Seite erweitert Juli 2025
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Infos auf dieser Seite ... als pdf 
Eingabeoberfläche ..............
Anschluss Träger-Stütze .....
Basisverbindungen .............
Rechenlaufsteuerung ..............
Komponentenmethode ...........
Schraubenverbindungen .........
Profile und Verstärkungen .......
Tragfähigkeitsnachweis ...........
Schrauben, Niete, Bolzen .......
Anschlussparameter ..............
Nachweis Schweißnähte ........
Schweißverbindungen .............
Schnittgrößen ........................
Nachweis Stegsteifen .............
T-Stummel mit Zug .................
Schnittgrößenimport ..............
Grundkomponenten ................
T-Stummel vier Schrauben ......
Teilschnittgrößen ...................
Lasteinleitung ........................
Stahlsorten ...........................
Ergebnisübersicht ..................
Ermüdung .............................
Ausdrucksteuerung ................
 
Beispiel mit Erläuterungen ......
nationale EC-Anhänge ............
EC 3 - Stahlkonsole
Mit dem Programm 4H-EC3SK, Stahlkonsole, können an Stützen angeschlossene Konsolen mit Doppel-T-Querschnitten nach Eurocode 3 nachgewiesen werden.
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Die zugehörigen Eingabeparameter werden in eigenen Registerblättern verwaltet, die über folgende Symbole die dahinter liegende Parameterauswahl kenntlich machen.
Rechenlaufsteuerung
Im ersten Registerblatt werden die Anordnung der Konsole an der Stütze, Stahlsorte und Materialsicherheitsbeiwerte sowie der Berechnungsablauf festgelegt.
Die zu führenden Nachweise können ausgewählt werden.
Es wird festgelegt, ob die Konstruktion im Registerblatt oder in einem separaten Fenster am Bildschirm dargestellt werden soll.
Optional wird die Verbindung zur visuellen Kontrolle maßstäblich im Registerblatt dargestellt.
Profile
Im zweiten Registerblatt werden Stützen- und Konsolprofil ausgewählt.
Es sind nur Doppel-T-Profile zugelassen; sie werden am Bildschirm maßstäblich visualisiert.
Stützenprofile können durch Stegsteifen oder Stegbleche verstärkt werden.
Im Konsolprofil können im Bereich der Lasteinleitung Stegsteifen angeordnet werden.
Ist der Anschluss nicht gevoutet, können zur Verstärkung Dreieckrippen verwendet werden.
Anschlussparameter einer Seite
Im dritten und vierten Registerblatt wird die Verbindung Konsole-Stütze je Seite konstruiert, d.h. es wird festgelegt, ob ein geschraubter Stirnblech- oder ein geschweißter Anschluss vorliegt.
Die zur Berechnung notwendigen Parameter zur Anordnung der Anschlussbleche bzw. -profile
werden abgefragt.
Des Weiteren können Vouten festgelegt werden.
Je nach Anschlussart sind Schraubensorte und -abstände sowie die Schweißnahtdicken anzugeben.
Optional wird die Verbindung zur visuellen Kontrolle maßstäblich im Registerblatt dargestellt.
Bemessungslasten
Die Schnittgrößen werden im fünften und sechsten Registerblatt festgelegt.
Sie sind für den Nachweis der Träger-Stützen-Verbindung oder der Lasteinleitung auf den Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) oder für den Nachweis der Ermüdung auf den Grenzzustand der Ermüdung (GZE) bezogen.
Die Schnittgrößen können entweder als Konsollasten aus dem Lastträger einwirken oder als Knotenschnittgrößen auf den Schnittpunkt der Systemachsen bezogen sein.
Ergebnisübersicht
Im siebten Registerblatt werden die Ergebnisse (Anschluss, Lasteinleitung und Ermüdung) lastfallweise und detailliert im Überblick dargestellt.
Für die GZT-Nachweise ist die maßgebende Lastkombination gekennzeichnet und kann direkt am Bildschirm angezeigt werden.
nationaler Anhang
Weiterhin ist zur vollständigen Beschreibung der Berechnungsparameter der dem Eurocode zuzuordnende nationale Anhang zu wählen.
Über den NA-Button wird das entsprechende Eigenschaftsblatt aufgerufen.
Ausdrucksteuerung
Im Eigenschaftsblatt, das nach Betätigen des Druckeinstellungs-Buttons erscheint, wird der Ausgabeumfang der Druckliste festgelegt.
Druckliste einsehen
Das Statikdokument kann durch Betätigen des Visualisierungs-Buttons am Bildschirm
eingesehen werden.
Statikausdruck
Über den Drucker-Button wird in das Druckmenü gewechselt, um das Dokument auszudrucken.
Hier werden auch die Einstellungen für die Visualisierung vorgenommen.
Planbearbeitung
Über den Pläne-Button wird das pcae-Programm zur Planbearbeitung aufgerufen.
Der aktuelle Anschluss wird im pcae-Planerstellungsmodul dargestellt, kann dort weiterbearbeitet, geplottet oder im DXF-Format exportiert werden.
Onlinehilfe
Über den Hilfe-Button wird die kontextsensitive Hilfe zu den einzelnen Registerblättern aufgerufen.
Eingabe beenden
Das Programm kann mit oder ohne Datensicherung verlassen werden.
Bei Speicherung der Daten wird die Druckliste aktualisiert und in das globale Druckdokument eingefügt.
Im ersten Registerblatt werden die Anordnung der Konsole an der Stütze, Stahlsorte und Materialsicherheitsbeiwerte sowie der Berechnungsablauf festgelegt.
Stahlsorte
Jedem Verbindungselement kann ein eigenes Material zugeordnet werden.
Der Übersichtlichkeit halber kann an dieser Stelle eine einheitliche Stahlgüte für die Verbindungsbleche (Stütze,
Träger, Stirnblech, Stegbleche oder Stegsteifen, Futterbleche) gewählt werden.
Da die Beschreibung der Stahlparameter für Verbindungen nach EC 3 programmübergreifend identisch ist, wird auf die allgemeine Beschreibung der Stahlsorten verwiesen.
