DER STAHLBAU
S c h r i f t l e i t u n g :
G eh. Regierungsrat Professor ®r.=3»G- A. H e r t w i g , B erlin-W ilm ersdorf, Sächsische Str. 43 Fernsprecher: 87 7421
Professor W. R e i n , Breslau, Technische H och schule. — Fernsprecher: Breslau 421 61
B e i l a g e
zur Z e i t s c h r i f t DIE BAUTECHNIK
Preis des Jahrganges 10 RM und P o stgeld
Fachschrift für das g e sam te B auin genieurw esen
10. Jahrgang BERLIN, 18. Juni 1937 Heft 13
G rundsätzliche Bem erkungen zur Frage der Beulsicherheit der Stegbleche vollw an d iger B lechträger.1)
V on Reichsbahnoberrat Dr.-Ing. K ra b b e, M ünchen.
D ie zur Zeit g ü ltig e Theorie fußt auf dem von B r y a n und T i m o - s c h e n k o a u fg e stellten P oten tial, w e lc h e s d ie Innere A rbeit e in e s aus
ge b e u lten , unter der Einw irkung äußerer Kräfte steh en d en S te g b le ch feld e s von der Länge a und der B reite b darstellt, jed och nur d en jen igen A nteil dieser Inneren A rbeit, w elch er von der G estalt und G röße der A u s
b eu lu n gen w abh ängig ist; die von äußeren Kräften herrührenden Sp ann un gen dx , dy und r x y sind als unveränderliche G rößen angen om m en , also von den A u sb eu lu n gen w un abh ängig. Zum V erständnis der hier zu b eh a n d e ln d en grund sätzlichen Fragen muß d ie auf d ie se s Potential geg rü n d ete Theorie kurz erörtert w erd en .
D as P oten tial hat d ie Form:
A lle R ech te V o rb e h a lte n .
W enn auch bish er kaum F älle b ekan ntgew orden sin d , in w eich en das S teg b lech e in es voliw an d igen Brückenträgers a u sg eb eu lt oder ein e A u ssteifu n g d es S teg b le ch es ausgek nickt w äre, so zw in g t uns doch der U m stand, daß wir b ei un seren n eu zeitlich en B rückenbauten vo llw a n d ig e Blechträger von erheb lichen A b m essu n gen b ev o rzu g en , dazu, den A b m essu n gen d ieser v o liw a n d ig e n Träger auch h insichtlich der S te g b le ch e und deren A u ssteifun gen erhöhte A u fm erksam keit zu zu w en d en . Blechträger m it erheb lichen A b m essu n gen sind ohn eh in im Stoffverbrauch ungünstiger als Fachw erkträger; wir m üssen also bestreb t sein , hier durch ausreich en de, aber nicht üb ertriebene A b m essu n g en d ie se s M eh rgew ich t in wirtschaftlich vertretbaren G renzen zu halten.
Das A u sb eu len der S te g b le ch e scheint zunächst ein etw as ver
w ick elter K nickvorgang zu se in , b ei w elch em ln fast allen Fällen m ehr
a ch sige Sp ann un gszustän de in V erb in d u n g m it nicht gerad e einfachen A u flagerb ed in gu n gen vorliegen . U m uns die A u fgabe e tw as zu erleichtern, n eh m en wir einspan nu ngsfreie Lagerung des zu untersuchenden S te g b lech feld es an den G urtungen und A u ssteifu n gen an.
Man kön nte nun von ein em ein ach sigen Spannun gszu stan d, w elch er sich aber von Faser zu Faser ändert, h öch sten s beim M ittelfeld ein es Trägers auf z w e i Stü tzen m it v o rw ieg en d reiner B iegeb ean sp ru ch u n g reden. Im Endfeld hab en w ir zwar fast reine Schubspannung, aber d iese m ü ssen w ir bekan ntlich ersetzt denk en durch unter 4 5 ° g e n e ig te , sich senk recht kreu zen d e Z ug- und Druckfasern m it e n tg e g e n g e se tz t gleich er
Sp ann un g; es lie g t hier also ein zw eia ch sig er Sp annungszustand vor, bei w elch em d ie der
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w o b ei d ie Kräfte in der P feilrichtung d es B ild es 3 als p o sitiv an
gen o m m en sind.
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a ) b) c)
Bild 1. Lage der H auptspannungen b e i B iegu n g und Schub.
Bild 2. A u sb ieg u n g der D ruckstrebe nach Erreichen der K nickspannung.
Bild 3.
V erteilu n g der B ieg e- und Schubspann un gen.
B eu lgefah r un terliegen d en Druckfasern in un en dlich k lein en A bständen durch e n tg e g e n g e se tz t g leic h beanspruchte Zugfasern gestü tz t w erd en , Tritt dazu noch B iegebeanspruchung, w ie in fast allen F ällen, so ändert sich die L age der H auptspannungsfasern; sie kreuzen sich auch noch rechtw in klig, ersch einen aber nicht m ehr unter 4 5 ° , sondern unter einem anderen W ink el g e g e n die W aagerechte g e n e ig t; in der D ruckzone sind d ie Druckfasern, in der Z ugzone d ie Zugfasern stärker b ea n sprucht, w ährend in der M ittelach se d es Trägers reiner Schub, g e k e n n z eich n e t durch unter 4 5 ° g e n e ig te g leic h w e rtig e Druck- und Zugfasern, vorhand en ist (B ild 1). D ie se Lage der H auptspannungen m ü ssen wir gen a u b eachten , w en n w ir d ie Frage der A usb eu lu n gsgefah r verfolgen w o llen . Es lie g e n hier V erh ältn isse vor, w ie wir sie in sehr vereinfachter Form in ein em Fachwerkträger m it P fosten und gek reu zten Zug- und Druckstreben vorfin den (Bild 2). Der V ollw andträger ist aber dem Fach
w erkträger dadurch ü b er leg en , daß er im stande ist, die Richtung sein er Z ug- und Druckfasern der je w e ilig e n B elastungsart anzup assen ; ja, d ie se Fasern n eh m en sogar, dem örtlichen K räftespiel und dem G e s etz e der k lein sten F orm änderungsarbeit fo lg en d , d ie G estalt von Kurven an.
*) N ach ein em Vortrag, g e h a lten b ei der Tagung der B rückendezernenten der D eu tsch en Reichsbahn und der R eichsautobahn am 10. März 1937 in W ürzburg.
D ab ei setzen wir:
(2 a) (2 b)
<tx = f ( y ) * e
K ,x y i d e K ,
w o b ei also dx dem S p ann un gsverlauf nach B ild 3 a entsprech en d von y abh ängig ist, während r x y , w e lc h es sich ja in W irklichkeit nach der Form (Bild 3 b ) über das S te g b le ch v erteilt, als von y un abh ängig, also nach Bild 3 c g leich m äß ig über das S teg b lech verteilt angen om m en wird.
K b ed eu te t die vorläufig noch unbekan nte „B eulzlffer“ ; ae d ie unter B e rücksichtigung der Q uerd eh nu ng errechnete K nickspannung ein es lot
rechten S tegb lech streifen s von der Länge b und der B reite 1, w o b ei sich ergibt:
n 2 E J
' d e ~ ~ Y - W l (1 — y z ) ‘
D ie unterstrichenen G lied er der G l. (1) brauchen wir nicht zu berück
sich tigen , das erste, w e il es b ei der R andbedingung ein spannu ngsfreier L agerung g leic h N u ll wird, das z w e ite , w e il w ir Sp ann un gen senkrecht zur Trägerachse nicht in die R echnung einführen.
G l. (1) w ü rd e uns in d ieser Form kein brauchbares Ergebnis liefern, da bei dem hier an g en o m m en en b e lie b ig e n V erlauf der B eulu n gen u n en d lich v ie le U n b ek an n te w auftreten w ürden. Wir nehm en daher,
9 8 K r a b b e , G rundsätzliche B em erku ngen zur F rage der B eulsich erheit der S teg b lech e usw . B eilag e i u r z e it s c h r i n .D i e B o u tectm iit*
w ,-fl „sin sin w .-fl., sin —ß s i n
m.=1
r ~ ¡ f
rn-3
.___a—
' - t r ~
Bild 4 . G rundsätzliche Form der B e u lw e lle n . w ie das auch son st b ei K nickaufgaben üblich ist, e in en sinu sförm igen V erlauf der B e u lw e lle n an und setzen a ls Annäherung:
m n x n n y
(4) A ■ sin ■ sin
l \
1 -J,__
\i
n - 3
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/• d it _ÜL\.
