Im Hoch- und Industriebau werden Hallenstützen beispielsweise durch horizontale Lasten auf die Fassade, durch vertikale Lasten aus dem Dachaufbau und durch exzentrisch an der Stütze angreifende Kranbahnlasten beansprucht. Dadurch ergeben sich für die Stützen planmäßige Torsionsbeanspruchungen. Um das Tragverhalten dieser Bauteile genauer beschreiben zu können, wurden numerische Simulationen durchgeführt. Für Bauteile mit einfach- und doppeltsymmetrischen Querschnitten unter Druck, zweiachsiger Biegung und Torsion wurden das Last-Verdrehungsverhalten, die Schnittgrößenentwicklung während der Laststeigerung sowie die verbleibenden elastischen Restquerschnitte detailliert ausgewertet und analysiert.

In dieser Forschungsarbeit wird das Tragverhalten dieser Träger anhand numerischer Berechnungen eingehend untersucht. Hierzu wird ein FE-Model mittels Schalenelementen entwickelt, welches das Tragverhalten von torsionsbeanspruchten Trägern realitätsnah abbildet. Anhand mehrerer experimenteller Untersuchungen wird das FE-Model validiert. Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen fließen in unterschiedlichste Entwicklungen ein.

Zum einen wurde im Rahmen der Überarbeitung und Weiterentwicklung des Eurocodes 3, resultierend aus den gewonnenen Erkenntnissen der durchgeführten numerischen Simulationen, ein Nachweisverfahren für gabelgelagerte, einfeldrige Bauteile unter Normalkraft, zweiachsiger Biegung und planmäßiger Torsion entwickelt und in prEN 1993-1-1:2020 aufgenommen. Das Nachweisverfahren basiert zum einen auf dem in EN 1993-1-1:2005 Abschnitt 6.3.3 geregelten Verfahren für Bauteile mit doppeltsymmetrischen Querschnitten unter zweiachsiger Biegung mit Normalkraft und zum anderen auf dem in EN 1993-6:2007 Anhang A geregelten Verfahren für den Nachweis des Biegedrillknickens von als Einfeldträger gelagerten Kranbahnträgern unter zweiachsiger Biegebeanspruchung und Wölbkrafttorsion. Das Nachweisverfahren ist sowohl für Bauteile mit doppelt- als auch zur z-Achse einfachsymmetrischem Querschnitt geeignet.

Zum anderen werden die Ergebnisse verwendet, um eine vereinfachte Bemessungsmethode auf Grundlage des Ersatzimperfektionsverfahrens zu entwickeln. Hierzu wird in einem ersten Schritt ein kombinierter Imperfektionsansatz aus Vorverformung und Vorverdrehung vorgeschlagen. Zur Berücksichtigung von planmäßigen Torsionslasten wird im zweiten Schritt ein Modifikationsbeiwert eingeführt, der das Tragverhalten aus den numerischen Berechnungen abbildet.

Bours, A.-L., Winkler, R., & Knobloch, M. (2019a). Buckling resistance of mono-symmetric I-/H-section members in biaxial bending, axial compression, and torsion. In F. Wald & M. Jandera (Hrsg.), Stability and ductility of steel structures 2019: proceedings of the International Colloquia on Stability and Ductility of Steel Structures, Prague, Czech Republic, September 11-13, 2019 (S. 189–196).

Bours, A.-L., Winkler, R., & Knobloch, M. (2019b). Ergänzende Untersuchungen zum Tragverhalten einfachsymmetrischer I‐Querschnitte unter Biegung, Druck und Torsion. Stahlbau, 88(9), 836–850. https://doi.org/10.1002/stab.201900060

Winkler, R., Bours, A.-L., Walter, A., & Knobloch, M. (2019). Redistribution of internal torsional moments caused by plastic yielding of structural steel members.   Structures, 17, 21–33. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2018.12.008

Knobloch, M., & Winkler, R. (2018). Spatial buckling of steel members - on the influence of torsional loads. In D. Bigoni, F. Ubertini, & A. Corigliano (Hrsg.), ESMC 2018: 10th European Solid Mechanics Conference, 2–6 July 2018, Bologna, Italy.

Winkler, R., Walter, A., Knobloch, M., & Lange, J. (2018). Zum Stabilitätsnachweis von Stahlbauteilen aus einfach- und doppeltsymmetrischen I-Querschnitten unter Biegung, Druck und Torsion: Herrn Prof. Dr.‐Ing. Jörg Lange zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet. Stahlbau, 87(5), 476–490. https://doi.org/10.1002/stab.201810608

Walter, A., Herbersagen, J., Winkler, R., & Knobloch, M. (2017). Structural behaviour of simple steel beams subject to axial compression, biaxial bending moments and torsion. In J. Jönsson (Hrsg.), Eurosteel 2017 Conference: 8th European Conference on Steel and Composite Structures : Copenhagen, 13-15 September 2017 (S. 1076–1085). https://doi.org/10.1002/cepa.148