Materialsicherheitsbeiwerte
Der Nachweis der Verbindung der Konsole an die -Stütze erfolgt n. EC 3-1-8 mit folgenden Materialsicherheitsbeiwerten
Ist der Ermüdungsnachweis (s.u.) aktiviert, werden die Materialsicherheitsbeiwerte n. EC 3-1-9 verwendet.
Die Werte können entweder den entsprechenden Normen (s. Nationaler Anhang) entnommen oder vom Anwender vorgegeben werden.
Anschlusstyp
Der Anschluss einer Konsole an eine durchlaufende Stütze kann rechts, links oder beidseitig erfolgen.
Bei beidseitigen Anschlüssen können sich die Trägerprofile sowie die Verbindungsarten unterscheiden.
Da sich die Systemachsen der Konsolen und Stütze in einem Knotenpunkt treffen sollten, können die Konsolen versetzt angeordnet werden. Das kommt besonders bei gevouteten Konsolen zum Tragen.
Nachweise
Das Programm 4H-EC3SK weist die Tragfähigkeit einer Stahlkonsole nach, die an eine Stütze angeschlossen ist.
Dabei werden je Anschlussgeometrie (s. Register 3,4) nur die relevanten Tragfähigkeiten ermittelt und entsprechenden Nachweise geführt.
Es gilt
die Tragfähigkeit der Konsole-Stütze-Verbindung wird mit der Komponentenmethode n. EC 3-1-8 nachgewiesen
die Abscher-/Lochleibungstragfähigkeit aus Querkraftbeanspruchung ist nur für geschraubte Verbindungen relevant
bei überwiegender Normalkraft (kommt i.A. nicht vor) wird die Verbindung mit Teilschnittgrößen nachgewiesen
optional kann ein Schweißnahtnachweis geführt werden.
Dabei kann zwischen dem richtungsbezogenen und dem vereinfachten Verfahren unterschieden werden.
die Stegsteifen (Rippen) werden nachgewiesen
optional kann ein Querschnittsnachweis des Trägers und der Stütze in der Anschlussebene durchgeführt werden.
Die Querschnittstragfähigkeiten können mit dem Elastisch-Plastischen und Elastisch-Elastischen Verfahren berechnet werden.
der Nachweis der Lasteinleitung erfolgt für eine Trägerkreuzung am Ende des Konsolträgers
die Querschnittstragfähigkeit ist dann Elastisch-Elastisch nachzuweisen
sind Quersteifen im Bereich der Lasteinleitiung angeordnet, werden sie zusätzlich nachgewiesen
der Ermüdungsnachweis wird n. EC 3-1-9 sowohl für die Konsole-Stütze-Verbindung als auch für die Lasteinleitungsstelle geführt
optional kann bei Druckspannung der Mittelspannungseinfluss berücksichtigt werden
Verschiedenes
Die Eingabedaten können über die Copy-Paste-Funktion exportiert bzw. temporär gesichert und wieder importiert bzw. geladen werden.
Dazu ist der aktuelle Datenzustand im abgebenden Bauteil über den Button Daten exportieren in die
Zwischenablage zu kopieren und anschließend über den Button Daten importieren in das aktuell geöffnete
Bauteil aus der Zwischenablage zu übernehmen.
Das Programm 4H-EC3SK bietet die Möglichkeit, die zur visuellen Kontrolle vorhandenen Bildschirmgraphiken entweder innerhalb des jeweiligen Eingabefensters anzuordnen oder in einem separaten Fenster anzuzeigen, um die Eingaberegister optimal für die Dateneingabe auszunutzen.
Der Anschluss wird zur visuellen Kontrolle bei der Eingabe am Bildschirm dargestellt; Schweißnähte, Schrauben, Profile und Abstände sind maßstabsgetreu visualisiert.
Ebenso sind die wesentlichen Parameter der Abmessungen bezeichnet.
im Register 2 befinden sich die Angaben zum Stützenprofil und zu den Konsolprofilen.
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Profile
Die Parameter der Anschlussprofile können entweder über den pcae-eigenen Profilmanager in das Programm importiert werden oder als parametrisiertes Stahlprofil eingegeben werden.
Um ein Profil aus dem Angebot des Profilmanagers zu wählen, ist der grün unterlegte Pfeil zu betätigen.
Das externe Programm wird aufgerufen und ein Profil kann aktiviert werden. Bei Verlassen des Profilmanagers
werden die benötigten Daten übernommen und der Profilname protokolliert.
 
Zur Definition eines parametrisierten Profils wird zunächst seine Klasse über eine Listbox festgelegt, anhand derer bestimmt wird, welche weiteren Parameter freigelegt werden.
Das Programm kann Träger-Stützenanschlüsse mit Doppel-T-Profilen berechnen, die als I, H-, DIL-, S-, W-Profile
pcae-intern bekannt sind.
Andere Profilklassen sind in der Listbox farblich gekennzeichnet und können als Verbindungselement nicht verwendet werden.
Bei gewalzten Profilen werden die Ausrundungsradien, bei geschweißten Blechprofilen die Schweißnähte zwischen Flansch und Steg geometrisch berücksichtigt.
Bei geschweißten Profilen kann zwischen Kehlnähten und durchgeschweißten Stumpfnähten unterschieden werden.
Diese Schweißnähte werden nicht nachgewiesen.
Gewalzte Doppel-T-Profile haben einen einheitlichen Ausrundungswinkel (ro = ru).
Geschweißte Doppel-T-Profile weisen einheitliche Schweißnähte auf
(au = ao).
Verstärkungen
Stützenprofile können zur Verstärkung des Stegs mit Stegblechen und/oder Stegsteifen ausgeführt werden.
Ebenso können Stegsteifen im Bereich der Lasteinleitung das Konsolprofil verstärken.
Außerdem bietet die Anordnung von Dreieckrippen zwischen Konsol- und Stützenflansch sowie von Zwischensteifen
im Stützenprofil im Bereich des jeweiligen Trägers eine weitere Möglichkeit zur Verstärkung der Verbindung.