JJT.X
D as b ed eu tet b e isp ie ls w e is e f ü r m = I , 2, 3; « = 1 , 2 d ie in Bild 4 a n g ed eu teten grundsätzlich m öglichen Form en der W ellen b ild u n g in den Längs- und
Q uerschnitten der P la tte, die ü b erein an d ergelegt zu denk en sind.
Bild 5 stellt die sech s G rundverform ungen der P latte dar m it den für jed en E inzelfall g ü ltig en G leich u n gen für die A u sb eu lu n g w . D ie stark a u sg ez o g e n e n G eraden b le ib en in der ursprünglichen P la tten eb en e lieg en ; d ie w eiß g ela ssen en F eld er ste lle n W ellen b erg e, d ie schraffierten F eld er d ie entsp rech en d en W ellentäler dar; dab ei ist o h n e w eiteres ersichtlich, daß die sech s W erte A n bis A 32 die H öhen der e in ze ln en W ellen b erg e b ed eu ten , also sech s unbekan nte V ersch ieb u n gen darstellen. D ie sech s d argestellten V erform ungen m it den u n b ek a n n ten , später noch zu er
m itteln d en W ellen b ergh öh en m üssen w ir uns nun ü b erein and ergelagert v o rstellen ; d ie A ddition der a n g esch rieb en en G leich u n gen entspricht der S u m m en gl. (4) mit
(5) + w 2 +- w 3 + + w 5 + w 3 — w .
V on der S u m m en gl. (4) b ilden wir nun d ie nach G l. (1) erforderlichen
. „ ü w d w d2 w , $>2 w
Ab eitu n g en —— , —— ■ ;i und --- und bild en dann
5 ö x b y ö * J ü y 2
die D op p elin tegrale. Wir se tz e n dann noch
(6) a = « b.
Ü ber die D im en sionen d es E rgeb n isses se i b em erk t: Bei der Bildung der A b leitu n gen d e s ersten G lie d e s der G l. (1) mit den W erten der Gl. (4) ersch eint als g em ein sa m er Faktor b ~ ' \ bei der B ild u n g der A b leitu n gen d es zw eiten G lie d e s ö - 2 ; b e i der B ild u n g der D op p elin tegrale ersch eint in b eid en G liedern als g em ein sa m er Faktor b 2, so daß im ersten G lied b~~2 üb rigb leib t. Da nun im zw eiten G lied ax und r x y als lineare F unktionen von de = 1 898 0 0 0 12 b~ 2 ersch ein en, haben im E n d ergeb n is unter B e
rücksichtigung der außerdem vorhand en en g em ein sa m en Faktoren 73 und t b eid e G lieder als g em ein sa m en Faktor t 3 b als von den A b m essu n gen d es S te g b le ch s abh ängige G röße. Außerdem ersch einen ln a llen G liedern d ie V ersch ieb u ngsgröß en A m n in allen m öglichen Z usam m en setzu ngen, aber stets im z w eite n Grad. A ls g e m ein s a m e D im en sion erscheint sch ließ lich noch üb erall k g /c m 2, im ersten G lied von E , im zw eiten G lied von de herrührend, so daß d ie rechte S e ite der G l. (1), der linken entsprechend d ie G esa m td im en sio n k g - c m erhält, so daß G l. (1) sch ließ lich in der a llg e m ein e n Form ersch eint:
( l a ) “ t 3 b 2
2 A m , n A m , n Cr m . n + % m — 1,2,3 ,
n = 1 , 2
X A m, n A ///, n * s m, nC
m — 1,2,3 71 = 1,2
k g/cm 2,
w o b ei die W erte crm n und csm n zum T eil den Faktor « in v ersch ied en en Graden und außerdem die W erte csm n d im e n sio n slo se, von der Spannungs
v e rteilu n g nach Bild 3 a abh ängige G rößen enthalten. D ie sech s un
bekan nten V ersch ieb u n gen n sind nun durch d ie B ed in gu n g der klein sten F orm änderungsarbeit b estim m t, w o b ei b eiläu fig bem erk t sei, daß der Satz von der k lein sten Form änderungsarbeit nicht nur für un bekan nte Kraft
größen, son dern auch in gleich er W eise für unbekan nte V ersch ieb u n gs
größen g ilt. D ie se ch s unbekannten V ersch ieb u ngen sind also durch die G leich u n gen b estim m t:
5 9t,.
(7) — ....= 0.
sm M y o
Bild 5.
" e - ^ s i n ^ s i n ^ y
m-3 T eilform en der A u sb eu lu n g m it ihren G leich u n gen .
d ie, w ie sich aus G l. (1 a) ergibt, für d iese sech s W erte vom ersten Grad und h om ogen sin d , w ob ei a lso der g e m ein sa m e Faktor t 3 b~ 2 w egfällt.
D ie G leich u n gen haben die Form :
/ l l (a3 K ) A ll + /|2 (“ l TT) A n + / , 3 («! K ) A2l + f u («! K ) ^22 + / l5 (“ l AT) ^31 + / l6 (“ 7T) ^32 = Ö / 2 l K K ) A n ... + / 26 (« K ) >432
= 0 (7 a)
/c i (Äi TT) A 1 3 ...+ feo (Ä TT) A 32
= 0 , w o b ei « in v ersch ied en e n G raden, K d a g eg en nur im ersten Grad erscheint.
Aus der Form der G leich u n gen ergibt sich oh n e w eiteres, daß d ie säm t
lichen unbekannten W erte A m n nur dann von N u ll v ersch ied en sein kön nen, w en n d ie N enn erdeterm inante der G l. (7a) g leich N u ll wird. S ie ersch einen dann säm tlich in der Form:
0 Ö' ‘
(8) ■ ^32 — '
D ie N u llsetzu n g der N en n erd eterm in an te ergibt für K e in e G leich u n g ersten G rades, deren L ösu ng den B eu lw ert K als Funktion von « ergibt, w ie er in den Vorschriften in Tafel 1, R eih e 2, ersch eint. A uf d ie nach den V orschriften unter U m ständen erforderliche A bm inderung der hiernach sich erg e b en d en B eu lsp an n u n gen , falls d ie se im plastisch en Bereich lieg en , so ll hier nicht ein g eg a n g en w erd en .
B ei den m it K<fe sich ergeb en d en B eu lsp an n u ngen k a n n also das S teg b lcch theoretisch a u sb eu len ; ich le g e aber Wert auf d ie F eststellu n g , daß es nicht au szu b eu len b r a u c h t , denn der G l. (8) w erd en auch die L ösungen
- 0
m,n
gerech t. Das führt nun zu der w eiteren w ich tigen F eststellu n g , daß hier ein e ig en tlich es K nickproblem garnicht v orliegt. V erfolgen wir b ei dem F achw erk (Bild 2) ein m al den F all, daß d ie K nicklast ein er Druckstrebe überschritten wird. D ie se sucht dann zw ar auszu b iegen , behält aber dab ei, m ag sie a u sb ieg en oder nicht, ihre K nickspannung, und d e n R e s t nim m t unter A ufrechterhaltung der Q uerkraftbedingung die Zugstrebe auf, so w e it sie und das G esam tfachw erk d ieser Spann un gsum lageru ng noch gew a ch sen ist. Der A u gen b lick d e s A u sb ieg en s ist zwar durch die K nickbedingu ng der D ruckstrebe y — g ek en n zeich n et; aber in d em selb e n A u genblick b efinden wir uns m it Rücksicht auf d ie G esam tw irk ung d es Fachw erks an der G renze der G ü ltig k eit der K nick bedingung d es E in zelstab es. Für w e itere B elastu n gszu nah m e hat die A u sb ieg u n g d es S tab es nicht m ehr den W ert y — ^ , sondern y hat für jed en B elastun gsfall ein en gan z b e stim m ten , von den E lastizitätsverh ältn issen d es G esam tfachw erks ab
h ä n g ig en endlich en W ert, und die w eitere W iderstandskraft d es Stabes hängt led ig lich davon ab, ob durch d ie Stabkraft und das durch d ie A u s
b ieg u n g b e d in g te B iegu n gsm om en t der Stab überbeansprucht wird. Er bricht dann gan z ruhig nach rein statischen G e s e tz e n , knickt aber nicht.
