V = 46,8 — 63,8 % .

136

S c h m u c k i e r , Dresdener Schweiß-Versuche DER STAHLBAU

Beilage zur Zeitschrift „Die B autechnik“

Abb. 4. Versuchsreihe I. Versuchsanordnung in der Prüfmaschine.

F o r m e l II: PBnich = V f,* + P22 = ] / ( ^ ) + ( ^ ) benutzt werden, woraus sich als th e o r e tis c h e B r u c h la s t an den

Kragarmen = 26,4 t (Spalte B) bzw.

P R = 28,3 t ( , A) ergibt.

Der Bruch in der Maschine erfolgte bei Pm = 28,01, und zwar in der oberen Zugnaht (Abb. 6), was verständlich ist, weil die unteren Schweiß­

nähte zwar nach den Vorschriften auf Schub berechnet werden, tat­

sächlich aber in der Hauptsache Druckbeanspruchungen erfahren, gegen­

über denen die Schweiße viel widerstandsfähiger ist.

Die Bruchfläche geht m itte n durch die Zugnaht, ein Zeichen dafür, daß diese einen guten Einbrand aufwies.

Außerdem bildet — wie bereits bemerkt — bei jedem der Versuche der nicht zu Bruch gegangene zweite Trägeranschluß einen Kontroll- versuch mit besserem Ergebnis als der gebrochene. Die Bruchbean­

spruchungen der Schweißverbindung errechnen sich aus der in der Prüf­

maschine ermittelten Bruchlast Pm = 28,0 t mit den z e ic h n e r is c h v o r ­ g e s c h r ie b e n e n Abmessungen der Schweißnähte:

pBr = 3,18 t/cm2 (Spalte B), mit den w ir k lic h e n Abmessungen im Bruchquerschnitt:

Pßr = 2,97 t/cm2 (Spalte A), d. i. 6,6 °/o weniger.

Noch stärker tritt der Unterschied bei Versuch Ia2 hervor, bei dem, mit den v o r g e s c h r ie b e n e n Nahtquerschnitten ermittelt:

?Br. — 3>66 llcm~

der tatsächlichen Bruchbeanspruchung mit dem w ir k lic h e n Bruch­

querschnitt Pßr = 2,86 t/cm2

gegenübersteht. Die tatsächliche Bruchbeanspruchung ist also um 22 °/0 geringer. Während nach dem Ergebnis mit den v o r g e s c h r ie b e n c n Nahtquerschnitten die Bruchbeanspruchung höher war als die angenomme­

nen 3 t/cm2, ergab die genaue Prüfung mit dem w ir k lic h e n Bruch­

querschnitt eine um l° /0 (Ia,) bzw. 4,7°/0 (Ia2) gegen 3 t/cm2 verminderte.

Die verhältnismäßig geringe Bruchspannung ist auch insofern erklärlich, als bei dem Anschluß der Versuche Iax und Ia2, lediglich mit Flansch- kehlnähten, die Schubspannung nur in mangelhafter Weise aufgenommen werden kann, und durch das Fehlen der Stegnähte infolge der Schub­

kraft Pyj die Flanschnähte noch starke Biegungsmomente in sich erfahren.

V ersuche Ib, u n d Ib 2.

Die beiden Parallel-Versuche Ib t und Ib 2 unterscheiden sich von lai und Ia2 dadurch, daß die Trägerflansche mit je zwei Kehlnähten ober­

halb und unterhalb der Flansche an die Stütze angeschlossen wurden.

Nach Tabelle I ergibt sich mit den wirklichen (nach dem Bruch gemessenen) Bruchquerschnitten

bei I b , : pBr = 2 ,2 3 0 t/cm2 (Spalte A), . Ib2: pBr = 2,090 ,

während mit den in den W e r k z e ic h n u n g e n v o r g e s c h r ie b e n e n und scheinbar so gut wie möglich bei der Ausführung eingehaltenen Naht­

querschnitten bei Ib ,: ?Br = 2,660 t/cm2 (Spalte B),

, Ib„: pB = 2 ,8 3 0 , »

sich ergibt. " ^ Br'

Die wirkliche Bruchbeanspruchung ist also bei Ib , 16°/o> bei I b 2 35,5 °/o geringer als die- m it den zeichnerisch vorgeschriebencn N aht­

querschnitten errechnete. Auch bei diesen Versuchen waren in den angeschweißten Nähten die Endkrater m it 1 cm Länge angenom men, während die Messungen an der Bruchfläche nur etwa 0,5 cm Kraterlängen ergaben.

Wie bei den Versuchen Ia, und Ia, wird auch bei Ib , und Ib2 der ungünstige Einfluß des Fehlens der Stegnähte deutlich.

Als Schweißstäbe wurden für alle Schweißungen nackte Elektroden der Q u t e h o f f n u n g s h ü t t e verwendet.

Die Bearbeitung der einzelnen Konstruktionsteile erfolgte in den Werkstätten von B re est & Co., Berlin, die Schweißarbeit in den Schweiß­

lehrwerkstätten des Reichsbahn-Ausbesserungswerkes Wittenberge unter Leitung von Prof. Bardtke und Reichsbahnrat Kautner. Die Versuche im Versuchs- und Materialprüfungsamt der Technischen Hochschule Dresden wurden von Prof. Dr. G e h le r und Baurat Dr. F in d e ise n unter Be­

teiligung von Oberbaurat F iic h s e l und dem Verfasser durchgeführt.

V e r s u c h s r e ih e I:

B ie g u n g s f e s te A n s c h lü s s e von T räg e rn an S tü tz e n . Die Versucbsanordnung in der Maschine zeigt Abb. 4.

Der Knotenpunkt ist mit Kalkmilch gestrichen, um die Fließfiguren er­

kennbar zu machen. Der Anschluß ist achs symmetrisch, indem auf beiden Seiten der Stütze aus IP 2 2 je ein IP 2 0 stumpf angeschlossen wurde.