Stegbleche können ein- oder beidseitig angeordnet werden, wobei sie die gleiche Stahlgüte wie das Profil aufweisen (EC 3-1-8, 6.2.6.1 (8)) sollten. Weiterhin sollten ihre Abmessungen folgende Bedingungen erfüllen
die Breite bs sollte mindestens so groß sein, dass die Schweißnähte as um das zusätzliche Stegblech an die Eckausrundung heranreichen (EC 3-1-8, 6.2.6.1 (9)), jedoch kleiner als 40·ε·ts sein (EC 3-1-8, 6.2.6.1 (13)).
Sie wird vom Programm berechnet und in der Druckliste protokolliert.
die Länge ls sollte so groß sein, dass sich das zusätzliche Stegblech über die effektive Breite des Steges unter
der Querzugbeanspruchung und der Querdruckbeanspruchung hinaus erstreckt (EC 3-1-8, 6.2.6.1 (10))
die Dicke ts des zusätzlichen Stegblechs sollte mindestens der Stützenstegdicke entsprechen
(EC 3-1-8, 6.2.6.1 (11))
Ist eine der Bedingungen nicht eingehalten, erfolgt der Abbruch des Programms mit entsprechender Fehlermeldung.
Im Programm 4H-EC3SK werden Länge, Breite und Stahlgüte des Stegblechs vorbelegt
die Stegblechlänge ls wird gleich der Gesamthöhe des angeschlossenen Profils gesetzt. Falls zusätzlich Stegsteifen angeordnet sind, wird die Stegblechlänge in die Steifen eingepasst.
die Stegblechbreite bs wird entsprechend der Steghöhe des Profils (ohne Ausrundung bzw.
Schweißnahtschenkel) gesetzt
die Stahlgüte des Stegblechs ist gleich der des Profils
Es besteht die Möglichkeit, die Abmessungen eines Blechs vom Programm sinnvoll belegen zu lassen, d.h.
bei ts = 0 entspricht die Stegblechdicke der Stegdicke des Profils
Die Schweißnahtdicke as beeinflusst den Schweißnahtnachweis
as = 0: kein Nachweis
0 < as < ts: Nachweis einer umlaufenden Kehlnaht
as ≥ ts: Nachweis einer durchgeschweißten Stumpfnaht
Stegsteifen (Rippen) werden beidseitig an Flansche und Steg der Stütze bzw. der Konsole angeschweißt.
Das Stützenprofil kann durch Stegsteifen in Höhe des Konsolzug- und -druckflanschs ausgesteift werden.
Sie beeinflussen den Nachweis der Träger-Stützenverbindung.
Bei geschweißter Verbindung sollte die Dicke der Stützensteifen mindestens der Trägerflanschdicke entsprechen.
Das Konsolprofil kann durch Stegsteifen im Einleitungsbereich der Einzellast ausgesteift werden. Hier entlasten sie den Konsolsteg beim Nachweis der Lasteinleitung, erzeugen jedoch beim Ermüdungsnachweis zusätzliche Kerbpunkte.
Die Abmessungen der Stegsteifen müssen aus konstruktiven Gründen den folgenden Anforderungen genügen
die Länge der Steifen entspricht der lichten Steghöhe (einschl. Ausrundungen): lst = h - 2·tf
die Breite der Steifen entspricht dem lichten Abstand des Flanscharms: bst = (bf - tw)/2 abzgl. 5 mm Toleranz
die Aussparung der Steifen entspricht dem 1.5-fachen Ausrundungsradius bzw. der 1.5-fachen Schenkellänge der Schweißnaht des geschweißten Profils
Die Stegsteifen werden nachgewiesen.
Alternativ zu einer Voute kann eine Dreieckrippe in den Stegachsen zwischen Konsol- und Stützenflansch angebracht werden. Die Dreieckrippe dient dazu, die Drucktragfähigkeit des Konsolflanschs zu erhöhen.
Register 3 und 4 enthalten Angaben zu den Parametern je Anschlussseite.
Der rechte Anschluss wird in Register 3, der linke in Register 4 beschrieben.
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Anschlusskonfigurationen
Je nach Konfiguration werden die zur Berechnung des Anschlusses notwendigen Parameter freigelegt.
Folgende Anschlusskonfigurationen werden angeboten
geschweißter Träger-Stützen-Anschluss
geschraubter Träger-Stützen-Anschluss, Anschluss über ein Stirnblech
Hintergründe und Erläuterungen zum Träger-Stützen-Anschluss finden Sie hier.
Das Programm 4H-EC3SK berechnet nur Träger-Stützenverbindungen mit durchlaufender Stütze.
Es wird keine Rotationssteifigkeit ermittelt.
Zunächst sind die wesentlichen Abmessungen zur Berechnung der Konsole festzulegen.
Die Länge der Konsole bezieht sich bei geschraubtem Anschluss auf das Stirnblech, bei geschweißtem Anschluss auf den Stützenflansch.
Analog wird der horizontale Abstand der Vertikallast Δa bestimmt.
Der vertikale Abstand der Horizontallast Δh wird vom oberen Konsolrand gemessen.
Mit den Abmessungen Δa und Δh können die Schnittgrößen in der Konsole bestimmt werden (s. Beschreibung der Ergebnisse).
geschweißter Anschluss
Die wirksamen Nahtdicken der Schweißnähte am oberen und unteren Flansch sowie am Steg beziehen sich auf
eine einzelne Naht. Es werden i.A. voll ausgeführte Kehlnähte verwendet, die ober- und unterhalb der Flansche
(jedoch nicht umlaufend), sowie rechts und links vom Steg angeordnet sind.
Die Ausrundungen zwischen Steg und Flanschen sind ausgespart.
Schweißnähte werden i.A. sowohl für Zug- als auch für Druckbeanspruchung nachgewiesen. Bei Drucknähten
kann ein Teil der Druckspannung über Kontakt abgetragen werden.
Programmintern werden eine Reihe von Checks bzgl. der Schweißnaht und der zu verbindenden Bleche
durchgeführt.
Hintergründe und Erläuterungen zum Nachweis der Schweißverbindung finden Sie hier.
Die Konsole kann mittels einer Voute im Anschlussbereich verstärkt sein (s.u.).
geschraubter Stirnblechanschluss
Stirnblech
Dicke und Breite des Blechs sind anzugeben, wobei die Stirnblechbreite größer als die Flanschbreite des
Trägers sein muss.