J a h rg a n g 10 H e ft 13
1 8 . J u n i 1937 K r a b b e , G rundsätzliche B em erku ngen zur Frage der B eu lsich erh elt der S te g b le ch e u sw . 9 9
G en au so arbeitet das S te g b le ch des V ollw and trägers nach dem A u g en blick d es Errelchens der B eulspannu ng. D ie Druckfasern (B ild 1) behalten ihre B eulsp annu ng, mehr können sie nun' einm al nicht aufnehm en, und die sie senk recht kreuzenden Zugfasern ü b erneh m en unter Aufrechterhaltung der Q uerkraftbedingung den Rest; d. h. sie übernehm en ihre e ig e n e zu
sätzlich e Z ugspannung und die über d ie B eulsp annu ng ü b ersch ieß en d e Spannung der Druckfasern als Z ugspannu ng. Im A ugen blick d es Ü b er
schreitens der B eulspannu ng fällt nicht etw a der Träger, son d ern die G l. (1) und d ie daraus g e fo lg e rte Gl. (7a) ln sich zu sam m en ; der Träger aber fo lg t bei sein em w eiteren V erh alten anderen G esetz en . D ie A u s
b eu lu n g en haben nicht den W ert ^ , sondern auch hier von den E lasti
zitätsverh ältn issen d e s G esam ttragw erks abh ängige, ganz bestim m te en d lich e W erte. Der Träger stürzt nicht plötzlich ein, sondern er kann h öch sten s bei w eiterem Z un eh m en der B ela stu n g nach rein statischen G esetzen zerstört w erd en ; es lieg t ein „S tab ilitätsp rob lem “ vor. G ew iß , w ir w o llen den Zustand d es'E rrelch en s der B eulsp annu ng nicht d u lden, e b e n so w en ig w ie wir bei Irgendw elchen Tragw erktellen das Erreichen der Streck grenze d u lden, aber wir können uns m it verh ältn ism äßig klein en S ich erh eiten b eg n ü g en , w ie sie in Tafel II der Vorschriften fe stg ele g t sind.
Dazu berechtigt uns aber nur d ie hier d arg eleg te B etrach tu n gsw eise.
D ie Beulzlffern K w urden bish er vo llstä n d ig und einw andfrei aus
g ew ertet für ein fache Sp an n u n gszu sländ e, näm lich für reinen Druck, Druck in V erb indu ng mit Zug, reine B iegu ng und reinen Schub, w ie in Tafel I, R eihe 2, der V orschriften a n g e g e b e n ; leider aber nicht für zu
sa m m e n g e se tzte S p ann ungszu stände, w ie sie praktisch fast im m er Vor
k om m en; in sb eson d ere nicht für den e ig e n tlic h im m er vo rlieg en d en Fall:
Schub und B iegu n g. Es ist also von dem zw eite n D oppellntegral der Gl. (1) en tw ed er nur das erste oder nur das le tz te G lied berücksichtigt w orden. D ie A u sw ertu n g unter g leic h z eitig e r Berücksichtigung beider G lieder ist nach der hier en tw ick elten T heorie natürlich oh n e w eiter es m öglich, erfordert aber e in e sehr um fan greich e Arbeit, da dann nicht nur v ersch ied en e S eiten v erh ä ltn isse, sondern in V erbindu ng dam it v ersch ied en e V erh ältn isse dx : rx y = <p berücksichtigt w erden m üßten. D ie A u sw ertung ist zw ar erfolgt und in Tafeln n ie d e r g e le g t2), jedoch nur unter Berück
sich tig u n g der V erform ungsm öglichk eiten w = 1 ,2 ; n — 1 ,2 und m — 1;
n = 1 ,2 ,3 . D as ist v ie lle ich t etw as w e n ig ; außerdem tritt aber hier ein w eiteres grund sätzliches B edenken auf. D ie Schu bspann un gen w erden näm lich als nach Bild 3 c gleich m ä ß ig über d ie Trägerhöhe v erteilt an
g en o m m en , w ährend sie in W irklichkeit nach Bild 3 b , nach ein er von der Querschnittform abh ängigen Kurve verlau fen. D ie verein fach te A n
nah m e gleich m äß iger V e rteilu n g m ag b e i reiner Schubspannung angehen;
b ei Schub in V erb indu ng m it B ieg u n g , dem fast allein praktisch1 vor
k om m en d en Fall, z eig t ein Blick auf Bild 3 a u. 3 b , daß d ie größte B ie g e spannung m it der k lein sten Schubspannung und d ie größte Schubspannung m it der B iegesp an n u n g N u ll zusam m enfällt. D ie N ichtberücksichtigung d ie se s U m stan d es muß zu E rgebnissen führen, die etw a s zu u n gün stig sind. Da also die theoretisch stren ge L ösu ng leid er g erad e für den w ich tigsten Fall zu sa m m e n g ese tzte r Sp ann un gen auf erh eb liche S ch w ierig
k eiten stößt, hat man b e h e l f s w e i s e vorläufig fo lg en d en A u sw eg gefu n d en . Ergibt die F estig k eitsb erech n u n g d ie W erte d 1 und r als G rößtw erte, so entspricht d iesen g le ic h z e itig au ftreten d en W erten d ie H auptdruck
sp ann ung:
(10) " z j = - y + J l /" 7 2 + 4 r L
Ihr N eig u n g sw in k el g e g en d ie S teg b lech a ch se ist bestim m t durch:
(11) tg « = ... •
dy + J/V - -j- 4 t 2
Wann d ie se H auptdruckspannung zum A u sb eu len führen kann, w issen wir für die b eid en G renzfälle dy = 0 und r = 0, und zwar Ist für
G = ° : ",d i<- ‘K und a — 4 5 ° t = 0 : dD K = d lK und « = 0 .
S etzen wir nun mit den vorläufigen unbekannten W erten .v u n d .y
(12) =
so g en ü g t den für die b eid en G renzfälle g e lte n d en B e d in gu n gen nur die Lösung:
d 2 T2
v- 2 ¿¡ü; *— • y2 t „ .
d 2 ’ 1K r K2K
Dam it ergibt sich als B e d in g u n g für d ie kritische H auptdruckspannung:
1 d t + 1/rfi2 + 4 72
(13) D 1\~
+ ■ 7I K
D ie Richtung d ieser kritischen H auptdruckspannung ist natürlich stets durch Gl. (11) g e g e b e n , da wir ein A n steig en von und r in d em selb en V erh ältnis ann ch m en . Aus diesem G runde ergeben sich als d ie kritischen T eilsp an n un gen :
' \ K
+ - (14)
und die B eu lsich erh elt Ist (15)
1 K
+ JIK
" l2 , 9 ‘ _ 2
d x K K
w o b ei, falls abgem indert w erd en m ußte, also für den plastischen V er
form ungsbereich für ß-und r K d ie ab gem in d erten W erte ein zu setzen sind.
D ie se E rgeb n isse entsprechen den n eu en Vorschriften. Es muß aber dazu bem erkt w erd en , daß d ie hier g e g eb en e A b le itu n g w o h l e in e g e w isse A n schau lich keit und W ahrscheinlichkeit für sich hat, da der Fall r = 0 ein en ein ach sigen Spannungszustand d, also ohn e Ü b erlagerun g der Druck
fasern durch Zugfasern darstellt, w ährend der andere G renzfali dx — 0, also reine Schubspannung, die K reuzun gdcr Druckfasern durch gleich w ertig e Z ug
fasern darstellt und d ie hier erm ittelten Ü b ergangszu stän d e ein allm äh liches A n w ach sen der kreuzen den H auptzugfasern vom G renzw ert N u ll b is zur äußerst m öglichen anderen G renze, der G leich w ertigk eit mit den Druck
fasern darstellt, und ein e b en so allm äh lich es A n w achsen d e s N e ig u n g s
w in k els von N ull bis 4 5 ° . Ein B e w e is ist das aber nicht, denn schon in der A nnahm e der B ezieh u n g (12) lieg t ein e g e w is s e W illkür, d ie zu der
„Zauber-W urzel*
V , t2 a lK tK 2
im N enn er führt, d ie die wunderbare E igen schaft besitzt, jed en im Zähler steh en d en w irklichen oder auch nur ged ach ten , aus dx und r zu sa m m en g e se tz te n Spannungszustand, w elch er für d ie b eid en G renzfälle ein lineares V ielfach es von dv und r ergibt, In das entsprechen de V ielfach e von d y K und z K zu verw an d eln . S ie dient ln den Vorschriften g leic h z eitig zur Erm ittlung der „Kritischen V ergleich ssp an n u n g dv K ‘ . F erner ist auch hier in G l. (10) der W ert dD aus z w e i T eilsp ann ungen d Y und r erm ittelt, die an keiner S te lle d es S te g b le c h es g le ic h z e itig auftreten, w odurch sich ein dD ergibt, w e lch es in d ieser Größe nirgen ds auftritt. V erg le ich e m it auf Grund genauerer R ech nu ng erzielten T eilerg eb n issen haben aber ergeb en , daß wir uns mit d iesem N äherungsverfahren stets auf der sicheren S e ite b e w e g en , daß also d ie kritischen T eilsp an n u n gen d \ K und r ;* im a ll
g em ein en etw as zu klein au sfallen . Wir können uns also gerad e bei d iesen zu sa m m en g e setzten S p ann un gszu stän den, w ie sie v o rw ieg en d In den den M ittelstü tzen benachbarten F eld ern durchlaufender Träger auf
treten, m it k lein en S ich erh eiten b eg n ü g en , und es b esteh t kein Anlaß, bei vorhand en en Brücken V erstärkungen vorzu n eh m en , w en n auch b e i der N achrechnung d ie in der Tafel II der Vorschriften verlangten Sicherheiten nicht gan z vorhand en sein so llten . Es em p fieh lt sich in so lch en F ällen w o h l, d ie Frage der V erstärkung m in d esten s bis zur v ö llig e n Klärung der B eu lsich erh elt b ei z u sa m m e n g e se tzten Sp ann un gszu stän d en hin aus
zu sch ieb en .