Die Schweißverbindung ist in verschiedener Form erfolgt, und zwar:

Bel Versuch Ia, und Ia2 : durch zwei äußere Flanschkehlnähte, Ib, „ Ib2: durch zwei äußere und zwei Innere Flansch­

kehlnähte,

Ic, „ Ic2: durch zwei äußere Flanschkehlnähte und zwei Stegkehlnähte,

Id, „ Id 2: durch obere und untere Flanschwinkel, welche sowohl mit dem IP 2 0 als auch mit der Stütze I P 22 durch Kehlnähte

„ i„ ___ i r„ verbunden sind.

V ersu ch e Ia, u n d Ia2.

Die Berechnung für die Schweißverbindung erfolgte nach Tabelle I.

In Spalte B sind bei der Errechnung von P ^ die Abmessungen der Nähte entsprechend den Werkzeichnungen eingesetzt, wobei die Länge der Endkrater mit je 1,0 cm (im allgemeinen zu groß) angenommen wurde. In Spalte A wurde die rechnerische Bruchlast P^ mit den w ir k ­ lic h e n Bruchflächen der Schweißnähte ermittelt.

Nach Abb. 5 ist mit den Nahtabmessungen der Werkzeichnungen das Trägheitsmoment der Schweißnähte:

J'x = 2 • 18,0 • 0,6 • 10,32 = 2290 cm4 (wobei ,a “ in der Ebene « — « umgeklappt wurde); daraus:

2290 217 cm3

•v 10,6 Der Querschnitt der Nähte Ist:

P ' = 2-18,0-0,6 = 21,6 cm2.

Demgegenüber ergeben sich nach Tabelle I mit den w ir k lic h e n Bruchflächen der Schweißnähte:

J'x = 2440 cm4 W'x = 231 cm3 / = '= 23,0 cm2, also 7 °/0 größer.

Da in der Schweißver­

bindung nicht nur das Bie­

gungsmoment/M = £ /} • 22,5, sondern auch die Querkraft p R wirkt, so kann als Be­

anspruchung in derselben angenähert die

Abb. 5. Biegungsfester Anschluß eines I P 20 an eine Stütze aus I P 22. (Versuch Ia, [Ia2]).

N ahtabmessungen nach der VVerkzelchnung; SollmaOe.

l

Jahrgang 4 H e il 12 , Q _

12. J u n i 1931 S c h m u c k l e r , Dresdener Schweiß-Versuche 1 o(

Abb. 7 zeigt die Schweißverbindung I b, nach dem Bruch.

Die unteren gedrück­

ten Anschlußnahte sind völlig intakt, die oberen gezogenen quer durch die Naht gerissen.

Bei dem Ver­

such Ib2 ist das Bruch­

bild das gleiche.

V e rs u c h e 1c, u. Iq.

Im Gegensatz zu den Versuchen la und Ib , bei denen die Träger I P20 nur mittels Flanschnäh­

ten an die Stütze angeschlossen sind, ist bei Ic£ und Ic2 außer den Flansch­

nähten noch eine Doppelstegnaht von a

= 0,6cm Sollstärke und h — 14 cm Netto­

höhe in den Zeich­

nungen vorgeschrie­

ben worden. Die w ir k lic h e n Ab­

messungen, die im Bruchquerschnitt ge­

messen wurden, weichen (vgl. Ta­

belle I) zum Teil er­

heblich ab.

Die Bruchbean­

spruchung aus Pm mit den im Bruch g e m e s s e n e n Naht­

querschnitten ist nach Tabelle I

bei

I q : pB = 3 ,0 9 t/cm (Spalte A), bei

I q : oB = 3,17 t/cm2 (Spalte A), während nach den Soll - Nahtabmessun­

gen der Zeichnungen

bei I q : pBr

Abb. 6.

Versuch I at : Bruch ln der oberen (Zug-) Naht, o,',r = 2,970 t/cm2 (Versuch I a2: Bruch in der oberen (Zug-) Naht, o'Br = 2,860 t/cm2).

Abb. 7.

Versuch I b , : Bruch in der oberen (Zug-) Naht, p'Br = 2,230 t/cm2 (Versuch 1 b„: Bruch in der oberen (Zug-) Naht, pBr = 2,09 t/cm2).

Abb. 8.

Versuch I q : Bruch in der oberen (Zug-) Naht, pBr : (Versuch I q : Bruch in der oberen (Zug-) Naht, pBr :

(Spalte B),

= 3,090 t/cm2

= 3,170 t/cm2).

Versuch I d2 mit Anschlußwinkeln:

Bruch in den oberen (Zug-) Nähten, pBr = 3 ,6 0 0 t/cm2.

(Die unteren Nahte sind gleichfalls aufgcbrochcn.)

sich ergeben würde.

= 3,700 t/cm2 i q : pBr = 3 ,6 7 0 .

Das Ergebnis der Versuche I q und I q mit Steg­

nähten ist wesentlich besser als das der Versuche Ia und Ib oh n e Steg­

nähte, und die Beanspruchungen liegen bei den Versuchen der Reihe Ic über der nach den „Richtlinien“ maßgebenden Bruchbeanspruchung von 3 t/cm2.

Verbindungen gemäß Versuchsreihe Ic sind demnach als biegungsfeste Anschlüsse vorzuziehen und vorzuschreiben!

Abb. 8 zeigt die Schweißverbindung nach dem Bruch. Die untere auf Druck beanspruchte Naht bleibt wie bei den Versuchen Ia,, Ia,, Ib,, lb2 intakt, die obere Zugnaht ist teils in der Naht selbst, teils im Ein­

brand gerissen. Die Stegnähte sind von oben beginnend nach unten auf­

gespalten.

