DER STAHLBAU
177
S c h r i f t l e i t u n g :
3)r.=3ng. A. H e r t w i g , G eh. R egierungsrat, Professor an d er Technischen H ochschule Berlin, B erlin-C harlottenburg 2, Technische Hochschule Fernsprecher: C I Steinplatz 0011
Professor W. R e i n , Breslau, Technische H ochschule. — Fernsprecher: Breslau 421 61
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sam te B auingenieurw esen Preis des Jahrganges 10 RM u n d P ostgeld5. Jahrgang BERLIN, 11. November 1932 Heft 23
Alle Rechte Vorbehalten
Aus Dauerversuchen mit L ichtbogenschw eißungen.1)
Ein B eitrag zur Frage der B e m e s s u n g und Anordnung der K ehlnähte. M e ssu n g von Spannungen in S ch w eiß verb ind u ngen.
Von O tto G raf, Professor an der Technischen H ochschule Stuttgart.
Bei E rörterungen über die B em essung der K ehlnähte ist die Frage zu stellen, ob lange schw ache oder kurze starke N ähte die w iderstands
fähigeren V erbindungen liefern , w enn oftm alige B elastung und Ent
lastung der S chw eißverbindungen stattfindet. Die im folgenden zuerst beschriebenen V ersuche sollen auf die B edeutung dieser Frage in bezug auf die D auerfestigkeit der Schw eißverbindungen aufm erksam machen.
W eiter w ar u. a. zu prüfen, ob die A nschlüsse m it allm ählich anschw ellenden N ähten den üblichen fortlaufend gleich stark angesetzten überlegen sind.
D abei trat w ieder die Frage der G estaltung der K ehlanschlüsse allgem ein auf; hierzu sind neuere B eobachtungen m itgeteilt, u. a. M essungen zur F eststellu n g der S pannungen, die durch Schw eißraupen verschiedener Stärke und H erstellungsart entstehen.
1. V e rsu c h e m it k u rz e n u nd la n g e n K e h ln ä h te n .
Die Körper nach Abb. 1 bis 4 hatten lange schw ache Längskehlnähte (im Falle der Abb. 4 auch Q uernähtc), die Körper nach Abb. 5 bis 7 kurze
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Querschnitt A-A Abb. 3.
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Abb. 1. Abb. 2.
Querschnitt A-A Abb. 7.
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1,-30 1,-200
Abb. 5. Abb. 6.
Abb. 1 bis 7. A usbildung und A bm essungen der Prüfkörper.
Ü ber die g e w ö h n l i c h e n Z u g v e r s u c h e ist in den Spalten 6 bis 10 der Z usam m enstellung 1 berichtet. D er Bruch trat gem äß Abb. 8 ein; in allen Fällen w ar die Zugfestigkeit der C - Profile m aßgebend. Die Schw eiß
stellen hielten stand. Die rechnungsm äßigen A nstrengungen u n ter der H öchstlast sind in den Spalten 8 und 9 der Z usam m enstellung 1 angegeben. -
starke Längskehlnähte derart, daß d ie nach DIN 4100 m aßgebenden Flächen der Raupen in beiden Fällen fast gleich groß w aren. D am it kam im Falle der Abb. 1 bis 4 m ehr C - und Flachstahl, im Falle der Abb. 5 bis 7 m ehr Schw eißm aterial in die V erbindungstellen 2).
‘) 3. Teil der D a u e r v e r s u c h e mit^ S c h w e i ß v e r b i n d u n g e n . Der 1. Teil ist in d er Schrift „D auerfestigkeit von Stählen m it W alzhaut, ohne und mit Bohrung, von Niet- und Schw eißverbindungen“, V D I-V erlag 1931, S. 38 ff., veröffentlicht. Dort ist für K ehlschw eißungen die D auerfestigkeit bei U rsprungsbelastung und bei h o h er G rundlast m itgeteilt. Im 2. Teil, der in der B autechn. 1932, H eft 30 u. 32, S. 3 9 5 ff., erschienen ist, sind U nter
suchungen m it Stum pfschw eißungen und m it K ehlschw eißungen ver
schiedener H erstellungsart untersucht w orden. D abei zeigte sich, daß die Stum pfschw eißung der K ehlschw eißung bei U rsprungbelastung bis jetzt überlegen ist. W eiter w urde festgestellt, daß die N ahtlänge der K ehlschw eißung bei der D auerfestigkeit w eltergehendcn Einfluß h a t als bei d er gew öhnlichen statischen U ntersuchung.
2) Eine N aht enthält bei Abb. 1 rd. 3,5 cm 3, bei Abb. 5 rd. 5,5 cm 3 Schw eißm aterial.
Gew öhnlicher Zugversuch
max J 40,8 kg/mm2
Bruch nach
zwischen cf— 0,5 und
r. ■ ö — 0,5
D auerzugversuch 1 271 000 Lastwechseln
13,0 kg/m m 2 0,5
Abb. 8. Abb. 9.
Abb. 8 u. 9. B rucherscheinungen.
D ie Ergebnisse der D a u e r z u g v e r s u c h e finden sich in den Spalten 11 bis 19 der gleichen Z usam m enstellung. Die Z ahlen in den Spalten 12 und 13 lassen erkennen, daß es sich um D auerzugversuche handelte, die von ein er ruhenden G rundlast au = 0,5 kg/m m 2 ausgingen. G esucht w urde die obere B elastungsgrenze a0 , die im W echsel zwischen au und <t0
Zusammenstellung1. Probekörper nachAbb. 1 bis 7,hergestellt durchdie Firma D. Lichtbogenschweißung, Gleichstrom, 150 Amp.Stromstärke; blanke SeelenelektrodenUnionKS37mit4 mm Durchm. ZugfestigkeitderC-Profile, ermitteltdurchKugcldruckversuche(DIN160511) im FlanschKz —43kg/mm2.