D ie in d ie se n A u sfüh ru ngen grundsätzlich vertreten e A nschauung, w elch e den Spann un gszu stan d d e s S te g b le ch es ste ts als ein Z usam m en wirken der H auptdruckspannungen und der H aup tzugspan nu ngen auffaßt und vor allem den V erform un gszustand beachtet, der nach Ü b erschreitun g der B eu lsp an nu n g eintritt und dam it d ie G renze der G ü ltig k eit der aus dem B r y a n -T im o sch en k o -P o ten tia l g e zo g e n e n F olgeru n gen festleg t, läßt d ie F rage der B eu lsich erh elt als „Stab ilitätsp rob lem “ erken nen. D ie B e obachtu ngen d es V erform u n gszu stan d es nach Ü b erschreitun g der B eu l
sp ann ung aber führt dann w eiter gan z fo lg erich tig zu dem b eson d eren Verfahren zur E rm ittlung der für A u ssteifu n gen erforderlichen A b m essu n gen , w e lc h es an anderer S te lle bereits d argelegt w u r d e 3).
Eine N u tzan w en d u n g der vorsteh en d en , grund sätzlichen B etrachtungen soll an ein em der Praxis en tn om m en en B eisp iel erläutert w erden.
An ein er in der W erkstatt bereits vor B ekan n tgab e der Vorschriften fertig g estellten Straßenbrücke w u rd e das F eld n eb en der M ittelstü tze e in es durchlaufendenT rägers nach den n eu en Vorschriften un tersu cht(B ild6).
Es ist durch e in e w aagerech te S teife au sgesteift, St 37.
2) S t e i n , Stah lb au 1936, H eft 8. 3) Stahlbau 1937, H eft 9, S. 65.
1 0 0
DER STAHLBAU
K r a b b e , G rundsätzliche B em erku ngen zur F rage der B eu lsich erh elt der S teg b le ch e u sw . B e ila g e z u r Z e its c h rift .D ie B a u tc c iin iie
D ie F estigk eitsb erech n u n g ergab:
<p • max Q = 112,6 t d azu geh örig <p M = 274,42 tm
J = 130 061 cm 4, dam it ist:
2 742 000 • 56,5 1 1 300 601
1193 „nQ1 , ,
<r2 = — g - = 398 kg/cm - 112 600 QOnl , , r = 113 • 1,2 = k g/cm “‘
= 1193 k g/cm2
a. - im
B ild 6. B eisp iel für B iegu n g und Schub.
Nach Vorschrift b 1 ist
de = 1 898 000 ( ^ J = 1920 k g/cm 2.
Nach Tafel I, Sp. 1 u. 4, ist mit 144,6
« = - 377 = 3,83 > 1 ; « 2 = 14,7
K-- 3___ . F 1 + y . m
_ tf2
y, _ — 398
1193 = 0,33
für
+ - I r ) ( - T + w ) ’ - » 9972
K = 1 A a s ' 3.9972 = 6 ,0 ;
K = 5 ,3 4 + = 5,61 a x K = 6,0 • 1920 = 11 5 5 0 k g/cm2
*K = 5,61 • 1920 = 10 800 k g/cm 2, dam it wird nach (3):
V Ï Ï 9 3 2' + 3 • 830- av K — '
]/ f 425 0 0 0 + 2 070 0 0 0 _ 1870
l( 1193 \2 ( 830 \2 ÿ0,01068 + 0,00 591 °>129
\ll 550/ \ 10800/
dv K = 14 500 k g/cm2 > 2 0 7 3 . Abm inderung nach 3 b :
X = 4550 = 4550
~
1/<Vk V 1 4 5Wo,;K = 2400 k g /cm2 (B E, Bild 43), : 3 7 ,8 .
D am it ergeb en sich als B eulsp annu ngen:
2 4 0 0 1193 ö ' ,< ~ 1 4 5 0 0 '
2400 t K
0,129 830
1531 k g/cm2
0,129 = 1063 k g /cm2 - W = M _ 8 « 1 , 4 ) . 14 500
1531 1193 "
D am it hab en wir nur 1,28 Sicherh eit g e g en F ließgefahr, denn der Zustand d es Eintretens d es F ließ en s war nach dem E rgebnis von dvK für d lK und r K m aßgebend . D as w äre b ed en k lich . E ine Ü b erlegu n g b zw . gen auere U n tersu ch u n g wird aber z e ig en , daß tatsächlich größere Sicherheit v o r
handen ist. Nach genauerer B erechnung ist an der unteren S tegb lech k an te nach der bekannten Form el ^q
mit 5 = 2 7 - 2 , 2 . 96 760
1222 2 112 600
" J t
+ 3 0 • 3,5 1165
= 9 6 760 cm3
^ 695 k g/cm2 1 3 0 0 6 0 1 - 1 ,2
an der w aagerechten S teife kom m t zu 5 noch hinzu:
113 113 _
3 * 3
also ist hier: 98 4 6 0 - 1 1 2 600
S ' = 1700 cm 3,
= 706 kg/cm2 1 300 6 0 1 - 1 ,2
Das ist das größte, in dem untersuchten S teg b lech feld überhaupt vorkom m en de r.
Wir können daher m it ein em g leich m ä ß ig über das untersuchte F eld v erteilten 695 + 706 _ . ,
r = —— ^ — 700 k g/cm - rechnen, ohn e g e g en d ie T heorie zu verstoß en .
Dann wird aber:
° v K -
] / 1 1932 + 3 - 7 0 0 2 V l 425 000 + 1 470 000 VO.010 68 + 0 ,0 0 4 1 9 l / i — Ï
V \ 1 1 5 5 0 / + ( 700 Y 1700
0,122
D ie A bm inderung ergibt w ieder:
V 1 0 8 0 0 / 13 910 k g /cm 2 > 2 0 7 3 .
A lso:
J \ K -
„ 1 ö v K -
2400 13910
2400 13910 1690
2400 k g /cm 2 1193 0,122 700 0,122 990
= 1690 k g /cm 2
= 990 k g/cm 2 1,414 > 1 ,4 ,
1193 700
w as als ausreich en d a n g eseh en w erd en kann.
D ie B elassu n g des bereits h erg estellte n Z ustandes ist also w o h l un
b ed en k lich , denn es lie g t ein beson d erer Fall vor, ln w elch em d ie ver
hältnism äß ig dicken G urtplatten ein en nen n en sw erten A n teil der Gurtkraft ü b ern eh m en , andererseits zu ein er fast gleich m ä ß ig en V erteilu n g der restlich en Querkraft über das hier untersuchte F eld führen.
Selb stred en d so llen aber neu h erzu stellen d e Brücken streng nach den V orschriften b erech n et w erd en , d ie unter a 5 vorschreiben, daß r unter der A nnahm e zu berechn en ist, daß die Q uerkraft über d ie g a n ze S te g b lech h ö h e gleich m ä ß ig v erteilt ist.
Aue Rechte Vorbehalten. W urzelfehler bei Stumpfnähten an g esch w eiß ten Stahlüberbauten.
V on W o lfg a n g K olb .