V e r s u c h e Id, u n d Id 2.

Bei diesen Versuchen wurde der Anschluß des Trägers an die Stütze mit Hilfe von Flanschanschlußwinkeln bewirkt, die mit Kehlnähten an die Träger und die Stützen angeschweißt wurden.

Versuch Id 2 unterscheidet sich von Id, dadurch, daß bei ersterem die Winkelschenkel durch eingeschweißte Blechecken ausgesteift worden sind, die bei Id, fehlen (vgl. die Abbildungen der Tabelle I).

Die Versuche haben gezeigt, daß die Aussteifecken ,E “ den ge­

schweißten Anschluß verbessern, well sie das Verbiegen der Winkel­

schenkel verhindern und dadurch die Anschlußschweißnähte von sekun­

dären Biegungsbeanspruchungen in gewissem Maße freihalten.

Vergleicht man aber die viel einfacheren Anschlüsse von Ia, bzw. Ia2 und die dabei festgestellten Bruchlasten Pm = 28,01 bzw. 31,41 mit dem Versuchsergebnis von Id, bzw. Id 2 mit 15,25 t bzw. 14,75 t, so er­

scheint der Anschluß nach Ia, bzw. Ia2 günstiger. Vorzuziehen bleibt

aber in jedem Falle die Ausführung nach Ic, und I q mit Flansch- und Stegnähten.

Die Verbesserung des Anschlusses Id, bzw. Id 2 durch Kehlnähte an den äußeren Winkelschenkeln würde diese Ausführung, gegenüber den einfacheren der Reihe Ic, wirtschaftlich noch ungünstiger gestalten.

Das Ergebnis der Versuche Id, und ld 2 Ist nach Tabelle I mit den w ir k lic h e n Bruchquerschnitten

bei I d , : pBr = 2,85 t/cm2 (Spalte A),

” 1 ^ 2 : Plir. — 3 , 6 0 „

Die Bruchbeanspruchungen mit den v o r g e s c h r ie b e n e n Nahtquer­

schnitten der Werkzeichnungen und statischen Berechnungen sind bei Id ,: pBr = 2 ,8 2 t/cm2 (Spalte B),

, I d 2 : p Br = 3,44 .

Der Unterschied zwischen Spalte A und B ist hier wegen der besseren Übereinstimmung der Soll-Querschnitte mit den wirklichen Bruchquerschnitten geringer. Die geringere Bruchbeanspruchung bei Id, gegenüber Id , ist, wie bemerkt, darauf zurückzuführen, daß infolge der starken Verbiegung des Anschlußwinkelschenkels die vertikalen Schweiß­

nähte zusätzlich auf Biegung beansprucht werden. Der Einfluß der fehlenden Stegnähte am Träger macht sich bei diesen Versuchen in geringerem Maße als bei denen der Reihe Ia und Ib bemerkbar, well die vertikalen Anschlußnähte einen Teil der Schubkräfte aufzunehmen in der Lage sind.

Abb. 9 zeigt das Bruchbild des Versuches Id2.

V e r s u c h s r e ih e II:

R e c h t w in k lig e S te if r a h m e n e c k e n v e r s c h ie d e n e r A u s b ild u n g . Bel diesen Versuchen sind die Konstruktionsteile mit Ausnahme der Schweißnähte durchweg mit Kalkfarbe gestrichen worden, damit die unter

138

S c h m u c k i e r , Dresdener Schweiß-Versuche DER STAHLBAU Beilage zur Zeitschrift »Die Bautechnik*

<5,Jr = 2,84 t/cm2 ergab, so günstig, daß die Konstruk­

tion von Steif­

rahmenecken da­

durch ein voll­

kommen neues Gesicht bekommt.

Vergleicht man insbesondere die sehr einfache und billige Rahmen­

ecke der Versuche Iax und Ia2 mit der komplizier­

ten, viel Arbeit und Material er­

fordernden Rah­

menecke des Ver­

suches II f (S. 141), so erkennt man unschwerdiewlrt- schaftliche Über­

legenheit der Schweißverbin­

dung.

Die technisch brauchbare Kon­

struktion und große Sicherheit der letzteren ist durch die vorlie­

genden Versuche nachgewiesen (vgl. Tabelle I).

Dieses Ergebnis und das der Ver­

suchsreihe I wird auch auf die künf­

tige Ausbildung von Stahlskelett­

bauten von Ein­

fluß sein, bei denen die Windaufnahme steife Eckverbindungen notwendig macht, die bisher vorwiegend mit zweiteiligen Stützen und durch- gesteckten Unterzügen3) ausgeführt wurden.

Auch der Vlerendeel-Träger, der infolge der schwierigen, teuren und in Nißttechnik nicht einwandfrei ausführbaren Steifrahmenecken seit Jahren ln den Hintergrund getreten war, gewinnt durch die Schweißtechnik erneute Bedeutung.

V e rsu ch e IIal u n d 11a,.

Abb. 10 zeigt das Schema der Versuchsanordnung und Abb. 11 die Versuchskörper in der Prüfmaschine.

Um die Biegeversuche durchführen zu können, mußten jeweils zwei Versuchskörper „a“ und „b" nach Abb. 10 zusammengefaßt werden, von denen selbstverständlich jeweils nur der schwächere zu Bruch ging.

Untersucht wurden die Steifrahmenecken bis zu den die Zugkräfte auf­

nehmenden Spannschrauben in Achse x—x.

Abb. 12 zeigt die zerstörte Steifrahmenccke in der Prüfmaschine; der Steg I P 2 0 ist ausgeknickt. Die stark hervortretenden Fließfiguren lassen den Zerstörungszustand des Stabmaterials erkennen. Die Schweißver­

bindung ist aus Abb. 10 zu ersehen. Eine S t o ß q u e r p la tt e ,D “ dient zur Unterbringung der Kehlnähte. Außer den vier Fianschnähten von 0,6 cm Sollstärke sind vier kurze, 0,6 cm starke Stegnähte in den Werk­

zeichnungen vorgeschriebcn worden. Der Bruch erfolgte ln der Achse ß—ß.

