Zusammenfassung: Stahlkonstruktionen bestehen aus Stahlwerkstoffen und gehören zu den wichtigsten Baukonstruktionen. Sie zeichnen sich durch hohe Festigkeit, geringes Gewicht, gute Steifigkeit und hohe Verformbarkeit aus und eignen sich daher für den Bau von weitgespannten, extrem hohen und schweren Gebäuden. Die Festigkeitskennwerte für Stahlkonstruktionen basieren auf der Streckgrenze des Stahls. Nach Überschreiten dieser Grenze ist Stahl plastisch verformbar, ohne zu brechen.
Was sind die Eigenschaften von Stahlkonstruktionen?
1. Hohe Materialfestigkeit und geringes Gewicht. Stahl zeichnet sich durch hohe Festigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul aus. Im Vergleich zu Beton und Holz ist sein Verhältnis von Dichte zu Streckgrenze relativ gering. Daher weist die Stahlkonstruktion unter gleichen Belastungsbedingungen einen kleinen Querschnitt, ein geringes Gewicht, einen einfachen Transport und eine unkomplizierte Montage auf und eignet sich für Konstruktionen mit großen Spannweiten, großen Höhen und hohen Lasten.
Materialanforderungen für Stahlkonstruktionen
1. Festigkeit. Die Festigkeitskennzahl von Stahl setzt sich aus der Elastizitätsgrenze σe, der Streckgrenze σy und der Zugfestigkeit σu zusammen. Die Bemessung basiert auf der Streckgrenze des Stahls. Eine hohe Streckgrenze reduziert das Gewicht der Konstruktion, spart Stahl und senkt die Baukosten. Die Zugfestigkeit ou ist die maximale Spannung, der der Stahl standhält, bevor er versagt. Bei Überschreitung dieser Grenze verliert die Konstruktion aufgrund starker plastischer Verformung ihre Nutzbarkeit. Sie verformt sich jedoch stark, ohne einzustürzen, und sollte daher den Anforderungen an die Erdbebensicherheit genügen.
Stahlkonstruktion H-Träger
2. Plastizität
Die Plastizität von Stahl bezeichnet allgemein die Eigenschaft, dass er nach Überschreiten der Streckgrenze eine signifikante plastische Verformung ohne Bruch erfährt. Die wichtigsten Indikatoren zur Messung der plastischen Verformbarkeit von Stahl sind die Bruchdehnung ō und die Querschnittsschrumpfung ψ.
3. Kaltbiegeverhalten
Die Kaltbiegefestigkeit von Stahl ist ein Maß für dessen Widerstandsfähigkeit gegen Rissbildung bei plastischer Verformung durch Biegen bei Raumtemperatur. Zur Bestimmung der Kaltbiegefestigkeit wird die Biegeverformung von Stahl unter einem vorgegebenen Biegegrad mittels Kaltbiegeversuchen geprüft.
4. Schlagzähigkeit
Die Kerbschlagzähigkeit von Stahl beschreibt dessen Fähigkeit, unter Stoßbelastung während des Bruchvorgangs mechanische Energie zu absorbieren. Sie ist eine mechanische Eigenschaft, die den Widerstand von Stahl gegen Stoßbelastung misst, welche aufgrund niedriger Temperaturen und Spannungskonzentrationen zu Sprödbruch führen kann. Im Allgemeinen wird die Kerbschlagzähigkeit von Stahl durch Schlagversuche an Normproben ermittelt.
5. Schweißleistung Die Schweißleistung von Stahl bezieht sich auf die Schweißverbindung mit guten Eigenschaften unter bestimmten Schweißprozessbedingungen. Die Schweißleistung lässt sich in die Schweißleistung während des Schweißprozesses und die Gebrauchsleistung unterteilen. Die Schweißleistung während des Schweißprozesses beschreibt die Empfindlichkeit der Schweißnaht und des angrenzenden Werkstoffs gegenüber thermischen Rissen oder Schwindrissen während des Schweißens. Eine gute Schweißleistung bedeutet, dass unter bestimmten Schweißprozessbedingungen weder das Schweißgut noch der angrenzende Grundwerkstoff Risse bilden. Die Gebrauchsleistung bezieht sich auf die Kerbschlagzähigkeit der Schweißnaht und die Duktilität in der Wärmeeinflusszone. Hierbei dürfen die mechanischen Eigenschaften des Stahls in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone nicht geringer sein als die des Grundwerkstoffs. In meinem Land werden sowohl Prüfverfahren für die Schweißleistung während des Schweißprozesses als auch für die Schweißleistung im Hinblick auf die Gebrauchseigenschaften angewendet.
6. Haltbarkeit
Die Haltbarkeit von Stahl wird von vielen Faktoren beeinflusst. Erstens ist Stahl korrosionsbeständig, weshalb Schutzmaßnahmen gegen Korrosion und Rost ergriffen werden müssen. Zu diesen Schutzmaßnahmen gehören die regelmäßige Instandhaltung der Stahlfarbe, die Verwendung von verzinktem Stahl und spezielle Schutzmaßnahmen beim Kontakt mit stark korrosiven Medien wie Säuren, Laugen und Salzen. Beispielsweise wird bei Offshore-Plattformen ein anodischer Korrosionsschutz eingesetzt, um die Korrosion des Mantels zu verhindern. Zinkblöcke sind am Mantel befestigt, und das Meerwasser korrodiert diese zunächst, wodurch der Stahlmantel geschützt wird. Zweitens ist die Bruchfestigkeit von Stahl deutlich geringer als seine Kurzzeitfestigkeit unter hohen Temperaturen und Langzeitbelastung. Daher sollte die Langzeitfestigkeit von Stahl unter dauerhafter Hochtemperaturbelastung gemessen werden. Stahl wird mit der Zeit automatisch hart und spröde – ein Phänomen, das als Alterung bezeichnet wird. Die Kerbschlagzähigkeit von Stahl unter Tieftemperaturbelastung sollte ebenfalls geprüft werden.
Veröffentlichungsdatum: 27. März 2025