(M itteilung der R elch s-R ön tgen stelle beim Staatlichen M aterialprüfungsam t B erlin-D ah lem , Z w e ig ste lle Nürnberg.) In ein er früheren V erö ffen tlich u n g 1) w urden g ru n d leg en d e M itteilungen
über d ie R öntgenprüfung von Sch w eiß n äh ten , In sb esondere im Stahlbau, g em ach t. U n terd essen hab en d ie R cich s-R ön tgen stelle beim Staatlichen M aterialprüfungsam t B erlin-D ahlem und ihre Z w e ig ste llen im Reich in G em ein sch aft m it den O bersten B auleitu ngen der Kraftfahrbahnen die Röntgen-W erkstoffprüfung in um fassendem M aße zur Ü b erw achu ng der M ontage g esch w eiß ter Stahlüberbauten e in g es etz t. D ab ei w urde ein e R eih e w ertvoller E rkenntnisse g ew o n n en , die g e le g en tlic h m itgeteilt w erd en so lle n , um ein erseits an der V orbereitung verfahrensm äßiger V erb esseru n gen m itzu h elfen , and ererseits d ie ausführenden Firm en zu eig e n e n w eiteren B eobachtun gen anzuregen.
[) R. B e r t h o i d , D ie Prüfung von S c h w eiß n ä h ten , Stahlbau 1936, H eft 4.
Im fo lg en d en wird über ein e in v ersch ied en en Spielarten auch bei an geb lich sorgfältigster A usführung zur Ü berraschung der H ersteller im m er w ied er auftretend e F eh lerersch ein u n g, den so g . W urzelfeh ler b ei Stum pf
nähten und se in e U rsachen, berichtet. Es kann sich dab ei so w o h l um H ohlräum e h an d eln als auch um S ch lack en ein sch lü sse oder K altsch w eiß ste lle n (B indungsfehler). G em ein sam ist d iesen F eh lern , daß sie in der N a h tw u rzel, d em A u sgan gspu nk t der S ch w eiß u n g , oder w e n ig ste n s in deren unm ittelbarer N äh e zu su ch en sind.
A. S tu m p fn ä h te o h n e A b s c h r ä g u n g d e r N a h tfla n k e n . V on untergeordneter B ed eu tu n g sind im a llg em ein en Schw eißverbin
d u ngen nach Bild 1, die nur für k lein e B lechd icken b ei geringer B ean
spruchung in Frage kom m en. D ie N ahtflanken w erd en nicht abgeschrägt.
Der V o llstä n d ig k eit halber s e i d ie se V erbindungsart hier erw ähnt, zum al
J a h r g a n g 10 H e ft 13
1 8 .J u n i 1937 K o lb , W urzelfeh ler b e i Stum pfnähten an g e sc h w e iß ten Stahlüberbauten 101
G ele g en h e it g e g eb en war, an ein em B auw erk hochbeanspruchte Z ugstäbe (Flachstäbe St 37; 70 mm breit, durchschnittlich 10 mm dick) zu unter
such en , d ie in fehlerhafter W else nach Bild 1 anstatt als X -N ähte nach B ild 3 g esch w eiß t waren.
D ie Sch w eißu ng w urde senkrecht m it S chm elzm an teielek trod en aus
geführt, der A bstand der S toß en den betrug durchschnittlich 3 bis 4 mm, war allerd in gs ln ein zeln e n F ällen auch w ese n tlich größer.
D er R öntgenbefund ergab fast b e i allen so g esch w eiß ten Z ugstäben erh eb lich e S ch lack en ein sch lü sse zw isch en den S to ß en d en (Bild 6 )2). D ie E in sch lü sse hätten im m erhin te ilw e is e v erm ied en w erd en kön nen, w en n nach F ertig stellu n g der ein en N ah tseite w e n ig ste n s von der anderen N ah t
se ite her ausgek reuzt w orden w äre. D ie g rößtenteils von der E lek trod en
u m h ü llu n g herrührende g esc h m o lze n e Schlacke se tzte sich vor allem bei den Stöß en m it abnorm al großer F u gen b reite zw isch en d en N ahtflanken fest und w urde vom E lek troden w erk stoff einfach überdeckt. D ie Schw ächung der N aht war dadurch te ilw e is e so erh eb lich , daß in fo lg e v o n Schrum pf
spannungen (die durch u n zw eck m äß ige S ch w eiß fo lg e hervorgeru fen waren), an ein zeln en S ch w eiß u n gen d u rch gehen d e R ißbildungen eintraten (R in Bild 7), noch eh e d ie Z ugstäbe überhaupt b ela ste t w urd en . Bild 8 gibt zum V ergleich die R ön tgenaufnahm e ein er der a u sg eb esse rte n , nachträg
lich als X -N aht ausgeführten einw and freien Z u gstab sch w eiß u n gen w ieder.
B ild 1. Bild 2.
B. V -N ä h te , w u r z e l s e i t ig n ic h t n a c h g e s c h w e iß t .
B ei B lech d ick en über h öchsten s 5 m m , d ie nur geringer B ean spruchung unterw orfen sind, kom m t im allg e m ein en d ie w u rzelsettig nicht nach gesch w eiß te V -N aht (B ild 2) zur A n w end u n g. D iese N ähte brauchen an sich nach den „V orläufigen V orschriften für g e sc h w e iß te, vo llw a n d lg e E isenb ahnb rü ck en“ und den „Vorschriften für g e sc h w e iß te, v o llw a n d lg e, stäh lern e Straßenbrücken D IN -E ntw urf 1. E 4 1 0 1 “ 3) als Stum pfnähte II. G üte nicht gerön tgt zu w erd en . Im m erhin ist ln den A u sfüh ru ngs
bestim m u n gen der „V orschriften“ darauf h in g ew ie se n , daß die B indung zw isch en Sch w eißw erk stoff un d M utterw erkstoff b e i allen Schw eißn ähten auch im S ch eitel der N aht ein w and frei se in so ll, d. h. a lso , daß d ie N aht gu t du rchgeschw eiß t w erd en muß, oh n e daß allerdings ein e N achsch w eiß un g der W urzel b ei N äh ten II. G üte verlan gt wird.
A ls sch lech t sind dem nach V erbindu ngen nach Bild 9 anzusprechen, b ei denen die W urzel v ö llig unversch w elßt g e b lie b e n ist. N icht selten findet man, daß ein solcher W urzelfehler sich ln der R öntgenaufnahm e nicht in der bekannten W eise als scharfe schw arze L inie, sondern im G eg e n te il als A u fh ellu n g ab zeich n et. B el so lch en N ähten w urde die u n versch w eißte W urzel beim ersten Anstrich der Brücke mit B leim e n n ig e 4) au sgefü llt, so daß der F eh ler b ei ein er rein äußerlichen B esich tigu n g nicht entd eck t w erd en konnte.
C. V -N ä h te , w u r z e ls e it ig n a c h g e s c h w e iß t , X - u n d U -N ä h te a ls S c h w e iß v e r b in d u n g e n I. G ü te.
W urzelfehler m üssen im a llg e m ein en sorgfältig au sgeb essert w erd en , sob ald es sich um S chw eißn ähte I. G üte han delt, denn d ie durch W urzel
feh ler h ervorgeru fen e innere Kerbw irkung verm ag vor allem die Dauer
festig k eit der S chw eiß verb in d u n g erheblich h e ra b zu setze n 6). D ie drei Nahtform en (B ild 2 b is 4) kön nen hin sichtlich d e s A u ftreten s von W urzel
fehlern g em ein sam b eh an delt w erd en , da der A rbeitsvorgang in der N aht
w urzel fast im m er derselb e ist: N ach v ö llig er oder te ilw eiser F ertigstellu n g der ein en N ah tseite wird der Stoß von der anderen N ah tseite her so w eit ausgek reuzt, daß der g e sa m te durch den N a h tsch eitel du rchgeschm olzen e S ch w eiß stoff entfernt und die Z one gesu n d er V erbindung zw isch en M utter
w erkstoff und S chw eißw erkstoff hinter dem N a h tsch eitel erreicht wird.
Dann wird b ei den V- und U -N ähten d ie W urzel n ach gesch w eiß t, bei X -N ähten die z w eite N ahthälfte g a n z oder te ilw e is e fertiggestellt.
Bei u n gen ü gen d er D u rchsch w eiß un g (z. B. b ei V erw en d u n g zu dicker E lek trod en für die erste Lage) bzw . m angelnder A u skreuztiefe treten Im allg em ein en drei v ersch ied en e Arten von W urzelfehlern auf, d ie in den B ild e r n il bis 13 sch em atisch d argestellt und ln den R öntgenbildern w ieder
g e g eb en sind (W erkstoff: St 37; W alzblech, 14 mm dick).