178 G r a f , Aus D auerversuchen m it Lichtbogenschw eißungen DF.R STAHLBAU
Beilage zur Zeitschrift »Die Bautechnik"
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2 000 000 mal erreicht w erden k o n n te, ohne daß ein Bruch ein
t r a t3). Wird von der kleinen G rundlast a b g eseh en , so h an d elt es sich um die U rsprungsfestig- keit D zu.
Die D auerzugfestigkeit fand sich mit langen schw achen N ähten nach Abb. 1 bis 3 zu 7 kg/m m 2, m it kurzen starken N ähten nach Abb. 5 bis 7 zu 9 kg/m m 2.
(Spaltw eite lz = 30 mm) H i e r n a c h h a b e n h i e r d i e k u r z e n s t a r k e n N ä h t e n a c h A b b . 5 b i s 7 e i n e b e s s e r e W i r k u n g g e h a b t a l s d i e l a n g e n s c h w a c h e n n a c h A b b . 1 b i s 3.
A bb. 15.
Zur B eurteilung dieses U nter
schiedes sei das Folgende hervor
gehoben.
D er Bruch der V erbindung trat bei den D auerversuchen stets im C-Profil am E intritt zur Schw eiß
stelle ein, wie Abb. 9 bis 12 al l gem ein erkennen lassen und w ie Abb. 13 anschaulich dartut. ln Abb. 13 ist besonders deutlich erkennbar, daß links am Beginn der Schw eißraupe der Bruch ein
g e le ite t w u rd e 4). H ier w ar der Bruch zu erw arten, w eil an der Schw eißstelle eine große U nstetig
keit im Kräftefluß liegt und eine scharf ausgeprägte Spannungs
schw elle geschaffen ist, was bei d er Ü bertragung oft w ieder- k ch ren d er, stark w echselnder Lasten bekanntlich große B edeu
tu n g hat.
3) W enn in einzelnen Fällen die V ersuche nur bis 1 oder 1,5MU- lionen Lastw echsel durchgeführt w orden sind, so geschah dies m it Rücksicht auf die zur V erfügung steh en d en M itte! und auch, weil das E rgebnis gen ü g en d klargestellt erschien.
4) Vgl. auch G r a f , Die D auer
festigkeit der W erkstoffe und der K onstruktionselem ente, S. 45 ff.
Berlin 1929, V erlag Julius Springer.
Jahrgang 5 Heft 23
11. November 1932 G r a f , Aus D auerversuchen m it Lichtbogenschw eißungen 179
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0.5 m m I (J. x f l Abb. 13. Bruchfläche des K örpers E 3 7 . C E 5 nach Abb. 5 bis 7.
Abb. 14. Aus K örper E 37. C A 4 nach Abb. 1 bis 3, geschnitten bei b b, Abb. 16.
D er Anfang d er Risse ließ sich an den V erbindungstellen erm itteln, die nicht zum Bruch kam en. H ier w aren feine Risse festzustellen, wie sie in Abb. 14, 17 u. 18 angegeben sind. Am E nde der Schw eißung erscheint ein zur Zugrichtung stark geneigter Riß, dam it anzeigend, daß die entscheidende A nstrengung im Ü bergang zur Schw eißung liegt und daß diese A nstrengung von der verm ittelten Spannung, die bei der Be
m essung der Schw eißstellen errechnet wird, w esentlich abw eichen muß.
A llerdings erscheint d er Rißverlauf in den zu vergleichenden Schw eiß
verbindungen nicht w esentlich verschieden. Es w aren deshalb andere U rsachen für die V erschiedenheit der D auerzugfestigkeit zu suchen.
D abei ist zunächst das G efüge betrachtet w orden. Aus diesen U nter
suchungen seien Abb. 19 bis 24 w iedergegeben. Abb. 19 bis 21 zeigen
Abb. 17. Riß r in Abb. 14, links.
A bb. 18. Riß r ln Abb. 14, rechts.
E inzelheiten aus einer schw achen K ehlnaht, die nach Abb. 20 einlagig h erg estellt w urde. Abb. 22 bis 24 gehören zu einer starken Naht, die an der in Abb. 23 dargestellten Stelle w ahrscheinlich vlerlagig war.
W esentliche U nterschiede des G efügezustandes der ein- und m ehrlagigen N ähte w aren nicht zu erkennen. — Dann w urde die B rinellhärte (K ugel
durchm esser 2,5 mm) in den ein- und m ehrlagigen Raupen festgestellt, um zu sehen, ob in der m ehrlagigen Raupe die untere Lage w eicher sei als die einlagige Raupe. Eindeutige U nterschiede sind dabei nicht aufgetreten.
F ü r den U nterschied der D auerfestigkeit der S chw eißverbindungen nach A bb. 1 bis 3 und 5 bis 7 w aren also an d ere U rsachen als die Be
schaffenheit des M aterials der Schw eißraupen zu suchen. E ine Erklärung dürfte ln folgendem zu suchen sein.