Ist keine einheitliche Stahlsorte vereinbart (s. Register 1) wird an dieser Stelle diejenige für das Stirnblech festgelegt.
Des Weiteren muss die Lage der Konsole auf dem Stirnblech über die Überstandshöhen oberhalb und unterhalb
der Konsolflansche definiert werden.
Das Stirnblech kann bündig mit der Konsole abschließen (Überstandshöhe = 0) oder auch im Bereich des Konsolflanschs enden (Überstandshöhe < 0), wobei mindestens 20% der Flanschdicke bedeckt sein müssen.
Die Stirnblechlänge setzt sich zusammen aus der gesamten Konsolhöhe (ggf. einschl. Voute)
zzgl. der Überstandshöhen und wird im Eigenschaftsblatt angezeigt.
Schweißnähte
Zur Beschreibung der Schweißnahtparameter s. geschweißter Anschluss.
Schrauben
Um eine Stirnblechverbindung nachzuweisen, sind Schraubengröße, Festigkeitsklasse sowie ggf. Futterblechdicken anzugeben.
Bei beidseitiger Verbindung wird jeder Anschlussseite eine eigene Schraubengröße/-festigkeit zugeordnet.
 
Da die Beschreibung der Schraubenparameter für Verbindungen nach EC3 programmübergreifend identisch ist,
wird auf die allgemeine Beschreibung der Schrauben verwiesen.
Bei Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8 oder 10.9 wird vorausgesetzt, dass es sich um vorgespannte Schrauben (HV) handelt.
Für die Abschertragfähigkeit der Schraube ist es von Belang, ob das Gewinde oder der Schaft in der Scherfuge liegt.
Futterbleche dienen der Verstärkung des Stützenflanschs und werden i.A. zwischen Flansch und Schraubenmutter angeordnet.
Ist keine einheitliche Stahlsorte vereinbart (s. Register 1), wird an dieser Stelle diejenige für die Futterbleche festgelegt.
Schraubenreihen
Es kann eine beliebige Anzahl an Schraubenreihen eingegeben werden, wobei die Nachweisregeln n. EC 3-1-8 nur zwei Schrauben je Reihe zulassen.
Zur Anordnung der Schrauben auf dem Stirnblech sind der Schraubenabstand zum seitlichen Rand des Stirnblechs sowie der Abstand der ersten Reihe zum oberen Rand des Stirnblechs anzugeben. Weiterhin sind bei mehr als einer Schraubenreihe die Abstände untereinander festzulegen.
Ist der Abstand der ersten Schraubenreihe zum oberen Rand des Stirnblechs kleiner als die Überstandshöhe des Stirnblechs oberhalb des Trägers, wird diese Reihe im Überstand angeordnet.
Entsprechendes gilt für die Schraubenreihe im Überstand unterhalb des Trägers.
Es kann nur eine Schraubenreihe, die im Überstand unter Zugbelastung steht, berechnet werden.
Die Schraubenreihen im Überstand des Druckflanschs werden ignoriert.
Die Schrauben sind auf Zug/Biegung und Schub nachzuweisen. Idealerweise übernehmen die Zugschrauben die Biegung, die Schrauben auf der Druckseite den Schub. Bei großer Belastung müssen jedoch Schrauben beide Belastungsformen über eine Interaktionsbeziehung tragen.
Die Schrauben sind jeweils einzeln als auch in einer Schraubengruppe zu untersuchen.
Schraubengruppen werden - beginnend vom Zugrand - automatisch gebildet.
Die Schraubenabstände werden nach EC 3-1-8, Tab. 3.3, überprüft und dokumentiert.
Die Schweißnähte, die zur Bildung des Äquivalenten T-Stummels (zusammengesetzter Querschnitt) vorhanden
sind, können traglastrelevant sein. Daher gehen sie in den Nachweis ein.
Die Tragfähigkeit des Äquivalenten T-Stummels wird mit dem alternativen Verfahren n. EC 3-1-8, Tab. 6.2 ermittelt.
Die Anordnung einer Schraubenreihe im Überstand ohne korrespondierende Reihe zwischen den Trägerflanschen bedingt eine reduzierte Tragfähigkeit des Äquivalenten Stummels (L-Stummel).
Der Anschluss wird auf Blockversagen der Schrauben mit dem Stirnblech untersucht.
Ebenso wird die Tragfähigkeit des Stirnblechs bzgl. Schub in die Anschlusstragfähigkeit integriert.
Hintergründe und Erläuterungen zum Nachweis der Schraubenverbindung finden Sie hier.
Besonderheiten bei Vouten
Die Konsole kann über ihre gesamte Länge eine Voute zur Verstärkung erhalten.
Der Neigungswinkel αv bezieht sich auf die Senkrechte zur Stütze (die horizontale Achse).
Die Voute wird als gewalztes oder geschweißtes T-Profil ausgeführt, wobei n. EC 3-1-8, 6.2.6.7(2) zu beachten ist
die Flanschdicke der Voute darf nicht kleiner als die der Konsole sein
die Flanschbreite der Voute darf nicht kleiner als die der Konsole sein
die Stegdicke der Voute darf nicht kleiner als die der Konsole sein
die Voutenneigung darf nicht größer als 45° sein
Bei geschweißten Vouten wird die Tragfähigkeit der Schweißnähte zwischen Voutenflansch und -steg
nicht nachgewiesen.
Bei Verwendung einer Voute wird der untere Querschnittsflansch ignoriert.
Bei geschweißtem Konsolprofil ist ein einheitlicher Blechträger vorhanden, wobei die Abmessungen der Voute denen der Konsole entsprechen.
Es wird programmintern mit einem Profil gerechnet, dessen Querschnittswerte wie folgt ermittelt werden
Sämtliche weiteren Querschnittswerte beziehen sich auf diese Größen.
Das interne Profil übernimmt die Herstellungsmaße (gewalzt: Ausrundungsradius, geschweißt: Schweißnahtdicke)
des Konsolprofils.
Bei geschweißtem Konsolprofil wird die Tragfähigkeit der Schweißnähte nicht nachgewiesen.
Lastträger
Die Konsole dient zur Auflagerung eines (Last-) Trägers, der wiederum z.B. eine Kranbahn führt.