Die rechnerische Bruchlast PR ist in der Tabelle I mit den im gebrochenen Versuchskörper g e m e s s e n e n Nahtabmessungen

Abb. 12. Versuch IIa2, Steifrahmenecke. Trägersteg ausgeknickt. Trägermaterial weit über die Fließ­

grenze beansprucht. ^Laststufe ' = 5 4 ,9 t.

bei Ilaj,: P

dagegen ergibt sich

Die tatsächlich

1,5 t I 3,4 t j 34,5 t

II a2: PR’ — 33

mit den Soll-Nahtstärken PR" = 32,4 t (Spalte B).

ermittelten Bruchlasten in (Spalte A);

und -längen errechnet:

der Prüfmaschine sind PM — 55,851(113,) bzw. 54,9 t (Ha.,) und die Bruchbeanspruchungen nach Tabelle I: 4,85 bzw. 4,92 t/cm2, liegen wesentlich über der Bruchbean­

spruchung der »Richtlinien* von 3 t/cm2.

Die Zerstörung des schwächeren Versuchskörpers trat durch Aufreißen der äußeren, auf Zug beanspruchten Schweißnaht ein.

3) Stahlbau 1931, Heft 4.

Abb. 11. Versuch II a2, Stelfrahmenecke.

Versuchskörper in der Prüfmaschine.

Abb. 10. Versuch IIa[ (IIa2).

Anordnung der Versuche in der Prüfmaschine.

(Die eingetragenen N ahtabniessungen sind an den V ersuchskörpern festgestellt.)

der Belastung entstehenden Flleßfiguren deutlich hervortreten. Bel allen untersuchten Schweißverbindungen der Reihe II hat sich gezeigt, daß die Schweißnähte erst zerstört wurden, n a c h d e m das S t a b m a te r ia l der K o n s t r u k t io n d ie F lie ß g r e n z e ü b e r s c h r itte n h a tte . Bei einigen Versuchen ist der Steg der Träger (IP 2 0 ) am Auflager ausgeknickt, und der Versuch konnte erst zu Ende geführt werden, nachdem besondere Aussteifungsstege eingeschweißt worden waren.

Das Ergebnis der Versuchsreihe II ist mit Ausnahme von Hb,, bei dem eine mangelhafte Schweißnaht in Verbindung mit einer Kerbwirkung nur

Jahrgang 4 Heft 12

12. J u n i 1931 S c h m u c k l e r , Dresdener Schweiß-Versuche

139

Abb. 13. Versuch IIa2, Steifrahmenecke. Laststufe --20,6 t.

Beginn der Fließflgurcn.

Abb. 14. Versuch IIa2, Steifrahmenecke. Lastsiufe = 28,22 t.

Stfirker ausgeprflgte Fließflguren.

Abb. 15. Versuch IIa2, Steifrahmenecke. L a s t s t u f e - =¿'33,94 t

(etwa der rechnerischen Bruchlast 33,4 t entsprechend).

Stärkere Fließflguren u nd D eform ation der x P 20.

79 32 t

Abb. 16. Versuch IIa2, Steifrahmenecke. Laststufe = 39,66 t.

W eiter verstärkte Fließflguren un d V erform ungen.

Die Abb. 13 bis 18 zeigen die Versuchskörper IIa2 bei den ver­

schiedenen Laststufen. Aus den Fließfiguren ist auch die fortschreitende Zerstörung des Trägermaterials deutlich zu erkennen.

Abb. 18 stellt den Zerstörungszustand bei der Laststufe 54,9 t dar, bei der plötzlich der Bruch der äußeren Zugnaht eintrat. Stellt man die Kosten der geschweißten Rahmenecke nach Ha,, Ha, dann der ge­

nieteten nach IIf gegenüber, so ergibt sich:

F ü r d ie g e s c h w e iß te IIaj u n d II a2:

a) M a t e r ia la u f w a n d :

1 Flachstab 200-12, 0,283 m l a n g ...= 5,3 kg- b) A r b e its a u fw a n d fü r d ie S c h w e iß v e r b in d u n g :

1,4 m Schweißnaht von je = 0,6 cm und

0,24 . 1/ , . , = 0 ,3 .

F ü r d ie g e n ie te te nach Ilf:

a) M a t e r ia la u f w a n d :

1 Flachstab 200-16, 0,614 m ...= 13,5 kg 1 . 0,901 m ... = 2 2 ,8 , 2 Stoßlaschen 140-8 je 0,240 m ... .= - 4,4 ,

= 40,7 kg

l - <¡ 41 “

« ' , « i y

j j l L

t * t •

b) A r b e its a u fw a n d für d ie B o h r u n g u n d N ie tu n g : 32 Flanschniete 23 mm 0 und

10 Stegniete 23 . 0 .

Die Kosten der Stoßverbindung sind ohne Berücksichtigung weiterer Einflüsse in diesem Fall bei IIat und IIa„ rd. 4,30 RM, bei Ilf rd. 20,40 RM.

V e rsu ch e IIb, u n d IIb2.

Abb. 19 zeigt die Versuchsanordnung. Die Versuche der Reihe Hb entsprechen den um 180° gedrehten Versuchsanordnungen der Reihe IIa.

Abb. 2 0 ¿teilt die innere Ecke von IIb2 im Detail dar.

Die zerstörende Zugbeanspruchung trat in der inneren Flachnaht bei ,y ‘ ein, die rechnerische Bruchlast ist mit den w ir k lic h e n Nahtabmessungen

bei II b, : ^ ' = 32,4 t I

„ II b2 : Pft = 33,7 t j (Tabelle I, Spalte A).