Bruch nach 4 1 5 8 0 0 zwischen d = 0,5 und 13,0
r : d = 0,5
1 197 100 9,0 0,5
1 149 200 Lastwechseln 8,0 hg/m m 2 0,5
180 G r a f , Aus D auerversuchen mit Lichtbogenschw eißungen DER STAHLBAU
Bellâtre zur Zeitschrift „Die Bautechnlk"
Abb. 19. Abb. 22.
Körper E 3 7 . C A 4 nach Abb. 1 bis 3. geschnitten bei a a, Abb. 15. Körper E 3 7 . C H 3 nach Abb. 5 bis 7, geschnitten bei a a, Abb. 15.
Abb. 20.
Schw eißstelle s, in Abb. 19.
Abb. 21.
Aus der Schw eißung in Abb. 19;
Ü bergang von der Schw eiße zum C -P ro fil bei c.
Die C -P rofile sind — wie im m er b e i solchen V erbin
dungen — außer
m ittig an die Flach
stähle angeschlossen.
W enn ein Körper nach Abb. 25 bis 27 an den Enden durch Z ugkräfte b elastet w ird, so biegen sich die C -P ro file w egen ihres außerm ittigen A nschlusses derart, daß ihr A bstand / kleiner w ird. Die Ä nderung von / w ird u n ter sonst gleichen U m ständen kleiner m it Z unahm e der Länge der Raupe bzw. m it Zunahm e des L ängsschnitts der R aupe, w ie aus Z usam m enstellung 2 anschaulich hervor
geht. Die Ä nde
rungen von / sind von B iegungen des C- Profils begleitet, die am Beginn der Schw eißnaht bei aa (Abb. 25) in den C -P rofilen die Zug
anstrengungen um so m ehr verm indern, je g rößer die Durch
b ie g u n g /u n te r sonst gleichen U m ständen w ird. Im vorliegen
den Falle sind die D urchbiegungen mit den starken kurzen R aupen am größten a u sg efallen , w es
halb die Zugspan
nung b ei a n in die
sem Falle kleiner er-
A bb. 23. Schw eißstelle s l in Abb. 22.
w artet w erden m ußte als m it den langen schw achen Raupen; dem ent
sprechend ist mit den starken kurzen Raupen nach Abb. 5 bis 7 eine höhere D auerfestigkeit entstanden als mit den langen schw achen Raupen nach Abb. 1 bis 3. In der gleichen Richtung m ußte sich d ie Ä nderung der freien Länge lx , Abb. 5, geltendm achen. Durch V erlängerung von l2
= 30 mm auf l z = 200 mm ist die D auerfestigkeit von 9 auf 11 kg/m m 2 g estie g e n , vgl. Zu
sam m enstellung 1 5).
Durch w eitere V ersuche wird zu verfolgen sein , in
w iew eit diese F e st
stellu n g bei der G estaltung von Schw eißverbindun
gen ausgenutzt w er
den kann.
5) Die Q u ernähte nach Abb. 4 haben eine V erm inderung d er D auerfestigkeit gebracht, w ie zu er
w arten stand.
A bb. 24.
A us der Schw eißung in A bb. 22;
Ü bergang von der Schw eiße zum C -P ro fil bei c.
Jahrgang 5 Heft 23
11. November 1932 G r a f , Aus D auerversuchen mit Lichtbogenschw eißungen 181
Z u s a m m e n s te llu n g 2.
1 2 3 4 5 6 7
Bezeichnung der Proben
Art der Schw eiß
naht
Dicke a der Raupen
mm
L änge der Raupen
mm
Scher
querschnitt von 4 Schweiß
raupen
fs
cm2
F edernde d es Abs
bei d
— 6 kk/im ni
mm
Ä nderung :andes /
bei <S
.= 10 kg/mm2 mm
W 37. 40. 1—2 lang u.
schwach 4,7 130 24 — 0,029 — 0,046
W 37. 40. 3 —4 kurz u.
stark 10,3 66 27 — 0,034
(— 0,038)3)
— 0,054 (— 0,061 ) 3) E 37. C H 5 kurz u.
stark 8,2 70 23 — 0,040 — 0,067
E 37. C H 5 kurz u.
s ta rk 1) 8,2 3 3 ') 11 — 0,086 — 0 ,1 5 1 2)
*) C -P ro file und R aupen an den in Abb. 25 u. 27 strichpunktiert gezeichneten S tellen abgesägt.
2) A ußerdem 0,006 mm b leib en d e Ä nderung.
3) Bezogen auf f s = 24 cm-, zum einfachen V ergleich Ä nderungen u m gekehrt proportional f .
n 70 , 2 0 0 . 7 0 ,
Abb. 25.
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Abb. 26.
Abb. 27.
Abb. 25 bis 27. A usbildung und A bm essungen der Prüfkörper.
2. V e rs u c h e m it K e h la n s c h lü s s e n v on v e r ä n d e r lic h e r S tä r k e . Bei E rörterungen üb er die W iderstandsfähigkeit d er K ehlanschlüsse bei oftm als w ied erh o lter B elastung w urde darauf aufm erksam gem acht, daß bei solchen A nschlüssen m it bisher üblicher A usführung der Ü bergang der Kräfte vom angeschlossenen Stab in das K notenblech u. a. von plötzlichen erheblichen Q uerschnittsveränderungen b e g leitet sei. Zur M ilderung dieser B edingung könne die A nordnung einer Schw eißnaht beitragen, die vom E ingang des Stabes in den Anschluß allm ählich oder stufenw eise ansteige,
Abb. 28.