Da der Lastträger i.A. ebenfalls ein Doppel-T-Profil ist, wird die Last aus dem Steg mit einer geringeren Lasteinzugslänge als die Flanschbreite des Profils an die Konsole übergeben.
Ist der Lastträger mit Rippen im Bereich der Lasteinleitung verstärkt, kann die Lasteinzugslänge vorgegeben werden.
Ohne Angabe eines Lastträgers ist die Lasteinzugslänge anzugeben.
Hintergründe und Erläuterungen zum Nachweis der Lasteinleitung finden Sie hier.
Im Programm 4H-EC3SK ist die Kranbahn nicht Gegenstand der Betrachtung.
Ist der Nachweis der Lasteinleitung aktiviert, wird im Programm 4H-EC3SK die Querschnittstragfähigkeit (s. Träger-Stützenverbindung) elastisch ermittelt. Dadurch entfällt der Nachweis im GZG.
Ermüdung
Für den Ermüdungsnachweis sind Schadensäquivalenzfaktoren anzugeben.
Sie resultieren aus der dynamischen Belastung (z.B. Kranfahrten) und reduzieren die Schwingbreiten infolge Normal- und Schubspannung. Bei λ = 1 erfolgt keine Reduktion.
Hintergründe und Erläuterungen zum Ermüdungsnachweis finden Sie hier.
Im Programm 4H-EC3SK ist die Kranbahn nicht Gegenstand der Betrachtung.
Der Mittelspannungseinfluss wird vernachlässigt.
Die Begrenzung der Spannungsschwingbreiten infolge häufiger Lasten erfolgt nicht.
Druckausgabe
Die Druckausgabe kann durch die Ausdrucksteuerung beeinflusst werden.
Eingabeparameter
Im Statikdokument wird zunächst eine maßstäbliche Darstellung der eingegebenen Verbindung angelegt.
Die wesentlichen Abmessungen werden vermaßt. Ggf. werden Detailausschnitte hinzugefügt.
Ist der Maßstab vom Anwender vorgegeben, wird er in der Grafik protokolliert.
Anschließend werden die Eingabeparameter ausgegeben.
Optional können zusätzliche Informationen (z.B. die hinterlegten Rechenkennwerte der Profile, Stahlgüten, Verbindungsmittel etc.) hinzugefügt werden.
Die zu bemessenden Schnittgrößen werden mit Hinweis auf den Eingabetyp (s. Schnittgrößen) lastfallweise ausgegeben. Nach Bedarf werden nun die der Bemessung zu Grunde liegenden Materialsicherheitsbeiwerte angefügt.
Es folgt ein Datencheck zur Kontrolle der Eingabedaten.
Die Berechnung wird für die Nachweise im GZT für jeden Lastfall durchgeführt. Bei einer beidseitigen Verbindung erfolgt die Berechnung je Seite. Die Ergebnisse werden schlussendlich tabellarisch zusammengefasst.
Lastfallweise Berechnung der Konsole-Stützenverbindung
Da sich bei gegenläufigen Momenten das auf der Modellierung basierende System ändert, wird jeder Lastfall separat untersucht. Intern wird bei negativen Momenten das System an der Horizontalachse gespiegelt, so dass sich die Zugseite immer 'oben' befindet.
Außerdem wird stets vorausgesetzt, dass der Träger an der rechten Stützenseite befestigt ist. Im Falle einer linksseitigen Verbindung wird das System daher an der Vertikalachse gespiegelt.
Da die Ausgabe der Rechenwege und die sich daraus ergebenden Ergebnisse während des Berechnungsablaufs
erfolgt, sind diese auch auf das ggf. gespiegelte System bezogen. Ein Hinweis erfolgt bei Ausgabe der Bemessungsgrößen zu Anfang der entsprechenden Lastfallberechnung.
Zunächst werden die Bemessungsgrößen aus der Lastfallkombination entwickelt.
Optional kann ein Querschnittsnachweis für die Anschlussprofile (Konsole, Stütze) folgen.
Danach werden die anschlussspezifischen Grundkomponenten ausgewertet und die Gesamttragfähigkeit berechnet.
Sind Schweißnähte im Anschluss vorgesehen, werden die Schweißnähte als eigenes Tragsystem
(Linienquerschnitt) modelliert und deren Tragfähigkeit nachgewiesen.
Anschließend werden die Rippen untersucht.
Die Ergebnisse werden lastfallweise und ggf. detailliert dargestellt.
Lastfallweise Berechnung der Lasteinleitung
An derjenigen Stelle der Konsole, an der der Lastträger aufliegt, ist die lokale Beanspruchung durch die ggf. hohe konzentrierte Belastung aus dem Lastträger zu untersuchen.
Zunächst erfolgt der Nachweis der Stegpressung.
Sind Rippen zur Aussteifung der Konsole vorhanden, werden diese in dem Zuge mit untersucht.
Sind jedoch keine Rippen vorhanden, wird anschließend Querlastbeulen untersucht.
Die Ergebnisse werden lastfallweise und ggf. detailliert dargestellt.
Berechnung der Ermüdungstragfähigkeit
Der Ermüdungsnachweis wird sowohl an der Stelle der Lasteinleitung als auch an der Anschlussstelle
Konsole-Stütze geführt.
Aus den eingegebenen Lastkombinationen wird die maximale Schwingbreite an maßgebenden Kerbpunkten ermittelt und den Referenzgrößen gegenübergestellt.
Zunächst erfolgt der Nachweis an der Konsole-Stütze-Verbindung unter besonderer Beachtung der Kerbpunkte der Verbindungselemente Schrauben und Schweißnähte.
Anschließend wird der Nachweis an der Lasteinleitungsstelle geführt.
Die Ergebnisse werden ggf. detailliert für alle Kerbpunkte dargestellt.
Ergebnis
Nach erfolgter Berechnung wird das Endergebnis aus den Nachweisen im GZT sowie aus dem Ermüdungsnachweis mit dem Hinweis auf den maßgebenden Nachweis protokolliert.
im fünften und sechsten Register sind die Masken zur Eingabe der Schnittgrößenkombinationen im Grenzzustand der Tragfähigkeit (für die Nachweise der Konsole-Stützenverbindung und Lasteinleitung) sowie der Schnittgrößen im Grenzzustand der Ermüdung (für den Ermüdungsnachweis) eingegeben.