, H b /: Pft — 31,9 t J

Die in der P r ü fm a s c h in e festgestellte Bruchlast ist bei IIb t : PM = 34,7 t mit oBr = 3,21 t/cm2,

. Hb2 : PM — 40,6 t „ ?Br;= 3 ,6 1 . , , IIb i': Pm~ 30,151 . ?B r- 2 ,8 4 , .

Abb. 18. Versuch IIa.„ Steifrahmenecke. Laststufe ’ — 54,9 t 2

Rechnerische Bruchlast 33,4 t. Träger zerstört. S chw eißverbindung in der Z ugnaht aufgerissen.

2 4 '>3 *•

Steg Im A usknickcn.

Stegm aterial des X P 20 Innerlich zerstört. Flansche stark verbogen.

Schw eißnähte sind nocli nicht zerstört.

DER STAHLBAU Beilage zur Zeitschrift „Die B autechnlk'

S c h m u c k lc r , Dresdener Schweiß-Versuche

zusammenwirkte. A u f V e r m e id u n g d e r a r t ig e r K e r b e in f lü s s e ist b e i de r K o n s t r u k t io n u n d A u s f ü h r u n g g e s c h w e iß te r S t e if ­ ra h m e n e c k e n b e s o n d e r s a c h t zu g e b e n . Die Festigkeit von Kehl- nähten bei Winkeln die < 90° sind, ist geringer als die bei 90°. Daher sollen Querplatten gemäß Abb. 20a so abgeschrägt werden, daß eine Kehl- naht von = ^90° zwischen Querblech und Flanschfläche entsteht.

Abb. 21 zeigt den zerstörten Versuchskörper, an dem auch die Kerb­

wirkung deutlich erkennbar ist.

■120-20-

■ thrbeilihZ) l'iffO 1

Abb. 19. Versuch II b, (II b2). Anordnung der Versuche in der Prüfmaschine,

(Die eingetragenen Nahtabm essungen sind an den Versuchskörpern festgesteilt.)

Abb. 21. Versuch IIb2, Steifrahmenecke.

PM = 40,6 t (Bruchlast) gegen = 37,7 t.

V e rsu c h e IIc, u n d IIo ,:

Die Versuchsanordnung ist die gleiche wie bei Reihe II a (Abb. 10).

Die Eckverbindung erfolgte bei IIc1 nach Abb. 22 durch je eine mit Kehlnähten angeschlosscne Flanschlasche 160-20 und durch eine vierfache Stegkehlnaht.

Bei IIc, ist zur weiteren Aussteifung noch eine Blechecke E (in Abb. 22 als Blech 220 X 12 eingetragen) eingezogen worden'.

' / / ^ Abb. 20. / / Abb. 20a.

j $ Ei nspri ngende Ecke Verbesserungs-

^ bei II b|. Vorschlag.

Auch bei diesen Versuchen zeigten sich ähnliche Fließfiguren wie bei Ha, und IIa2. Der Bruch trat aber bei erheblich geringerer Be­

anspruchung der Nähte ein (3,21 -r- 361 t/cm2 gegen 4,85 -f- 4,92 t/cm2) (IIa,, Ha,), was offenbar auf Kerbeinflüsse in der scharfen Ecke bei „y“

zurückzuführen ist. Diese Einflüsse machten sich weniger bemerkbar bei den Versuchen IIb, und II b2, bei denen die wirkliche Bruchbeanspruchung noch 7 °/o bzw. 20°/0 über pBr = 3 t/cm2 liegt, während bei dem Versuch II b2, mit pBr ==2,84 t/cm2 eine mangelhafte Schweiße mit der Kerbwirkung

____300... ...^UW^C0ir 1Q0 ^ 300 . ,100. ,

1 1 1 T i '

p ' ; p I I

/ -160-20, ! I I I ,-iso -20 i i i .-10 1.11)

Abb. 23. Versuch IIc^, Steifrahmenecke mit Flanschlaschen und besonderer Eckaussteifung. Laststufe 35,3 t. Die ersten Fließfiguren treten auf.

Abb. 23 stellt den Versuch Ile, bei Laststufe 35,3 t dar, Abb. 24 zeigt den Versuch IIc, bei der als Bruchbelastung anzusehenden Last­

stufe 93,1 t. Man erkennt, daß das Trägermaterial sehr stark verformt und innerlich vollkommen zerstört ist. Die elngeschwelßte Blechecke ist schlangenförmig verformt. Die Schweißverbindung hat diese außer­

gewöhnliche Belastung ohne Schaden ausgehalten. Die Beanspruchung in der Schweißverbindung ließ sich daher nicht feststellen.

Abb. 25 zeigt den Zerstörungszustand von vorn gesehen.

Vergleicht man den Aufwand an Material und Arbeit bei den Rahmen­

ecken nach 11a, und Ila, mit denen nach IIc, und I I s o ergibt sich folgendes:

R a h m e n e c k e n ach Ha, (IIa2):

Kostenaufwand nach Seite 139 ... RM 4,30 R a h m e n e c k e n ach IIc, (IIc2):

Materialaufwand:

1 Flachstab 160-20, 0,5 m ...= 1 3 ,1 kg 1 „ 0,460 m l a n g ...= 12,0 , 2 , 90-13, je 0,23 m ... = 8,5 . Bolzen V /i1#'

I c¹ ohne Eckmissteifung

p p (Ic ljm if • • • -

Abb. 22. Versuch IIc, (II c,). Anordnung der Versuche in der Prüfmaschine,

(Die eingetragenen Nahtabm essungen sind an den Versuchskörpern festgestellt.)

hierzu 1,92 m Schweißnaht von a = 1,4 cm und 0,92 m Schweiß­

naht von a = 0,7 mit einem Gesamtkostenaufwand von .