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, SchnittA-A1S ‘) Schw eißnähte wie
in Abb' 28 bis 30'
Abb. 30. 2g bis 33. A usbildung und Abmessungen
Su JtB -B der Prüfkörper.
Abb. 28 bis 30; auch solle das K notenblech nach A bb. 31 g estaltet w erden.
U ntersuchungen m it K örpern nach Abb. 31 und mit solchen nach Abb. 32 u. 33 zeigten nun, daß auf die vorgeschlagene W eise eine nennensw erte V erbesserung der D auerzugfestigkeit bei der jetzt üblichen L ichtbogen
schw eißung nicht erw artet w erden kann. Es fand sich die D auerzug
festigkeit — in gleicher W eise w ie unter A erm ittelt — bei den K örpern nach Abb. 31 zu 9 kg/m m 2, bei den K örpern nach Abb. 32 auch zu 9 kg/m m 2.
D ie S pannungschw ellen, die bei der K raftübertragung in den Körpern nach Abb. 31 u. 32 auftraten und die für die G röße der D auerfestigkeit m aßgebend sind, w aren hiernach nicht w esentlich verschieden. Da die erm ittelte D auerzugfestigkeit viel zu klein ist, um eine A usnutzung des S tahles etw a w ie bei der N ietverbindung zu erm öglichen, m uß en tw ed er die G estaltung der Schw eißverbindung Wesentlich anders als hier geschehen, od er es m uß das Material am E intritt der Schw eißstelle gegen oftmals w iederholte B eanspruchung w esentlich leistungsfähiger gem acht w erden.
Daß das letztere zur Zeit in erster Linie anzustreben ist, erg ib t sich schon aus früheren F e stste llu n g e n 6).
3. E in ig e M e s su n g e n ü b e r S p a n n u n g e n in S c h w e iß v e rb in d u n g e n , h e rv o r g e ru fe n d u rc h S c h w e iß ra u p e n v e r s c h ie d e n e r S tä r k e un d A r t.7)
W enn aus drei Flach- h j i
'S5l
*
§
1) b — 5 mm2) b = 10 mm
Abb. 35.
Abb. 34.
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fe g
ß Abb. 36.stählen eine V erbindung nach A bb. 34 u. 35 her
g estellt w ird, entstehen beim Erkalten der Schw eiß
raupen V erkürzungen der Flachstähle. Diese V er
kürzungen lassen sich durch B estim m ung d er Länge der Strecken /, Abb. 3 4, vor u nd nach dem Schw eißen feststellen.
A bb. 37 zeigt die Er
gebnisse solcher M essungen an einem Stück, das durch L ichtbogenschw eißung6) m it einlagiger Raupe (b - 5 mm, Abb. 35) herg estcllt war. Die Länge l hat sich hiernach an den außenliegcnden M eßstellen 3 und 5 um 0,20 bzw. 0,13 mm , in der M itte bei 4 um 0,125 mm v e rk ü rz t0).
D iese V erkürzungen w ürden, w enn die D ehnungszahl der g esam ten F orm änderungen zu « = 1/2 000 000 vorausgesetzt wird, durch die m ittleren Spannungen
18,2 bzw. 11,8 bzw. 11,4 kg/m m 2 0/3\--- ---— hervorgerufen.
Um nun zu erfahren, w elche Spannungen in den Flachstählen nach dem Schw eißen vorhanden sin d , w urden von dem Kreuz nach Abb. 35 zunächst die Stege m it den Raupen so w eit abge- hobclt, daß das Profil 70 • 10 mm zurückblieb. D abei haben sich die Strecken l erneut verkürzt, wie der gestrichelte Linienzug in Abb. 37 angibt. Schließlich ist der Flachstahl an den in Abb. 36 m it 5 bezeichneten, in Abb. 35 u. 36 strichpunktierten Stellen aufgeschnitten w orden.
Dabei w urden die a u ß en lieg en den Streifen von dem Druck der Schw eißraupen befreit; die V erkürzungen der Strecke /, vgl. den strich
punktierten Linienzug in Abb. 37, gingen bei der M eßstrecke 3 auf 0,10 mm, bei der M eßstelle 5 auf 0,055 mm zurück; dagegen ist die V erkürzung an der S telle 4 noch erheblich gew achsen; sie b etru g je tz t 0,25 mm.
B esonders w ichtig sind die L ängenänderungen bei den Stellen 3 und 5.
Zunächst ergab sich hier durch das Schw eißen und durch die Schrum pf
kräfte der Schw eißraupe eine V erkürzung um 0,20 bzw . 0,13 m m ; nach dem Aufschneiden des M aterials bei s, Abb. 36, gingen die V erkürzungen auf 0,10 bzw. 0,055 mm zurück, d. h. es verlängerten sich die Strecken l g eg en ü b er dem Z ustande nach dem Schw eißen
bei 3 bei 5
um 0,10 0,07 mm.
Die V erlängerung bei 3 und 5 g eg en ü b er dem Z ustande nach dem Schw eißen gibt das Maß für die D ruckkräfte, die in dem abgetrennten
°) Vgl. Bautechn. 1932, S. 395 ff., wonach mit G asschm elzschw eißung w esentlich höhere D auerfestigkeiten erzielt w urden als bei den soeben und früher m itgeteilten V ersuchen mit Lichtbogenschw eißung.
i) Vgl. auch L o t t m a n n , Z. d. V dl 1930, S. 1340 ff., auch Jahrbuch der Schiffbautechnischen G esellschaft 1928, S. 175 ff.; ferner B i e r e t t , Stahlbau 1932, S. 94 ff., sow ie S c h r ö d e r , Bauing. 1932, S. 268 ff. und E lektroschw eißung 1932, S. 41 ff.