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Für den Nachweis der Konsole-Stützenverbindung sind die Schnittgrößen im GZT des Trägers b und der Stütze c anzugeben.
Für den Nachweis der Lasteinleitung sind nur die Schnittgrößen im GZT des Trägers b relevant.
Der Ermüdungsnachweis benötigt die Schnittgrößen im GZE des Trägers b.
Das Programm 4H-EC3SK bietet zwei Möglichkeiten zur Eingabe der Belastung an
die Auflagerlast aus dem Lastträger wird als Belastung der Konsole eingegeben. Für den Nachweis der Konsole-Stützenverbindung sind zusätzlich die Stützenschnittgrößen im Schnittpunkt der Systemachsen einzugeben.
werden die Schnittgrößen aus einem Tragwerks-Programm übernommen, sind häufig nur die Schnittgrößen im Schnittpunkt der Systemachsen von Konsole und Stütze verfügbar.
Wird die Konsole durch eine Vouten verstärkt, können die Konsolschnittgrößen wahlweise auf die gevoutete oder ungevoutete Trägerachse bezogen werden.
Es wird die Vorzeichendefinition der Statik vorausgesetzt.
Da die Konsole ein statisch bestimmter Kragarm ist, können die Trägerschnittgrößen aus der Belastung der Konsole berechnet werden (und umgekehrt).
In Abhängigkeit des Eingabetyps werden die Masken für die Eingabe der Schnittgrößenkombinationen aktiviert.
Beim Lasttyp Belastung der Konsole werden die Auflagerkräfte aus
dem Lastträger FEd und HEd erwartet, sowie die Stützenschnittgrößen
im Knoten j.
einseitiger Anschluss: Stütze unten c1, Stütze oben c2
beidseitiger Anschluss: Stütze unten c1, Stütze oben c2
Beim Lasttyp Schnittgrößen im Schnittpunkt der Systemachsen sind Schnittgrößen im Knoten j in allen Bemessungsschnitten einzugeben.
einseitiger Anschluss: Träger b, Stütze unten c1, Stütze oben c2
beidseitiger Anschluss: Träger rechts b1, Träger links b2,
Stütze unten c1, Stütze oben c2
Zur Info ist die Wirkungsrichtung der Schnittgrößen im Register grafisch dargestellt (hier für eine rechtsseitige Konsole).
Zur Identifikation kann jeder Schnittgröße eine Bezeichnung (Kurz-beschreibung) zugeordnet werden, die im Ausdruck aufgeführt wird.
Schnittgrößen importieren
Detailnachweisprogramme zur Bemessung von Anschlüssen (Träger/Stütze, Trägerstöße), Fußpunkten
(Stütze/Fundament) etc. benötigen Schnittgrößenkombinationen, die häufig von einem Tragwerksprogramm zur Verfügung gestellt werden.
Dabei handelt es sich i.d.R. um eine Vielzahl von Kombinationen, die im betrachteten Bemessungsschnitt des übergeordneten Tragwerkprogramms vorliegen und in das Anschlussprogramm übernommen werden sollen.
pcae stellt neben der 'per Hand'-Eingabe zwei verschiedene Mechanismen zur Verfügung, um Schnittgrößen in das vorliegende Programm zu integrieren.
Import aus einem 4H-Programm
Der Schnittgrößenimport aus einem 4H-Programm kann nur erfolgen, wenn die Belastung als Schnittgrößen im Schnittpunkt der Systemachsen eingegeben wird.
Voraussetzung zur Anwendung des DTE®-Import-Werkzeugs ist, dass sich ein pcae-Programm auf dem Rechner befindet, das Ergebnisdaten exportieren kann.
Da die Beschreibung des Schnittgrößenimports für Träger-Stützenanschlüsse programmübergreifend identisch ist, wird auf die allgemeine Beschreibung des Schnittgrößenimports verwiesen.
Das Programm 4H-EC3SK berechnet nur Träger-Stützenverbindungen mit durchlaufender Stütze.
Import aus einer Text-Datei
Die Schnittgrößenkombinationen können aus einer Text-Datei im ASCII-Format eingelesen werden.
Die Datensätze müssen in der Text-Datei in einer bestimmten Form vorliegen; der entsprechende Hinweis wird bei Betätigen des Einlese-Buttons gegeben.
Anschließend wird der Dateiname einschl. Pfad der entsprechenden Datei abgefragt.
Es werden sämtliche vorhandenen Datensätze eingelesen und in die Tabelle übernommen. Bereits bestehende Tabellenzeilen bleiben erhalten.
Wenn keine Daten gelesen werden können, erfolgt eine entsprechende Meldung am Bildschirm.
Die Schnittgrößen sind als Bemessungsgrößen bereits mit den Lastfaktoren für den Grenzzustand der Tragfähigkeit beaufschlagt und können auf drei verschiedene Arten in das Programm eingegeben werden.
Knoten-Schnittgrößen beziehen sich auf den Knotenpunkt der Schwerachsen.
Knoten-Schnittgrößen sind häufig das Resultat einer vorangegangenen Stabwerksberechnung und mit der Vorzeichenregel des Statik-Koordinatensystems (positive Normalkraft = Zug, pos. Biegemoment = Zug unten) definiert.
Anschnitt-Schnittgrößen befinden sich in der Bemessungsebene, sind jedoch bei geneigten und gevouteten
Trägern auf die Schwerachse des Trägers bezogen.
Hier ist das EC 3-1-8-Koordinatensystem (positive Normalkraft = Druck, positives Biegemoment = Zug oben)
zu beachten!
Anschluss-Schnittgrößen sind die senkrecht zur Anschlussebene wirkenden Bemessungsgrößen im
EC 3-1-8-Koordinatensystem, die den Tragfähigkeitsnachweisen zu Grunde liegen.
