Ermüdungsfestigkeit von Stahl bei Kranbahnträgern nach EN 1993-1-9

Ermüdungsfestigkeit von Stahl bei Kranbahnträgern nach EN 1993-1-9

Die Ermüdungsfestigkeit von Stahl bei Kranbahnträgern und dazugehörigen Tragwerken entscheidet direkt über die Sicherheit von Industriehallenkonstruktionen. Daher übertragen Krane kontinuierlich veränderliche Lasten und erzeugen zyklische Spannungen. Infolgedessen kommt es im Materialgefüge zum Phänomen der hochzyklischen Ermüdung. Darüber hinaus kann dieser Prozess Anrisse bei Spannungen auslösen, die deutlich unter der statischen Streckgrenze f_y liegen.

Wie beeinflussen dynamische Lasten die Ermüdungsfestigkeit von Stahl?

Vor allem führt der Kranbetrieb zu wiederkehrenden Zyklen von Zug- und Druckspannungen. Aus diesem Grund fordert die Norm EN 1993-1-9 die Ermittlung der Nennspannungsschwingbreite Δσ sowie der äquivalenten Spannungsschwingbreite Δσ_E,2 bezogen auf 2 × 10⁶ Lastwechsel.

Ermüdungsschäden an Kranbahnen resultieren meist aus drei Hauptfaktoren:

• Kerbspannungskonzentrationen: Diese treten an Kehlnähten und Schraubenlöchern auf.
• Eigenspannungen: Diese entstehen zusätzlich beim Schweißen von Aussteifungen und Stützen.
• Biegedrillknicken und Torsion: Die außermittige Raddruckeinleitung des Krans auf den Obergurt verursacht gleichzeitig eine Querbiegung des Stegs.

Infolgedessen müssen Konstrukteure den sprödbruchbeständigen Werkstoff sorgfältig auswählen. Darüber hinaus haben wir die praktischen Regeln zur Stahlsortenauswahl in unserem Artikel über die Sprödbruchbeständigkeit von Stahl in den Untergruppen J2 und K2 beschrieben.

Formstahl von WOST S.A. und die Ermüdungsfestigkeit von Stahl in Kranbahntragwerken

Warmgewalzte Profile aus dem Angebot von WOST S.A. erfüllen schlüsselfertige Aufgaben in Kranbahntragwerken und gewährleisten die Steifigkeit der gesamten Konstruktion. Wiederum reduziert die richtige Profilauswahl das Beschädigungsrisiko erheblich:

• Warmgewalzte U-Profile (UPN) – verstärken den Obergurt gegen Biegedrillknicken sowie Torsion und dienen als Längsträger für Laufstege.
• Warmgewalzte T-Profile – bilden aufgrund ihrer hohen Ebenefestigkeit die Gurte in Fachwerkträgern und Aussteifungen.
• Gleichschenklige und ungleichschenklige Winkelstähle – bilden Ausfachungen, vertikale Verbände sowie Montageelemente für Wandriegel.

Die hohe Ermüdungsfestigkeit von Stahl aus dem Hause WOST S.A. resultiert direkt aus seinem homogenen Mikrogefüge. Gleichzeitig weisen warmgewalzte Erzeugnisse keine starken Eigenspannungen in den Kantenbereichen auf. Dadurch unterscheiden sie sich von kaltgeformten Profilen und reduzieren das Risiko von Anrissbildungen deutlich.

Ermüdungsfestigkeit von Stahl und Kerbfallklassen (Δσ_c) nach EN 1993-1-9

Die Norm EN 1993-1-9 klassifiziert Knotenpunkte und Schweißverbindungen nach Kerbfallklassen Δσ_c (Detailkategorien). Dieser Parameter bestimmt die Festigkeit des Werkstoffs bei 2 × 10⁶ Lastwechseln:

• Ungeschweißter Grundwerkstoff (Δσ_c = 160 MPa): Vollwertige Walzprofile ohne Bohrungen erreichen stets die höchsten Werte.
• Schraubenverbindungen (Δσ_c = 90–112 MPa): Erfordern eine präzise Bohrungsausführung, was wir in unserem Leitfaden über Maßtoleranzen und Oberflächenbeschaffenheit von Profilen detailliert beschreiben.
• Schweißnähte und Steifennähte (Δσ_c = 45–80 MPa): Stellen mit angeschweißten Steifen erfordern aufgrund des Abfalls der Kerbfallklasse sorgfältige Berechnungen.

Darüber hinaus finden Sie weitere Informationen zum sicheren Fügen von Bauteilen in unserem Beitrag über die Schweißbarkeit der Stahlsorten S235, S275 und S355. Gleichzeitig können offizielle Richtlinien und Bemessungsnormen auf der Website des Polnischen Komitees für Normung (PKN) überprüft werden.

Wie lässt sich die Ermüdungsfestigkeit von Stahl bei Kranbahnträgern steigern?

Tragwerksplaner und Hersteller von Tragwerken sollten drei grundlegende ingenieurtechnische Regeln beachten:

1. Schweißnähte in Biegezonen reduzieren: Vor allem sind vertikale Stegsteifen unter Einhaltung eines Abstands zum Zuggurt zu schweißen.
2. Auf bewährte Qualität setzen: Wählen Sie daher Formstahl von WOST S.A. der Güteklasse J2 (z. B. S355J2), die eine hohe Kerbschlagarbeit bei -20 °C garantiert.
3. ZfP-Prüfungen durchführen: Dementsprechend sind für die Ausführungsklasse EXC3 Sichtprüfungen (VT), Magnetpulverprüfungen (MT) und Ultraschallprüfungen (UT) anzuwenden.

Infolgedessen garantiet Formstahl von WOST S.A. dank strenger Verfahren der werkseigenen Produktionskontrolle (WPK), dass die Ermüdungsfestigkeit von Stahl die Sicherheitsnormen über die gesamte Nutzungsdauer der Halle erfüllt.