8) G leichstrom ; 170 A m pere; 17 V ; blanke Elektroden , B öhlerB -E lite“, Kennfarbe hellgelb.
9) W erden die V erkürzungen auf die Raupenlänge von 215 mm b e zogen (vgl. Abb. 34), so betragen sie 0,93 bzw. 0,60 bzw. 0,58 mm auf I m .
Probekörper mit einlagiger Raupe, b -5mm A bb. 37.
182 G r a f , Aus D auerversuchen mit Lichtbogenschw eißungen DER STAHLBAU
Beilage zur Zeitschrift .D ie Bautechnik"
Streifen nach dem Schw eißen w irksam w aren, bis die Streifen losgelöst w urden. Wird der E infachheit w egen angenom m en, diese D ruckkraft sei über die gesam te Länge des Streifens gleich w irksam gew esen, so ergibt sich bei E inführung d er D ehnungszahl « = 1/2 000 000 die D ruckspannung
6,4 kg/mm'2.
0,6
0,5
0,4
t 0,3
& 0 , 2
§ 0,1
Nad Wegnahme t^der Stege ^
^Nath dem -Aufschneiden
bei s.AbbJS.
\ Nachdem ^ Schweißen
Na
'— denh dem Schweißen ersten Lage
0
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Meß - 7 stelle
t
bei M eßstelle 3 zu <r = rd. 9,1 Die gleichen M essungen sind an einer V erbindung mit stärke
ren S chw eißraupen, ebenfalls mit Lichtbogenschw eißung, gem acht w orden (vgl. A b b .35, b = 10 mm).
Die Ergebnisse finden sich in Abb. 38.
H ier ist zunächst hervor
z u h e b e n , daß die V erkürzungen der Strecken l durch das Schweißen w eit größer ausgefallen sind als in Abb. 37, w eil eben die stärke
ren Schw eißraupen b edeutend größere Schrum pfkräfte hervor
rufen konnten. Die V erkürzungen fanden sich an den außenliegen
den S tellen 6 und 8 zu 0,54 bzw.
0,56 mm, an der m ittleren S telle 7 zu 0,48 m m 10), d. h. auf die Raupenlängc von 215 mm bezogen 2,5 bzw. 2,6 bzw . 2,2 mm auf 1 m. D i e s e V e r k ü r z u n g e n s i n d s o g r o ß , d a ß s i e n u r e n t s t a n d e n s e i n k ö n n e n , w e n n d i e Q u e t s c h g r e n z e d e s S t a h l e s a u f d e n d r e i M e ß s t r e c k e n , a l s o ü b e r d e n
g a n z e n Q u e r s c h n i t t d e s K ö r p e r s ü b e r s c h r i t t e n w o r d e n ist.
Nach dem A bhobeln der Stege und der Raupen und nach dem A uf
schneiden des Flachstahles bei s, s, Abb. 36, gingen die V erkürzungen bei 6 und 8 um 0,09 bzw. 0,105 mm zurück; bei 7 ist d ie V erkürzung noch um 0,08 mm größer g e w o rd e n 11). Die Längenänderungen bei 6 und 8
10) Auf den U m stand, daß die Z usam m endrückungen außen größer w aren als in der M itte, soll später eingegangen w erden.
u ) Das m ittlere, rd. 35 mm b reite Stück w urde später noch auf 20 bzw. 10 mm Breite abgearbeitet. Dabei hat sich die Länge der Strecke 7
bei 20 mm Breite um 0,003 mm w eiter verkürzt, dann bei 10 mm Breite um 0,016 mm verlängert.
g eben w ieder ein Maß für die A nstrengungen, die in den Rändern des breiten Flachstahles h errsch en ; sie errechnen sich nach der bereits an
gegebenen Art
bei 6 bei 8
zu </ — 8,2 9,5 kg/m m 2,
a l s o i m M i t t e l e t w a s g r ö ß e r a l s b e i d e r z u e r s t b e s p r o c h e n e n V e r b i n d u n g m i t e i n l a g i g e n R a u p e n .
G leiche V ersuche w urden m it V erbindungen ausgeführt, die mit G asschm elzschw eißung h erg estellt w aren. Die F orm änderungen, die sich hier nach dem A ufschneiden der V erbindung auslösten, sind in den gestrichelten L inienzügen der Abb. 39 angegeben. Auch hier w aren die federnden Längenünderungen der äußeren M eßstrecken von der Dicke der Schw eißraupen innerhalb der gew ählten G renzen nicht erheblich beeinflußt.
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Probekörper mit dreilagiger Raupe, b-iOmm A bb. 38.
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Abb. 39.
In A bb. 39 finden sich zum V ergleich auch die vorhin beschriebenen Längenänderungen der V erbindungen mit Lichtbogenschw eißung. H i e r n a c h s i n d d i e f e d e r n d e n L ä n g e n ä n d e r u n g e n u n d d a m i t d i e S p a n n u n g e n a n d e n R ä n d e r n d e r b r e i t e n F l a c h s t ä h l e n a c h G a s s c h m e l z s c h w e i ß u n g w e i t k l e i n e r g e b l i e b e n a l s n a c h L i c h t b o g e n s c h w e i ß u n g .