Sowohl Knoten-Schnittgrößen als auch Anschnitt-Schnittgrößen müssen auf die Bemessungsebene transformiert werden. Zu beachten ist, dass dabei keine äußeren Einwirkungen berücksichtigt werden, so dass besonders bei längeren Vouten die für die Nachweise am Voutenanfang (Übergang des Trägers in die Voute, Voute-Träger-Anschnitt) berechneten Bemessungsgrößen zu überprüfen sind!

Dabei wird mit Bemessungsebene (Anschlussebene) die Kontaktebene zwischen Träger und Stütze bezeichnet. Bei Stirnplattenverbindungen ist dies z.B. der Anschluss der Stirnplatte an die Stütze.
Es wird stets vorausgesetzt, dass ein rechtsseitiger Anschluss (Rechenmodell) vorliegt. Daher werden ggf.
zunächst die Schnittgrößen der linken Anschlussseite in das Rechenmodell transformiert.
Transformation der Teilschnittgrößen
Die Schnittgrößen sind bei gevouteten Trägern auf die Systemachse des Trägers bezogen. Daher werden zunächst die Schnittgrößen in der Systemachse berechnet
Die Transformation der Schnittgrößen aus dem linken Anschluss in das Rechenmodell erfolgt anschließend mit
Die Schnittgrößen sind im Knotenpunkt der Schwerachsen gegeben (KOS Statik). Für die Berechnung, werden sie zunächst in die Anschluss-Schnittgrößen (KOS EC 3-1-8) bezogen auf die Schwerachse des Trägers transformiert.
Die zur Transformation notwendigen Winkelinformationen sind mit
gegeben, wobei der Neigungswinkel des Trägers im Programm 4H -EC3SK αb = 0 ist.
Die Abstände zur Bildung der Momente werden berechnet zu
.
Anschließend werden aus den Schnittgrößen im Anschluss die Schnittgrößen senkrecht zur Anschlussebene ermittelt.
Soll die Biege- und/oder Abschertragfähigkeit mit den Grundkomponenten mit Teilschnittgrößen (überwiegende Normalkraftbeanspruchung) nachgewiesen werden oder sind spezielle Nachweise z.B. der Stegsteifen zu führen, sind die Teilschnittgrößen in den Flanschen und Stegen zu ermitteln.
Die Teilschnittgrößen im Träger ergeben sich zu
Die Teilschnittgrößen im Stützenstegfeld ergeben sich zu
wobei bei geschraubten Verbindungen der innere Hebelarm z dem äquivalenten Hebelarm zeq entspricht.
Zur Berechnung von zeq s. Rotationssteifigkeit.
das siebte Register gibt einen sofortigen Überblick über die ermittelten Ergebnisse
Bild vergrößern
Zur sofortigen Kontrolle werden die Ergebnisse übersichtlich zusammengestellt.
Die Tragfähigkeiten der Konsole-Stützeverbindung bzw. Lasteinleitung werden im ersten Teil dieses Registers lastfallweise aufgelistet. Anschließend ist das Ergebnis des Ermüdungsnachweises angefügt.
Eine Box zeigt an, ob ein Fehler aufgetreten ist (rot ausgekreuzt), ob die Tragfähigkeit überschritten ist (roter Balken) oder wie viel Reserve noch vorhanden ist (grüner Balken).
Zur genaueren Fehleranalyse oder zur Einschätzung der Tragkomponenten werden Einzelberechnungsergebnisse ebenfalls protokolliert.
Werden mehr als fünf Lastkombinationen berechnet, wird die Darstellung der Ergebnisse reduziert.
Die maximale Ausnutzung (= Gesamt) wird zusätzlich am oberen Fensterrand protokolliert.
Die Lastkombination, die für das Gesamtergebnis maßgebend ist, wird markiert.
Über den Link kann die Ausgabe direkt am Bildschirm eingesehen werden.
Wenn die Ursache des Fehlers nicht sofort ersichtlich ist, sollte die Druckliste in der ausführlichen Ergebnisdarstellung geprüft werden.
Die Komponentenmethode ermöglicht die Berechnung beliebiger Anschlüsse von Doppel-T-Profilen für Tragwerksberechnungen (EC 3-1-8, 6.1.1).
Die Voraussetzungen für das Verfahren sowie die zur Anwendung kommenden Grundkomponenten sind im
Kapitel Allgemeines beschrieben.
Im Programm 4H-EC3SK werden Träger-Stützenanschlüsse berechnet.
Im EC 3-1-8, 5.3, ist geregelt, dass beidseitige Träger-Stützenanschlüsse vereinfachend je Seite betrachtet werden dürfen. Dementsprechend wird die Verbindung je Lastfall zweimal (rechter Anschluss, linker Anschluss) berechnet.
Es ergeben sich Tragfähigkeiten und Rotationssteifigkeiten je Seite. Im Folgenden wird der Rechenweg eines
rechten Anschlusses dargelegt.

Nach EC 3-1-8 wird die Biegetragfähigkeit des Anschlusses aus den Tragfähigkeiten der einzelnen Grundkomponenten ermittelt und der einwirkenden Bemessungsgröße gegenübergestellt.
Für überwiegend normalkraftbeanspruchte Verbindungen werden aus der einwirkenden Belastung die einzelnen Traganteile für jede Grundkomponente extrahiert und den Tragfähigkeiten der einzelnen Grundkomponenten gegenübergestellt.
Es wird die Vorgehensweise zur Bemessung von geschraubten Stirnblech- sowie geschweißten Verbindungen mit der Komponentenmethode nach EC 3-1-8, 6.2.7, erläutert.
Die alternative Methode zur Berechnung der Grundkomponenten mit Teilschnittgrößen wird nicht behandelt.
geschraubte Stirnblechverbindung
Die Biege- und Zugtragfähigkeit des Anschlusses auf Seite der
Stütze wird mit den Grundkomponenten 1 bis 4
des Trägers mit den Grundkomponenten 7, 8 und ggf. 20
des Stirnblechs mit Grundkomponente 5
ermittelt.
Die Tragfähigkeit der Schrauben wird mit Gk 11 für Abscheren, Gk 12 für Lochleibung und ggf. Gk 10 für Zug ermittelt.
Die Tragfähigkeit der Schweißnähte zwischen Träger und Stirnblech wird über den Linienquerschnitt mit einbezogen.
