Kerbfallkombinationsmodell zur Berücksichtigung von Schweißnahtimperfektionen beim Ermüdungsnachweis

Fertigungsbedingte Imperfektionen treten in jeder Schweissnaht auf, die insbesondere in ermudungsbeanspruchten Stahlkonstruktionen, wie z. B. Stahlbrucken, eine grosse Rolle spielen. Denn diese Schweissnahtimperfektionen beeinflussen die Ermudungsfestigkeit der Schweissverbindung. Die Verknupfung der Ermudungsfestigkeitswerte mit dem Qualitatsniveau der Schweissverbindungen ist jedoch bisher nur unzureichend geschehen. Die Grossen tolerierbarer Schweissnahtimperfektionen sind zwar gemass DIN EN 1090-2, DIN EN 1993-1-9 und DIN EN ISO 5817 vorgegeben, doch sie wurden ohne wissenschaftlichen Hintergrund festgelegt. Die wahren Grenzwerte sind unbekannt. Dies bot den Anlass, eine Methode zu entwickeln, mit der Kerbfalle abhangig von der Grosse der Schweissnahtimperfektionen bestimmt werden konnen. Auf Basis von Ermudungsversuchen geschweisster Details des Kreuzstosses und der Quersteife mit Imperfektionen wurden numerische Untersuchungen mithilfe der Finite-Elemente-Methode und lokaler Ermudungskonzepte durchgefuhrt. Die Ergebnisse dieser Berechnungen liefern einen quantitativen Zusammenhang zwischen Ermudungsfestigkeit und Grosse einzelner Schweissnahtimperfektionen. Zusatzlich wurde das Kerbfallkombinationsmodell entwickelt, mit dem mehrere Imperfektionen auf probabilistische Weise im Kerbfall effizient berucksichtigt werden konnen. Da bei Anwendung des vorgestellten Verfahrens zeitaufwendige uberarbeitungen von Schweissnahten in Zukunft entfallen konnen, wird das Nachweiskonzept fur ausreichende Sicherheit gegen Ermudungsversagen hinsichtlich der Kosten- und Ressourceneffizienz verbessert. Fatigue class combination model for the consideration of weld imperfections in fatigue verificationFabrication-related imperfections occur in every weld, and these play a particularly important role in steel structures subject to fatigue loading. These weld imperfections influence the fatigue strength of the welded joint. However, the link between the fatigue strength values and the quality level of the welded joints has so far been inadequate. The sizes of tolerable weld imperfections are specified acc. to EN 1090-2, EN 1993-1-9 and EN ISO 5817, but they have been determined without scientific background. The true limit values are unknown. This provided the occasion to develop a methodology to determine FAT classes depending on the size of the weld imperfections. Based on fatigue tests of welded details of the cruciform joint and the transverse stiffener with imperfections, numerical investigations were carried out using the finite element method and local fatigue concepts. The results of these calculations provide a quantitative relationship between fatigue strength and size of individual weld imperfections. In addition, the fatigue class combination model was developed in a probabilistic way to efficiently account for multiple imperfections in the FAT class. Since time-consuming rework of welds can be eliminated in the future when the presented method is applied, the verification concept for sufficient safety against fatigue failure is improved in terms of cost and resource efficiency.