B ei zu sam m en gep reß ten , im N a h tsch eitel nicht bis zur Sp itze a b geschrägten S toß en d en b le ib t in der W urzel ein schm aler, unverschw elßter Spalt b esteh en , der sich im R öntgenbild als gerad e, scharfe Linie unter
sch ied lich er Schw ärzun g k en n zeich n et (Bild 11).
Bei größerem A bstand der S toß en d en füllt sich d ie im N ah tscheitel e n tsteh en d e F u ge m ehr oder w e n ig e r m it Schlacke, im R öntgenbild als dunkles, un regelm äß ig gesch w ä rztes Band erkenntlich (Bild 12).
Es kann ferner Vorkom m en, daß der Schw eiß Werkstoff d ie S c h e itel
fuge zw ar v ö llig durchdringt, d ie se aber nur u n g en ü g en d au fgesch m olzen wird. Dann kom m t dort ein e h o m o g en e V erbindu ng zw isch en S ch w eiß w erk stoff und M utterw erkstoff nicht m ehr zu stan d e. Es en tsteh en zw ei parallel n eb en ein an d er herlau fen de fein e B ind ungsfeh ler, deren Abstand ungefähr gleich der F u gen breite ist (Bild 13).
ln Bild 10 ist zum V ergleich w iederu m die R öntgenaufnahm e einer ein w and freien X -N a h t w ie d e rg e g eb en . D ie Bilder 14 u. 15 z eig en en t
sp rechende F eh lerersch ein u n gen bei V -N ä h ten (G urtb lechsch w eiß u n gen, St 3 7 ; W alzb lech, 24 mm dick).
D ie gü n stig ste Stoß en tfernu ng beträgt erfahrungsgem äß etw a 3 bis 4 mm. B el größeren Stoß en tfernu ngen (in m anchen Fällen sch lech ter Zu
richtung m ußten Spalte bis zu 12 mm B reite durch die ersten Lagen über
brückt w erden) so llte d ie erste Lage nicht mit den im Brückenbau im allg em ein en v e rw e n d eten S ch m elzm an teielek trod en g esch w eiß t w erd en, da das Schm elzb ad w e g en seiner D ü n n flü ssigk eit leicht durchsackt und der Spalt sich w e g en d es g leic h z eitig e n A u fschm elzen s und A btropfens der N ahtflanken noch verbreitern w ürde. Das nicht im m er durchführbare U n terlegen einer K upferplatte erm öglich t zwar bei gesch ick ter E lek trod en führung auch ein S ch ließ en größerer F ugen m it S chm elzm an teielek trod en , es en tsteh t aber dabei ein sehr breites, d ü n n flü ssig es Schm elzb ad m it großer Q uerschrum pfung.
Es ist in d iesem F a lle zu em p feh len , zur S ch w eiß u n g der ersten Lagen b is zur S ch ließ u n g der überm äßig großen N ah tfu ge blanke oder leich t getau ch te, a b gen om m en e E lektroden zu v erw en d en . D ie se ergeben ein dicker flü ssig e s und rascher erstarrendes Schm elzb ad. N icht selten ben u tzt der Schw eißer dazu blan ke, nicht ab ge n o m m en e E lek trod en, Im gu ten G lauben, d ie se n gerin gw ertigeren W erkstoff beim rückwärtigen A u s
kreuzen w ied er entfernen zu können und dam it doch den „V orschriften“
zu g e n ü g e n , d ie zur g esa m ten Bauausführung nur geprüfte und a b g en o m m en e Schw eißdrahtsorten zu lassen . Daß d ie s nicht o h n e w eiteres g e lin g t, z eig t Bild 16, ein e e in zig e von v ie le n ähnlich au sseh en d en R öntgenaufnahm en gleichartiger S ch w eiß u n gen . D ie erste L age Ist schlech t durchgeschw eißt und vor allem von starken S ch lack en ein sch liissen durchsetzt, d ie durch das A u sk reuzen nur zu ein em gan z g erin gen Teil entfernt w orden waren.
Es Ist zw eck m äß ig, für alle M ontagearb eiten , bei d enen son st S ch m elz
m antelelek trod en v erw en d et w erd en , im m er ein e A nzahl a b g en om m en er, nicht um h üllter E lektroden (z. B. S ee le n elek tro d en ) bereitzu halten . W ichtig Ist vor a llem , daß die Schw eißer in der Lage sind , b eid e E lektrodensorten einw andfrei zu verarbeiten.
Es wird g e le g en tlic h v orgesch lagen , auf das B rechen der K anten im N a h tsch eitel gan z zu verzich ten und d ie B lech e an der A bschrägung scharf a u szu h ob eln (Bild 5). B el V erw en d u n g von S chm elzm an teielek trod en b e steh t aber d ie G efahr zu starken D u rchsch m eizens und D urchsackens d es S ch m elzb a d es. Dadurch wird der auch Im In teresse der V erm eid u n g allzu großer Schrum p fun gserscheinu ngen erstreb ensw erte gleich m ä ß ig e Fort
g a n g der S ch w eiß u n g erschw ert. W enn grundsätzlich auf g e n ü g e n d tiefe s A uskreuzen g ea ch tet wird, verliert d ie s e Frage an B ed eu tu n g .
B ild 3. Bild 4. Bild 5.
-) In den Bildern b e d e u te n : W — W urzelfehler mit Schlacke, R = Riß
b ildu ng, E — Einbrandkerbe, B = B ind efehler, 5 = Schlacke.
3) E lek troschw eißung, Jahrg. 7, 1936, S. 128.
4) Sch w erm etalle u n d S ch w erm etall Verbindungen schw äch en die R öntgen
strahlung m ehr als z. B. g leich e Schichtdicken von Stahl.
6) G r a f , Stahlbau, Bd. 6, 1933, S. 81.
N och ein W ort zur Praxis d es A usk reuzens, d e ssen richtige A u s
führung auf der B a u stelle häu fig dem E rm essen d es Schw eißers allein üb erlassen bleib t. Das G rundrezept des Schw eißers lautet: Es muß so la n g e a u sg em eiß e lt w erd en , bis der Span sich nicht m ehr teilt (bei ein er Nahtform nach B ild 11 oder 13) oder bis d ie ausgek reu zte S te ile nicht m ehr „stau bt“. D er „Stau b“ rührt b ei einer Schw eiß verb ind un g (nach Bild 12 von der durch d ie M eiß elh ieb e zertrüm m erten Schlacke her.
D ies richtig zu b eu rteilen , se tzt natürlich große Ü b un g voraus. S e lb st erfahrene Sch w eißer sind vor Täuschungen und irrtümern nicht sicher, sob ald z. B. S ch lack en ein sch lü sse, H ohlräum e und K a ltsch w eiß stellen in der N ah tw urzel bei V erw en d u n g stum pfer W erk zeuge zu g estem m t oder b eim A u ssch leifen m it u n g eeig n eten S ch leifsch eib en zu gesch m iert w erden.
O b w oh l der F eh ler noch in der N ah tw urzel vorhanden ist, hat der S ch w eiß er doch den Eindruck, daß d ie W urzel ein w and frei gesäu b ert sei.
Es überrascht, d e s öfteren fe stste lle n zu m üssen, daß die Sch w eiß er auf d en B a u stellen oft nur recht m angelhaft m it W erk zeugen ausgerüstet sind und nicht se lten gar k ein e M öglich k eit b este h t, die M eiß el ein w an d frei n ach zu sch leifen und nachzuhärten.
U m die G efahr u n g ew o llte n Z u stem m en s von F eh lern in der N aht
w u rzel m öglich st einzuschränken, ist e in e Firma dazu ü b ergegan gen , d iese zunächst im G roben au szu kreu zen, den letzten Span aber m it einem tragbaren Fräsgerät m it b iegsam er W e lle und Formfräser w eg zu n eh m en .
J a h rg a n g 10 H e ft 13
1 8 . J u n i 1937 K o l b , W urzelfeh ler b ei Stum pfnähten an g e sc h w e iß ten Stahlüberbauten 1 0 3
B ild tafel III.
Bild 24. Bild 25.
B ild 20. Bild 21. Bild 22. Bild 23.