Alle Rechte Vorbehalten.
Stahlhochbehälter mit geringer Bauhöhe.
Von B aurat ®r.=3itfl. 3)r.=3ng. h. c. F. B o h n y , L indau i. Bodensee.
Als H o c h b e h ä l t e r m it geringer B auhöhe bezeichnet man im all
gem einen W asserb eh älter, bei denen der B ehälter selb st bei großem Fassungsverm ögen eine verhältnism äßig geringe Bäuhöhe aufw eist, w ährend die H öhe des Stützgerüstes — also die H öhe des ganzen B auw erkes — b eliebig sein kann und je nach dem Zweck des B ehälters h ö h er oder niedriger ausgeführt ist. D adurch entstehen m eist b eso n d ers standsichere Form en solcher A nlagen, V erteilung der stets großen Lasten auf eine große Bodenfläche — d ah er einfache und billige G ründungen — , geringe Schw erpunktshöhe des B ehälterinhalts, also geringe F örderhöhe und ge
ringe W assserdruckschw ankungen. Als N achteile sind die Schw ierigkeiten zu verzeichnen, die Lasten richtig auf die bei solchen B ehältern not
w endigen vielen Stützen zu verteilen, d. h. die V erteilung so vorzunehm en, daß der B ehälterboden und die B ehälterw ände keine B iegungsspannungen erleiden. Eine w eitere Frage ist die A usbildung des Daches und dessen Stützung, die, w ie bei den bekannten Ö lbehältern, den sogenannten Tanks, m ittels S tützen im Innern oder m ittels eines K uppelgespärres usw. er
folgen kann. Dem Spielraum und der G eschicklichkeit des K onstrukteurs verb teib t d a ' e i n ganz außerordentlich großes F eld der B etätigung, alle m öglichen Form en sind schon für solche B ehälter vorgeschlagen und ausgeführt w o rd e n 1). M an ist daher auch nicht an die kreisrunde Form des B ehälters gebunden. W enn das G ew icht auf viele Stützpunkte verteilt w ird, kann je d e beliebige Form der A nlage gew ählt w erden.
In Abb. 1 ist ein W assertank mit S tützgerüst in quadratischer Form , also ein V iereckbehälter dargestellt, w ie er für eine A nlage nach Südafrika entw orfen w orden ist. Bei den gew ählten A bm essungen b eträg t der Inhalt rd. 3400 m 3. Die G ew ichte b etrag en :
[) Siehe hierzu den um fassenden Aufsatz .D e r S tahlbehälterbau* von O beringenieur E. K o t t e n m e i e r in H annover-H errenhausen in .D e r Stahl
bau" 1930, H eft 2, 5 und 7 (Sonderdruck Berlin 1930, W ilh. E rnst & Sohn), insbesondere die G leichgew ichtsuntersuchungen für gew ölbte B ehälter in
H eft 7, S. 73/79.
für den Tank . . 135 t, davon 19 t Trägerrost, für das Stützgerüst 237 t
Insgesam t 372 t.
Die A usführung erfolgte von englischer Seite, die A nfrage erfolgte im H ochsom m er 1928.
Abb. 2 zeigt einen kleinen runden Behälter, der Ende des gleichen Jah res für die W asser
versorgung von San M artin in der Provinz M endoza, A rgen
tinien , ausgeschrieben war.
W asserinhalt 125 m 3. D er B e
hälter zeig t die typische Form solcher A nlagen, Boden und Dach als K ugelabschnitt, d a zwischen die einfache zylin
drische A ußenw and. Die Einzel
abm essungen gehen aus der A bbildung näher h erv o r, ein Druckring zw ischen Boden und M antel ni mmt die Zugkräfte aus den M eridianspannungen des Bodens auf. Das G ewicht des B auw erks b eträg t rd. 30 t, w ovon auf den B ehälter selbst m it der Plattform rd. 14 t en t
fallen.
Die A bbildung stellt einen form für San M artin, A rgentinien.
deutschen G egenvorschlag mit senkrechten Pfosten des S tü tzg erü stes dar.
Der ursprüngliche Vorschlag vom G esundheitsm inisterium in B uenos Aires sah Schrägpfosten vor, in Rücksicht auf die Lage des A ufstellungsortes des
Jahrgang 5 Heft 23
11. November 1932 B o h n y , S tahlhochbehälter m it geringer B auhöhe 183
Schnitt a-b Tanks im E rdbebengebiet. Die A usführung erfolgte m it senkrechten
Pfosten nach Abb. 2.
Abb. 3 zeigt einen niederen B ehälter auf einem hohen G erüst, er
b au t 1929/30 für die Zeche H einrich in Ü berruhr. W asserinhalt 150 m 3.
Das G ew icht des ganzen B auw erks b eträg t rd. 27 t, w obei der B ehälter mit Plattform rd. 12 t w iegt. A uffallend in der W irkung des G erüstes sind die kräftigen Q uerriegel u nd die dünnen Schrägen, w ie sie fast durchw egs bei am erikanischen V orschlägen und A usführungen zu finden sind. In der H öhe des M antelbodens ist w ied er ein Druckring ein-
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? H H r t j i r h i t f • b i -
___■A bb. 1. W asserbehälter in quadratischer Form
Schnitt c-d.
geschaltet. Bei der B eschränkung der S tützenzahlen — wie in vor
liegendem F alle auf vier Stück — kragt der B ehälter zw ischen den S tütz
punkten stark balkonartig vor. In diesem Falle, d. h. bei verhältnism äßig niederen B ehältern, b e ste h t die N otw endigkeit, den B ehälterm antel noch auf Biegung zu untersuchen und die M antelränder besonders steif auszubilden.