Jahrgang 4 H eit 12 1 -t 1

12.ju n i 1931 S c h m u c k l e r , Dresdener Schweiß-Versuche 141

Abb. 24. Versuch IIc2, Steifrahmenecke mit Flanschlaschen, Eck- Abb. 25. Abb. 27. Steifrahmenecke II d2. Laststufe 22,5 t.

aussteifung ,E ‘ . Laststufe 93,1 t = Bruchlast. Die Eckbleche Steifrahmenecke gemäß Abb. 24

sind ausgeknickt, der Träger über die Fließgrenze bean- von vorn gesehen. inneren Decklaschen nicht in den Trägerflansch, sprucht und stark'deformiert. Alle Schweißnähte sind intakt! Bruchlast 93,1 t. sondern au f denselben zu legen sind.

V ersuche IIdj u n d IId2:

Diese Versuche entsprechen der Anordnung II q mit entgegen­

gesetzter Belastüngsrichtung. Die Zugbeanspruchung tritt in der inneren Rahmenecke bei „y" ein.

Abb. 26 zeigt den Versuch Ild, in der Prüfmaschine; er entspricht dem Parallel-Versuch IId2. Die Laststeigerung zeigen die Abb. 27 bis 29, die auch in den Fließfiguren die fortschreitende Zerstörung bis zum Bruch (bei der Last = 45,5 t [IId2]) erkennen lassen. Auch bei diesen beiden Versuchen machte sich die K e r b w ir k u n g an der inneren Rahmenecke besonders ungünstig bemerkbar, so daß der Bruch vorzeitig eintrat.

Die Versuche ergaben die an und für sich selbstverständliche Folgerung, daß die Rahmenecke zur Verhütung von Kerbwirkungen nicht in der dargestellten Weise konstruiert werden darf, daß vielmehr die

Zum Vergleich mit den geschweißten Steif- rahmenecken Ist auch die genietete Ecke II f aus dem gleichen Profil I P 2 0 geprüft worden (Abb. 30).

Die errechnete Bruchlast betrug bezogen auf S chn itt«—« PR — 67 t, auf Schnitt^ —ß bezogen PR = 97,5 t, die in der Prüfmaschine beobachtete

= 74 t. Die hohe Bruchbeanspruchung läßt darauf schließen, daß auch die gestoßenen Querschnittsteile sich Infolge ihrer Einspannung zwischen den Stoßlaschen an der Kraftübertragung offenbar beteiligt haben. Abb. 31 zeigt die starken Verformungen der Steifecke. Eine zuverlässige Be­

rechnung der Beanspruchungen ist wegen der starken Verformungen und der Ungültigkeit des Hooke’schen Gesetzes nicht möglich.

Die Versuche der Reihe II zeigen deutlich, daß mit geschweißten Eckverbindungen, sofern sic richtig angeordnet und gut geschweißt werden, sich e in w a n d f r e ie S te if r a h m e n m it e in e m M in im u m an M a te r ia l u n d A r b e its a u fw a n d herstellen lassen. Der Unterschied

Abb. 28. Steifrahmenecke Ild,. Laststufe 37,8 t.

Abb. 26. Steifrahmenecke

II

d[ In der Prüfmaschine, A bb. 29. Steifrahmenecke II d2. Laststufe 45,5 t (Bruchlast).

142

S c h m u c k l e r , Dresdener Schweiß-Versuche DER STAHLBAU Beilage zur Zeitschrift »D ie B autechnik"

in den aufzuwendenden Kosten ist nach S. 139 u. 140 zugunsten von zweckmäßiger geschweißten Verbindungen erheblich.

V e r s u c h s r e ih e III m it D ru c k - (K n ic k - )S täb e n .

Um auch eine Grundlage für die Bearbeitung von Stoßverbindungen bei Druck-(Knick-)Stäben zu schaffen, sind drei Versuche durchgeführt worden, dereń günstiges Ergebnis zu einer wesentlichen Vereinfachung der Ausbildung derartiger Stöße führt.

Abb. 31. Kontrollversuch mit einer genieteten Steifrahmenecke.

Laststufe 74 t (Bruchlast).

Es zeigte sich, daß die Stoßverbindung nach Versuch IIIa mit V-Nähten in den Flanschen und X-Nähten im Steg ebenso zuverlässig ist wie die nach III b, bei der die Schweißverbindung mit Kehlnähten unter Einfügung einer Stoß-Querplatte ausgeführt wurde.

Die photographischen Aufnahmen der Druck-(Knick-)Vcrsuche, ins­

besondere die Abb. 32 u. 34 bis 40, lassen aus den Fließlinien den Kräfte­

verlauf deutlich ersehen. Die Versuchsstäbe sind an der Stoßstelle oben gefräst und unter Einschaltung eines 2 mm starken Luftspaltes durch Schweißnähte verbunden. Die Druckübertragung findet, wie auch aus den Fließlinien ersichtlich, n u r durch die Schweißnähte statt. Bei sämtlichen Druck-(Knick-)Versuchen sind die Stäbe a u s g e k n ic k t, ohne daß die Schweißnähte zerstört wurden, obgleich ihre Abmessungen so gering ge­

wählt wurden, daß eine Zerstörung der Schweißverbindung vor dem Aus­

knicken erwartet werden mußte.

.9 iS . WO ²-^90-180 J S J U .⁰J ⁰

Abb. 30. Versuch II f.

Genietete Steifrahmen­

ecke.