D er etw as größere Arbeitsaufw and m achte sich durch Erzielung sehr sauberer, fehlerfreier S ch w eiß u ngen und V erm eidu ng von Nacharbeiten bezahlt. A n dere Firmen teilen mit, daß sie m it dem N achsch leifen der au sgek reu zten S tellen , vor allem auch b ei A u sb esseru n gen , au sg ezeich n ete E rgeb nisse erzielt haben. O b nun nachgefräst oder nachgeschliffen wird, in b eid en F ällen hängt der E nderfolg der A b elt in erster Linie von der ein w and freien B eschaffen heit der v erw en d eten W erk zeu ge ab.
D as N achfräsen oder N achsch leifen hat aber noch ein en w eiteren Vorzug. D ie Form der zum A u sk reuzen v erw en d eten M eiß el und dam it die Form der entstan denen M ulde in der N ahtw urzel ist näm lich nicht o h n e B ed eu tu n g für die G üte der W urzelversch w eiß u n g. G elegen tlich wird versucht, mit ein em Sp itzm eiß el oder m it einem N u ten m eiß el die N ahtw urzel m öglich st sch n ell herauszuneh m en . Im ersteren F all ergibt sich ein e Sp itzkerbe oder e s entstehen b ei breiterem A u sk reuzen ein zeln e n e b en ein a n d erllcg en d e m ehr oder w en iger tiefe Riefen. B ei V erarbeitung von S ch m elzm a n telelek tro d en , vor allem von so lch en m it u n gleich m äßiger U m h ü llu n g, kann e s Vorkommen, daß d iese Riefen oder Kerben durch den vorfließ en d en Schlackenfluß au sgefü llt und bei un gen ü gen d em A u fsch m elzen durch den L ichtbogen vom S ch w eiß w erk stoff überdeckt w erd en . Es en tsteh en dann S ch lack en zeilen , w ie sie Bild 18 zeigt.
Ä hnlich zeich n en sich zu g estem m te S ch lack en ein sch lü sse im R öntgen
bild ab. D ie nach Bild 19 au sg estem m te N u te g ib t ähnlich w ie b ei der in Bild 13 d argestellten Sch w eiß verb ind un g leicht zu B indungsfehlern an ein er oder beid en senk rechten N ahtflanken Anlaß.
E in e nach Bild 17 ausgek reu zte N aht, e in e leicht ausgerun dete, nach außen sich öffn en d e M ulde ohn e K erben und Riefen ist erfahrungsgem äß am g ü n stig sten . D as läßt . sich aber gerad e bei Entfernung d es letzten
Spans m it g e e ig n e te n Formfräsern oder S ch leifsch eib en verh ältn ism äßig leich t erreichen.
D . S o n d e r fo r m e n v o n S tu m p fn a h tv e r b in d u n g e n .
Z u den Stu m pfn ahtschw eißu ngen kön nen noch e in ig e Sondernaht
formen g ezä h lt w erd en , w ie sie g e le g en tlic h z. B. zum E in sch w eiß en von Q uerträgern, K on solen u. a. b ei Stahlüberbauten zur A n w en d u n g kom m en.
Für S teg b lech sch w e iß u n g en ist ein e Nahtform nach Bild 20, die so g en a n n te K -N a h t, bekannt, zum A nschluß v o n Q uerträgergurtblechen an die m eist dickeren H auptträgergurtbleche N ahtform en nach Bild 24 u. 25. G em ein sam ist d iesen A usführungsarten, daß e in e der b e id e n N ahtflanken nicht a b geschrägt wird. Sofern ein e la stv e rteilen d e Wirkung der Q uerträger bei der B erech nu ng d es B auw erks berücksichtigt ist, wird im allg em ein en n eb en son stiger ein w and freier A usführung der N aht ein e sorgfältige V er
sch w eiß u n g der N ahtw urzel verlangt.
Eine R eihe von R ön tgen u n tersu ch u n gen an K -N ä h ten an einem größeren Bauw erk (W erk stoff: St 37; W alzb lech, 14 mm dick) ergab, daß neb en schlech ter W u rzelversch w eiß u n g und starken Einbrandkerben In zah lreich en F ällen an der sen k rech ten N ah tflan k e B ind ungsfeh ler nach
zu w e ise n waren, die, w ie b ei der Ö ffnun g d ieser N äh te fe s tg e s te llt wurde, fast a lle in W urzelnähe lagen und ln d en W urzelfeh ler direkt üb ergin gen.
D ie N äh te waren auch hier so sehr durch d ie S ch w eiß feh ler gesch w äch t, daß starke R ißbildungen, in sb eson d ere in der Z ugzone der S chw eiß n ähte, auftraten, deren V erlau f m eisten s durch d ie als Kerbe w irkenden W urzel- und B in d u n gsfeh ler erzw u n gen war, w as zu ein em g erad linigen Durch
reißen der N äh te in der E b ene der sen k rech ten N ah tflan ke führte (Bild 21), Nur in w e n ig e n F ällen g in g der R ißverlauf aus dieser E b en e heraus und
1 0 4 K o lb , W urzelfehler bei Stum pfnähten an g e sch w eiß ten Stahlüberbauten — V e rsch ied en es Beilage zur Zeitschrift »Die Bauicchnik-
folgte dann der am Ü b ergan g von Schw eißnaht zum M utt er Werkstoff ent
stan d en en Einbrandkerbe (Bild 23). A lle d ie se S ch w eiß u n gen w urden durch X -N äh te ersetzt.
B em erk en sw ert ist an der in Bild 22 w ie d e rg e g eb en e n R öntgen
aufnahm e, daß in der N ahtw urzel plötzlich h e lle S tellen auftreten. Dort sind zu rü ck geb lieb en e M en nigereste ein g csch lo ssen w orden, ob w oh l der Sch w eiß er v ersu ch t hatte, den B leim ennigeanstrich an den Nahtflanken m it dem A u togen bren ner .a b z u b r e n n e n “. Nach dem A bbrennen hätten die N ahtfianken noch abgesch liffen oder sorgfältig abgekratzt w erden m üssen.
Ein grober, an g leichartigen S ch w eiß u n g en v ersch ied en tlich fest- g e ste llte r W urzelfehler ist in Bild 24 w ie d e r g e g eb en . N eb en der äußerst sch lech t versch w eiß ten N ahtw urzel sin d w eitere breite S ch lack en ein sch lü sse zu erk en nen, die w e g e n Ihrer W urzelnäh e z w isch e n der ersten und zw eiten L age zu su ch en sind (W erkstoff: St 37; W alzb lech, 16/30 mm dick).
E ine V erbindungsart nach Bild 25 Ist geg en ü b er der ln Bild 24 g e zeig te n Nahtform insofern gü n stiger, als die W urzel leich ter ausgek reuzt und nach gesch w eiß t w erd en kann. Im m erhin z eig t die in B ild 25 w ieder
g e g e b e n e R öntgenaufnahm e ein er solchen Naht, daß sch w ere F eh ler auf
traten, d ie se lb st b ei tieferem A u sk reuzen nicht v o llstä n d ig hätten entfernt w erd en können (W erkstoff: St 37; W alzb lech, 16/33 mm dick). D ie gan ze N aht wird von ein em starken B ind ungsfeh ler du rchzogen, der in ein en breiten W urzelfehler ausläuft. N eb en dem B indungsfeh ler zieh t sich ein e b reite und tiefe Schlackenrinne hin. D ie Ö ffnung d ieser N aht ergab, daß d ie gan ze erste Lage an der senk rechten Flanke nur „ a n g ek leb t“ war und in der W urzel Schlacken e in g esch lo sse n waren. Der B ind efehler hatte ein e T iefen au sd ehn un g von 4 b is 5 mm, das waren rd. 3 0 % der Querträger- G urtblechstärke. D ie breite, parallel zum B in d efehler v erlau fen d e Schlacken
rinne w u rd e als m it S ch lack e g e fü llte und nachher ü b ersch w eiß te Einbrand
kerbe der ersten L age erkannt. Es fiel auf, daß d ie se F eh ler reih en w eise auftraten, w ährend entsp rech en de N äh te an anderen Q uerträgerreihen v o ll
k om m en fehlerfrei waren. O ffenbar w urden die fehlerhaften N äh te von ein em S ch w eiß er h er g estellt, der nicht in der L age war, d ie gerad e b ei der Sch w eiß u n g der ersten Lage und bei V erw en d u n g von S ch m elzm an tel
elektroden v erh ältn ism äßig starke m agn etisch e B lasw irkung der G leichstrom -
V e r s c h i
U m b a u d e r K e tte n h ä n g e b r ü c k e ü b er d ie M e n a i-M e e r e n g e . Einer A n kündigung d e s britischen V erkehrsm inisterium s z u fo lg e so ll die bekan nte K ettenhängebrücke über die M en ai-M eeren ge b ei Bangor, die England mit der Insel A n g lesea verb in det, um gebau t w erd en . D ie in den Jahren 1819 bis 1826 von T hom as Telford erbaute Brücke b ie tet m it ihrem Alter von über 110 Jahren ein vortreffliches B eisp iel für die große L ebensd auer stählerner B auw erke. Der U m bau erfolgt, um die Brücke den A nforde
rungen d e s n eu zeitlich en Verkehrs anzupassen.