Ü ber am erikanische H ochbehälter mit geringer B auhöhe sind kürzlich einige V eröffentlichungen ersch ien en 2). D ie A usführungen unterscheiden sich jedoch m it A usnahm e der G röße grundsätzlich nicht von den eben beschriebenen K onstruktionen. N ur das Steigrohr in Bauw erksm itte ist bei den A m erikanern mit verhältnism äßig großem D urchm esser ausgeführt.
So zeigt ein B ehälter für C olum bus, Ohio, mit 9100 m 3 Inhalt, 26,2 m D urchm esser auf 23 m hohem G erüst ein m ittleres Steigrohr von 3 m D urchm esser. Es liegt nahe, ein solch starkes M ittelrohr gleichzeitig zur
R-12000
Abb. 4. W asserbehälter in Ringform für La Plata.
auf Rohr- und G erüststützen verteilen und w elche B iegungen in den Bodenblechen auftreten, ist eine andere Frage. O ffenbar macht man sich darüber jen seits des O zeans keine Sorgen.
O n K k -% r11 / ^ r a L
r i n g d t ß yf Ei j l l Z 'i Z
-600-15 T pjo i N v * ' l % 1-600-15
tLioo-ioo-io / ßtn / iß jn L io o -w -10
Stützring 1 Stüizring
- 500-10 -500-10 '
2L100-100-10 2LW-V0-10
Abb. 5. A bm essungen des R ingbehälters für La Plata Abb. 7. B ehälter nach am erlkan. Patent,
S tützung des B ehälters m itzubenutzen. W ie sich dann ab er die Lasten Zu den H ochbehältern m it geringer B auhöhe gehören auch die Ring
b eh älter auf G erüsten. Ein solcher von 2500 m 3 Inhalt, g eb au t 1913/14 2) Siehe .B au tech n ik “ 1932, H .36, S. 462, wo der sogenannte .H o rto n “- für d ie Stadt La Plata in A rgentinien, ist in der Abb. 4 in einem M erldian- B ehälter der Chicago Bridge and Iron W orks näher beschrieben ist. schnitt und einem Schnitt durch das G erüst dargestellt. B estellerin war
184 B o h n y , Stahlhochbehälter m it geringer Bauhöhe DER STAHLBAU
Beilage zur Zeitschrift „Die Bautechnik“
die G eneraldirektion des G esundheitsam tes der Provinz Buenos Aires. Die A usführung erfolgte durch die G u t e h o f f n u n g s h ü t t e A ktiengesell
schaft, O berh au sen , einschließlich der A ufstel
lung des B auw erkes an O rt und S telle, ein
schließlich der M itlieferung aller R ohrleitungen und sogar einschließlich A usführung der F unda
m ente. Die H auptabm essungen des B ehälters und des G erüstes g ehen aus der A bbildung näher hervor. Der äu ß ere M antel ruht auf 18, der innere auf 6 Stützen. Die Lagerung des Behälters ist som it mehrfach statisch un
bestim m t. Zur V ereinfachung der Rechnung w urde bei der Erm ittlung der A uflagerdrücke angenom m en, daß der Boden seine Last ein
fach nach dem H eb elg esetz auf die Stützringe überträgt. Zur w eiteren V ereinfachung w urde an genom m en, daß der Boden im M eridian
schnitt nach einer Parabel von 1,5 m Pfeilhöhe gekrüm m t ist. M it diesen V ereinfachungen er
geben sich die B elastung der Bodenringe und der B odenrandbleche in t je lfdm., desgleichen die Kräfte im m ittleren Bodenblechstreifen, w ährend die M antelbleche in ü b lic h e rw e is e — die äußeren auf Zug, die inneren auf Druck — zu bem essen w aren. M it den B eanspruchungen g ing man dabei äußerst vorsichtig v o r, die
H öchstbeanspruchung w urde zu 1 t/cm 2 gew ählt. Im äußeren M antel, unterste Zone, ist bei V ollbelastung des B ehälters eine Zugbeanspruchung von 0,755 t/cm 2 vorhanden, im inneren M antel entsprechend eine Druck
beanspruchung von nur 0,284 t/cm 2. Die Stärkenabm essungen der Bleche, sow ie der Stütz- und B odenringe sind aus Abb. 5 näher ersichtlich.
Das S tützgerüst ist auf ständige Last, Eigengew icht und W asserlast, sow ie auf W inddruck von 250 kg/m 2 berechnet. Da die S tützen durch kräftige V erbände nach allen Rich
tungen hin g u t m iteinander ver
bunden sind, w urde angenom m en, daß der W inddruck sich nach der N avierschen H ypothese auf die Stützen verteilt. Insgesam t entfiel dann auf eine äußere Stütze eine G rößtbelastung von rd. 110 t, auf eine Innenstütze von rd. 200 t. Die äußeren Stützen b estehen aus einem I B 3 0 , die inneren S tützen aus einem 1 4 5 , auf den Flanschen durch au fgelegte C 28 verstärkt. Die Sicherheit gegen Knicken war dam it nach E uler eine rund sechs
fache.