J*hrf 2 nj ^ 193 V

12 S c h m u c k l e r , Dresdener Schweiß-Versuche

143

Abb. 34. Druck- (Knick-) Stab III b2 Abb. 35. Druck- (Knick-) Stab III b2 (Flanschansicht) bei Laststufe 86,941. (Flanschansicht) bei Laststufe 117,451.

ln der Prüfmaschine n ach de r Z e r s tö r u n g . Die Fließfiguren weisen den Weg, den die Druckkraft innerhalb des Stabes genommen hat. Das Bild Ist das gleiche wie bei den Versuchen lila und IIIbt.

Abb. 37 bis 40 geben einen weiteren Einblick in die Gestaltung der Fließfiguren, von denen die Abb. 39 u. 40 besonders Interessant und aufschlußreich sind.

Die in der Prüfmaschine festgestellte Bruchlast von 180,4 t (lllb2) führte wie bei IIIa und IIIbt zum Ausknicken des Stabes, o h n e daß d ie S c h w e iß n ä h te b e s c h ä d ig t w u rd e n .

Die Bruchbeanspruchung der Schweißverbindung, mit dem w ir k lic h e n Bruchquerschnitt er­

mittelt, liegt bei III b2 über 5,34 t/cm2, bei Illb, mit P.M= 178,5t ist Pl!r = 5,2 t/cm2.

Alle drei Druck- (Knick-)Versuche hat­

ten also das Ergebnis, daß Schweißverbin­

dungen nach III a bzw. III b bei Knick- stäben einwandfrei sind.

Bei Stützen, deren Druckfestig­

keit voll ausgenutzt wird, ist eine Stoß­

verbindung ent­

sprechend dem Ver­

such lila — selbst bei durchlaufenden X- und V-Nähten — nicht erreichbar, so­

lange Pzul für die Schweiße ^ 0,5 tfzu, als Vorschrift gilt.

Selbst bei der Anordnung mit Stoß­

querplatten nach Ver­

such Illb, und Illb, macht die Unter­

bringung der Kehl- nähte bei dem viel zu geringen Piul einige Schwierigkeit.

V e r s u c h s r e ih e IV:

Diese umfaßt drei Versuche mit T P 20, die auf Biegung be- Abb. 36. Druck-(Knick-)Stab Illb , in zerstörtem ansprucht, in der Zustand. Bruchlast in der Maschine 180,4 t Mitte durchSchweiß- (gegen Pr- 101,4 t). Verbindung gestoßen

S äm tliche S chw eißverbindungen b lichen v ö llig Intakt. Sind. Bel IVa ist der

Abb. 39. Druck-(Knick-) Stab Illb, bei Laststufe

178,46 t.

Regelm äßige Fließfiguren von besonderer Form.

Abb. 40. Druck-(Knick-)Stab III bz auch in der Zerstörung durch Ausknicken. Laststufe 176,46 t.

D as B ild zeigt eine e igenartig gleichförm ige G e staltu n g der Flleßlinien.

Abb. 38. Druck- (Knick-)Stab Illb, bei Laststufe 140,33 t.

D ie K raftllnlenb ild er lassen deutlich erkennen, daß die Druckubertragung ausschließlich durch

die Schw eißnähte erfolgt.

Stoß durch V-Nähtc in den Flanschen und X-Naht im Steg, bei IVb, und IV b2 dagegen mit Kehlnähten — unter Einschaltung einer Stoßquer­

platte D — hergestellt. — Das Ergebnis der drei Biegungsversuche, deren wirkliche Bruchbeanspruchungen 7 bis 20°/0 über 3 t/cm2 liegen, läßt auch diese Art von Stoßverbindungen als unbedenklich erscheinen, wenngleich in der Schweißverbindung das volle Widerstandsmoment des ungestoßenen Profils mit V- und X-Nähten wegen der sehr geringen zulässigen Be­

anspruchung der Schweiße nicht erreicht werden kann.

Die wirtschaftlichen Vorteile gegenüber den üblichen genieteten und geschraubten Stößen bedürfen keiner näheren Erläuterung.

Abb. 37.

Druck- (Knick-)Stab Illb, bei Laststufe 117,40 t

CFHeßficrurenV

144

S c h m u c k l e r , Dresdener Schweiß-Versuche

DER STAHLBAU

Beilage zu r Z eitschrift »Die Bautechnik*

Die Bruchlast der Schweißverbindung ist demnach bei IV b, mit 33,4 t um 2 4 % geringer als die des ungestoßenen Profils.

Durch eine Verstärkung der Flanschnähte auf 9,7 mm Stärke könnte demnach die Schweißverbindung in ihrer Festigkeit mit dem ungestoßenen Profil in Übereinstimmung gebracht werden.

Abb. 41 zeigt den Versuch IVb, in der Prüfmaschine vor der Belastung.

Abb. 42 u. 43 lassen die Fließfiguren bei den Laststufen 27 t bzw.

33,37 t (Bruch des Versuchskörpers IVb,) erkennen.

Abb. 41. Versuchskörper IV h, in der Prüfmaschine vor der Belastung.

Abb. 42. Versuchsstab IV b, bei Laststufe 27 t.

Fließfiguren vorw iegend in den Trfigerflanschen.

Abb. 43. Versuchsstab IV b , bei Laststufe 33,37 t (Bruchlast).

Die S chw eißverbindung ist zerstört. Flleßfiguren In Steg u nd Flanschen des S P 20.

V e rsu ch IVa:

Nach T a b e lle I ergibt sich aus der Bruchlast in der Prüfmaschine:

P A[ = 38,3t mit der w ir k lic h e n Bruchfläche der Schweißnähte p„r = 3,22 t;cmä (Spalte A).

Das ungestoßenc Profil ( I P 20) würde bei pBr = 3,7 t/cm2 eine Maximal­

last von P = 4 4 t in der Mitte zu tragen imstande sein, die einfache Schweißverbindung mit V- und X-Nähten hat n u r 13°/0 weniger getragen.