Bild 1. Brücke über die M enai-M eeren ge.
D ie M enaibrücke (Bild 1) ist e in e der ersten in Europa g eb au ten K ettenhängebrücken. Ihre M ittelöffn un g b esitzt 175 m Sp an n w eite, die G esam tlän ge beträgt 354 m. D em sein erzeitig en Stan de d es Brückenbaues entsp rech en d ist sie als u n versteifte H ängebrücke ausgeführt. D ie Fahr
bahn lie g t 32 m über H ochw asser. D ie aus Marmor von der Insel A n g lesea erbauten P y lo n en überragen d ie Fahrbahn noch um 16 m. D ie P feiler
kronen tragen R ollen lager zur A ufnah m e der K etten. D ie K etten sind in vier R eihen angeordnet, von den en die b eid en m ittleren näher b ei
einander lie g e n . Z w ischen letzteren ist der F u ß w eg angeordnet, er wird a lso b eid erseits v o n Fahrbahnen flankiert. J ed e K etten reih e b esteh t aus v ier ü b erein a n d erlieg en d en Strängen. D ie R ückhalteketten sind bis in den F else n geführt und dort in g u ß eisern en A nkerplatten verankert. E in zel
h eiten der K etten au sb ild u n g z eig t Bild 2. D ie H ängestangen haben quadratischen Q uerschnitt von 25 mm S e iten lä n g e. D ie Fahrbahn b esteh t aus 9 0 mm h oh en und 13 mm dicken Schienen als Q uerträger, auf denen ein aus z w e i Lagen B ohlen g eb ild eter L ängsbelag liegt. A uf den b eid en
L ich tb ogen sch w eiß u n g zu m eistern. Es ist desh alb anzustreben, daß vor der A usführung ein es g e sc h w e iß ten Stah lü berbaues d ie Sch w eißer nicht nur d ie in den „V orschriften“ verlangten P robeform en einw andfrei her
z u stellen v e rm ö g e n , sondern darüber hin au s P rob esch w eiß u ngen ent
sprechend den sch w ierigeren , b ei der A usführung d es Bauw erks vor
k om m en d en N ahtform en ausführen. Es em pfieh lt sich ferner, auch dort, w o so lch e Sonderform en von Stu m pfnahtverbindungen als Schw eißn ähte II. G ü te zur A n w en d u n g kom m en, m in d esten s stich p ro b en w eise R öntgen
untersu ch un gen durchzuführen, nachdem d ie Erfahrung e in e verh ältn is
m äßig groß e H äufigkeit von W urzelfehlern und w urzelnahen B indefehlern ergab. E ine Schw eißn aht nach Bild 25 ist se lb st als Schw eißn aht II. G üte nicht mehr brauchbar, da über die m an geln de W urzelverschw eißu ng hinaus durch den B ind efehler fast ein D rittel d e s N ahtquerschnitts für d ie Kraft
übertragung unbrauchbar gem ach t w urde, g a n z a b g eseh en von den ört
lichen Spann un gserhöh un gen in fo lg e der K erbw irkung solcher F ehler.
E. Z u s a m m e n fa s s u n g .
Zur V erm eid u n g von W urzelfehlern b ei Stum pfnähten muß auf ein
w an dfreie D urchschw eißung d es N a h tsch eitels bzw . g en ü g en d tiefes A u s
kreuzen m it gu ten W erk zeugen g ea ch tet w erd en . Es wird em pfoh len , den letzten Span nach dem A u sk reuzen m it ein em Formfräser oder einer g e eig n e te n S ch leifsch eib e zu entfernen, um ein e nach außen geö ffn ete , gu t a u sgeru n d ete M u ld e nach Bild 17 ohn e M eißelkerb en und R iefen zu b ek o m m en . Dadurch wird ein gleich m ä ß ig g u te s A u fsch m elzen d e s N aht
grund es und der N ahtflanken erleichtert und das Auftreten von Schlacken
ein sch lü ssen verm indert. W o aus bau lichen Gründen Sondernahtform en nach den Bildern 20, 24 und 25 un verm eidlich sind , ist vor allem auf ein w and freie B esch affen h eit der ersten ein g esch w eiß ten L age zu achten.
D ie W urzel muß sorgfältig ausgek reuzt w erd en . D ie Nahtform nach Bild 25 ist für ein e sau bere W u rzelversch w eißu ng g ü n stig er als die N aht
form nach Bild 24. D ie m it der A usführung beauftragten Schw eißer so llen vorher g leich artige P rob esch w eiß u n gen h e rsteilen , d ie ein er g en au en P rüfung zu un terziehen sin d . Es ersch eint im Hinblick auf d ie bisher an solch en Schw eißn ähten gem ach ten Erfahrungen angebracht, stichproben
w e is e R ön tgen untersuchu ngen auch dann vorzu n eh m en , w en n die V er
bin dun gen zur Gruppe von S ch w eiß n äh ten II. G üte gerech n et w erd en können.
e d e n e s .
Fahrbahnen kom m t h ierzu noch ein Q u erb elag aus 75 mm dicken B ohlen . D ie Brückenbreite beträgt 8,5 m.
Infolge der un verstellten Bauart hat d ie M enaibrücke von jeher unter der E inw irkung äußerst starker Seestü rm e zu leid en gehabt, w e lch e d ie Fahrbahn m ehrm als beschäd igten , b eson d ers ln den Jahren 1826, 1836 und 1839. Nach W ied erh erstellu n g der b esch äd igten T elle kon nte d ie Brücke jedoch stets w ied er in Betrieb g en o m m en w erden.
Auch im vorigen Jahre trat w ied er ein e te ilw e is e B eschädigu ng in
fo lg e ein es schw eren Stu rm es ein. D ie angerichteten Z erstörungen sind bereits a u sgeb essert. In zw isch en w urde d ie Ingenieurfirm a Sir A. G ibb m it der A u fstellu n g e in es E ntw uifes für den U m b au der Brücke beauftragt.
N ach d iesem Entwurf b leib t d ie charakteristische G estalt d es B auw erkes b is auf g erin g fü g ig e Ä nderungen erh alten, d ie n eu e Tragkonstruktion wird jedoch den h e u tig en V erkehrslasten entsprechen d a u sg eb ild et. D ie Zahl der Tragketten w ird verm indert. Der bisher zw isch en den Fahr
bahnen lie g e n d e F u ß w eg wird b eseitig t, dafür w erd en z w e i se itlich e , auf K on solen ausgek ragte G e h w e g e außerhalb der H än gestan gen angeordnet.
D ie T oröffnungen in den P ylon en , durch w e lch e d ie Fahrbahnen geführt sind und w e lch e d ie freie Sicht für den Fahrer stark e in en g ten , w erd en g e w e ite t. S on st w erd en an den P y lo n en nur gerin gfü gige Ä nderungen vorgen om m en .
D ie K osten des U m b au es w erd en m it 2,5 M ill. RM a n g eg eb en . (Nach E ng. N ew s-R ec. v. 18. 3. 1937, S. 422.)
I N H A L T : G r u n d s ä tz lic h e B e m e rk u n g e n z u r F ra g e d e r B e u ls lc h e rh e it d e r S te g b le c h c v o ll- w a n d lg e r B le c h trä g e r. — W u rz e lfe h le r b e i S tu m p f n ä h te n a n g e s c h w e iß te n S ta h lü b e r b a u te n . — V e r s c h i e d e n e s .
V e ra n tw o rtlic h fü r d e n I n h a l t : G eh . R e g ie ru n g s ra t P ro f. A. H e r t w l g , B e rlln -C h a rlo tte n b u rg . V e rla g v o n W ilh e lm E r n s t & S o h n , B e rlin W 9.
D ru c k d e r B u c h d ru c k e re i G e b r ü d e r E rn s t, B e rlin SW 68.