Die Fundam ente des Turm es besteh en aus zw ei voneinander ge
tren n ten Bodenringen von 3 m H öhe und 1,6 m bzw . 1,8 m Breite. Die B odenpressung ergibt sich dam it bei obigen Stützendrücken zu 2 kg/cm 2 außen und 2,7 kg/cm 2 innen.
Die G ew ichte des B auw erkes be
tragen:
S tü t z g e r ü s t 218 t B e h ä l t e r 127 t Dachkonstruktion . . . . 29 t Treppen, G eländer, Leitern,
D achverzierung u s w .. . 19 t G ußeisen zu den Funda
m enten . . . . . . 3 1 Insgesam t 396 t oder rd. 400 t,
dazu kom m en als A usrüstung die R innen, die A bfallrohre mit ihren Befestigungen und schließlich die F undam ente.
D er V ertrag auf das B auw erk w urde A nfang A ugust 1913 gezeichnet, die A nlieferung aller B auteile auf dem B auplatze sollte innerhalb zehn M onaten danach erfolgen, die A ufstellung sollte w eitere drei M onate später v ollendet sein. Es gelang dem Lieferw erke trotz V erzögerungen in der P langenehm igung, verursacht durch die notw endige N euberechnung und N eubem essung der behördlich vorgesehenen K onstruktion, die H auptteile d er Stahlkonstruktion und der R ohrleitungen noch vor Beginn des W elt
krieges zu verschiffen. Die A ufstellung er
folgte m ittels eines hohen D rehkranes im M ittelpunkt der A nlage. Die Ü bergabe des fertigen B ehälter erfolgte in den ersten Tagen des Jahres 1915. Die ganze K on
struktion ist in Flußstahl von N orm algüte aus
geführt. Abb. 6 zeigt ein Bild des fertigen Bauwerkes.3).
Ein am erikanischer V orschlag, von der C h i c a g o B r i d g e a n d I r o n C o m p , stam me n d , ist in einem P atent vom Juli dieses Jah res enthalten (Abb. 7). D er kreisrunde B ehälter ist durch einen kreisrunden Boden abgeschlossen, dessen äußerer Rand in die Z ylinderw and des Behälters ü b erg eh t und dort in üblicher W eise ab g estü tzt w ird, und dessen innerer Rand am Zugring des Z entral
zuführungsrohres endigt und da seine Stützung findet. Die M eridiankurvc des B odens soll dabei so geform t sein , daß vom tiefsten P unkt des Bodens die K rüm m ungsradien nach außen hin im m er größer, nach innen hin im m er kleiner w erden. In der A bbildung ist d arg estellt, w ie bei einer solchen Bodenform die W asserdrücke in einem M eridianschnitte w irken, dessen Seillinie bei gefülltem Be
h älter w ieder m öglichst m it der K urve des Bodens zusam m enfallen mu ß , w enn keine B iegungskräfte auftreten sollen. Man hat es also wie b ei allen B ehältern mit dünnen W an
dungen auch hier mit einer einfachen A ufgabe des G leichgew ichtes zu tun, die zeichnerisch leicht durch schrittw eises V orgehen — sogenannte Iteration — gelö st w erden kann. Man kann dabei die H orizontal
kräfte ganz an den Stützring des Steigrohres ü b e rle ite n , so daß außen bei A und A ' ein w aage
rechter Zugring unnötig wird.
Im übrigen zeigt der V orschlag w ie d e r, wie viele M öglichkeiten noch bezüglich solcher B ehälter
form en bestehen.
Ü ber die S tützung durch ein großes M ittelrohr und die Be
denken gegen diese K onstruktion ist oben schon einiges gesagt wor
den. Im vorliegenden Falle ist allerdings durch die m uldenartige Form des R ingbodens diesen Be
d enken einigerm aßen R echnung g e tragen, w as zw eifellos in der Ab
sicht des Erfinders lag.
Das G ebiet des B ehälter- und T ankbaues, w obei ich vor allem auch an die üblichen B ehälter für die L agerung von ö l , Petroleum , Benzin und Säuren denke, ist au ß er
ordentlich groß und mit ihren neuzeitlichen A nsprüchen, w ie schw im m ende D ächer usw., außer
ordentlich vielseitig. Es w äre sehr zu begrüßen, w enn die Firm en, die das G ebiet des B ehälterbaues pflegen, noch m ehr als bisher ihre V orschläge und Erfahrungen b e kannt g eben w ürden. Die sta tische und konstruktive B ehandlung solcher Bauw erke, die A usführung in g e n ieteter und geschw eißter B auw eise, auch die vielen Mög
lichkeiten der M ontage sind be
sonders interessant und bem erkens
w ert.
3) Ein W asserturm genau g leicher Bauweise von sogar 3700 m3 Inhalt ist bereits 1912 für dieselbe B ehörde von der Firm a N e u m a n in Esch- w eiler gebaut w orden. Beide B ehälter stehen auf d er Plaza de las Armas in La Plata.
IN H A L T : Aus D auerversuchen mit Lichtbogenschweiflungen. — Stahlhochbehfilter mit
geringer Bauhöhe. ______ : _
Für die Schriftleitung verantw ortlich: Oeh. Regierungsrat Prof. A. H e r t w l g , Berlin-Charlottenburg, Verlag von Wilhelm E rnst & Sohn, Berlin W 8.
D ruck d er B uchdruckerei O ebrüder E rnst, Berlin SW 68.
Abb. 3. W asserbehälter für Zeche Heinrich, Ü berruhr.
Abb. 6. W asserturm La Plata.