V e rsu ch e IVb, u n d IV b ,:

Die Stoßverbindung des I P 2 0 erfolgte mit Hilfe einer Stoßquer- platte „D* mit Kehlnähten.

Nach Tabelle I ist die Bruchlast in der Maschine PM = 33,4 t (IVb,) bzw. PAl — 30,2 t (IVb2), woraus sich mit der w ir k lic h e n Bruchfläche der Schweißnähte: pBr = 3 , 6 t/cm2 (IVb,) errechnet.

VenuchNr. ••

Abb. 44. Graphische Zusammenstellung der wirklichen Bruch­

beanspruchungen.

In der Tabelle I sind die festgestellten Bruchbeanspruchungcn für sämtliche Versuchskörper zusammengestellt; die graphische Zusammen­

stellung der Versuchsergebnisse (Abb. 44) zeigt, daß mit Ausnahme der Versuche 1 bis 4, 7, 13, 14, 16 und 17, bei denen das Fehlen der Steg­

nähte sich ungünstig auswirkt bzw. schlechte Schweißen oder Kerb­

wirkung das Ergebnis ungünstig beeinflußten, die Bruchbeanspruchung der Schweiße zum Teil weit über 3 t/cm2 Hegt.

G e s a m te r g e b n is .

Faßt man das Ergebnis der Dresdener Versuche mit geschweißten Stahl-Konstruktlons-Verbindungen zusammen, so ergibt sich allgemein, daß die in den „Richtlinien“ und dem „Ministerial-Erlaß“ vom 10. Juli 1930 sowie in den neuen »Vorschriften für geschweißte Stahlbauten“ zugclassenen Beanspruchungen insbesondere für auf Druck beanspruchte Kehlnähte zu gering sind und eine Erhöhung rechtfertigen.

Bel den V e rsu c h e n de r R e ih e I (biegungsfeste Trägeranschlüsse) zeigte es sich, daß Kehlnähte in den Flanschen allein, infolge der in d ie s e n Kehlnähten zusätzlich auftretenden Biegungsbeanspruchungen, einen guten Anschluß n ic h t darbicten (vgl. auch die graphische Zusammen­

stellung Abb. 44).

Demnach sollten stets außer den Flanschkehlnähten auch Stegnähte

—■ zur Aufnahme der Schubkräfte — zur Ausführung kommen.

Die in den neuen „Vorschriften“ vorgeschriebene Berechnungsart von auf Biegung und Schub beanspruchten Anschlüssen gemäß Formel II (S. 136), die auch in den Vorschriften für die Berechnung und Ausführung ge­

schweißter Eisenbahnbrücken4) enthalten ist, wurde durch die Dresdener Versuche als richtig bestätigt. — Der Anschluß mit besonderen Flansch­

winkeln gemäß Versuch Id, und Id, bietet gegenüber dem viel einfacheren und billigeren ohne Flanschwinkei hinsichtlich der Festigkeit keine Vor­

teile. — Der beste Anschluß ist der nach lc, und lc ,, welcher als ein­

wandfrei zu bezeichnen ist.

D ie V e rsu ch e der R e ih e II rechtfertigen die einfache und billige Ausführung von Steifrahmenecken gemäß IIa ,, IIa, bzw. II b, und II b,, sofern die Unterbringung der Flanschnähte in den nach der statischen Berechnung erforderlichen Abmessungen möglich ist. Ist die Ausführung nach Ha, und Ila,, IIb, und IIb, nicht durchführbar, so kann sie nach Ile, und IIc, erfolgen. Zu vermeiden ist die Anordnung lld , und Ild,, bei der infolge von Kerbwirkungen der Bruch vorzeitig eintritt.

D ie V e rsu ch e d e r R e ih e III mit Druck-(Knick-)Stäben weisen den Weg zu einer sehr einfachen Stützensioßverblndung, sei es mit V- und X-Nähten oder mit Kehlnähten und Stoßquerplatten.

Bei voll ausgenutzten reinen Druckstäbcn ist der Stoß mit V- und X-Nähten allein nicht möglich, solange die zulässige Druckbeanspruchung der Schweißnähte nicht wesentlich erhöht wird.

Mit Stoßquerplatten und Kehlnähten läßt sich der Stoß auch bei voll ausgenutzten Druckstäben im allgemeinen durchführen.

Bei allen Druckversuchen wurde eine wesentlich höhere Bruch­

festigkeit der auf Druck beanspruchten Schweißnähte festgestellt, als in den „Richtlinien“, im „Ministerial-Erlaß“ und den neuen „Vorschriften“

enthalten (pBr = 3 t/cm2).

D ie V ersu che der R e ih e IV mit Trägern, die auf Biegung be­

ansprucht und in der Mitte durch Schweißverbindung gestoßen sind, erwiesen die Anwendbarkeit der Schweißtechnik auch für diesen Zweck, wenngleich die geringen zulässigen Beanspruchungen der „Richtlinien“, des „Ministerial-Erlasses“ und der „Vorschriften“ gewisse Schwierigkeiten bereiten.

Die Versuche haben aber gezeigt, daß richtig ausgeführte Schweiß­

verbindungen mit V- und X-Nähten der Festigkeit des ungestoßenen Träger-Profils sehr nahekommen, während mittels Kehlnähten und Aus­

gleichsplatten sich solche Profile vollwertig und biegungsfest stoßen lassen.

4) K o m m e r e ll, Erläuterungen zu den Vorschriften für geschweißte Stahlbauten mit Beispielen für Berechnung und bauliche Durchbildung.

3. Aufl. Berlin 1931, Wilh. Ernst & Sohn.

Für die S chriftleitung verantw ortlich: Oeh. Reglerungsrat Prof. A. H e r t w i g , Berlln-Chariottenburg.

Verlag von W ilhe lm E m st & S ohn, Berlin W 8.

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