Zur Bemessung der Schweißnähte.
Biegetragfähigkeit mit der Komponentenmethode
Nach EC 3-1-8, 6.2.7.2, wird die Biegetragfähigkeit von Träger-Stützenanschlüssen oder Trägerstößen mit geschraubten Stirnblechverbindungen bestimmt mit
Im Überstand darf sich nur eine Schraubenreihe befinden.
Der Druckpunkt einer Stirnplattenverbindung sollte im Zentrum des Spannungsblocks infolge der Druckkräfte liegen
(EC 3-1-8, 6.2.7.1(9)), vereinfachend in der Achse der Mittelebene des Trägerdruckflanschs (EC 3-1-8, 6.2.7.2(2)).
Die Nummerierung der Schraubenreihen geht von der Schraubenreihe aus, die am weitesten vom Druckpunkt entfernt liegt (EC 3-1-8, 6.2.7.2(1)).
Die wirksame Tragfähigkeit einer Schraubenreihe r sollte als Minimum der Tragfähigkeiten einer einzelnen Schraubenreihe der Gkn 3, 4, 5, 8 bestimmt werden, wobei ggf. noch Reduktionen aus den Gkn 1, 2, 7
vorzunehmen sind.
Anschließend ist die Tragfähigkeit der Schraubenreihe als Teil einer Gruppe von Schraubenreihen der Gkn 3, 4, 5, 8
zu untersuchen; s. hierzu EC 3-1-8, 6.2.7.2(6-8).
Um ein mögliches Schraubenversagen auszuschließen, ist die Forderung nach EC 3-1-8, 6.2.7.2(9), einzuhalten
Wird die wirksame Tragfähigkeit einer zuerst berechneten Schraubenreihe x größer als 1.9·Ft,Rd, ist die wirksame Tragfähigkeit aller weiteren Schraubenreihen r zu reduzieren, um folgender Bedingung zu genügen
Optional kann die Schraubentragfähigkeit vorab begrenzt werden, damit die o.a. Forderung nicht zum
Tragen kommt.
Es werden zunächst die minimalen Tragfähigkeiten aus den maßgebenden Grundkomponenten ermittelt (Beispielberechnung).
Nun erfolgen reihenweise die Abminderungen für Schraubenreihen als Teil einer Schraubengruppe.
Da die Schraubengruppen einer Stütze und eines Stirnblechs verschiedene Mitglieder haben können, erfolgt die Ausgabe in separaten Blöcken.
Mit diesen Tragfähigkeiten der einzelnen Schraubenreihen wird die Tragfähigkeit des Anschlusses bei reiner Zugbelastung bestimmt.
Es folgen reihenweise die Abminderungen für einzelne Schraubenreihen der Druck-/Schub-Komponenten.
Für die jeweils kleinste Tragkraft je Reihe wird überprüft, ob die Annahme einer plastischen Schraubenkraft-
verteilung gerechtfertigt ist. Wird in einer Reihe die Grenztragfähigkeit von 95% der Zugtragfähigkeit einer
Schraube überschritten, müssen die Tragfähigkeiten der nachfolgenden Schraubenreihen linearisiert werden.
Das Ergebnis wird schlussendlich protokolliert.
Jede der Grundkomponenten, die die Tragfähigkeit einer Schraubenreihe herabgesetzt hat (gekennzeichnet durch
ein >-Zeichen), wird als mögliche Versagensquelle des Anschlusses protokolliert.
Die Druck-Komponenten liefern die Tragfähigkeit bei reiner Druckbeanspruchung.
Die Biegetragfähigkeit ergibt sich damit zu
und die Ausnutzung zu
wobei das einwirkende Moment auf den Druckpunkt in der Anschlussebene (bei Stirnblechverbindungen die Kontaktebene zwischen Stirnblech und Stütze bzw. bei Stößen zwischen den Stirnblechen) bezogen ist.
Ist die einwirkende Normalkraft größer als 5% der plastischen Normalkrafttragfähigkeit
wird nach EC 3-1-8, 6.2.7.1(3), die konservative Näherung verwendet.
wobei sich nun das einwirkende Moment auf den Schwerpunkt (reines Moment ohne Normalkraft) bezieht.
Die entsprechenden Normalkrafttragfähigkeiten ergeben sich zu
Abscher-/Lochleibungstragfähigkeit mit der Komponentenmethode
Auch hier werden zunächst die minimalen Tragfähigkeiten aus den maßgebenden Grundkomponenten ermittelt.
Nach EC 3-1-8, Tab. 3.4, reduziert sich die Tragfähigkeit bei gleichzeitiger Wirkung von Querkraft und Zugnormalkraft bei voller Ausnutzung der Biegetragfähigkeit zu
sodass sich die endgültigen Tragfähigkeiten je Schraubenreihe ergeben zu
Die Abscher-Lochleibungstragfähigkeit ergibt sich damit zu
und die Ausnutzung zu
Schubtragfähigkeit
Sowohl Stirnblech als auch Stützensteg sind für den Schub aus Querkraftbeanspruchung zu untersuchen.
Die Tragfähigkeit des Stirnblechs ergibt sich als Minimum der plastischen Tragfähigkeit des Blechs und der Tragfähigkeit der Stegnähte.
Die Tragfähigkeit des Stützenstegfelds ist bereits in der Biegetragfähigkeit berücksichtigt. Für einen expliziten Nachweis der Schubtragfähigkeit wird sie hier noch einmal aufgeführt
geschweißte Verbindung
Die Biege- und Zugtragfähigkeit des Anschlusses wird ermittelt auf Seite der
Stütze wird mit den Grundkomponenten
1 bis 4
Trägers mit Grundkomponente 7 (bei Vouten alternativ mit Grundkomponente 20)
Die Tragfähigkeit der Schweißnähte zwischen Träger und Stütze wird über den Linienquer-
schnitt mit einbezogen.
Zur Bemessung der Schweißnähte.
Biege- und Zugtragfähigkeit mit der Komponentenmethode
Nach EC 3-1-8, 6.2.7.1(4), wird die Biegetragfähigkeit eines geschweißten Anschlusses bestimmt mit
Der Druckpunkt einer geschweißten Verbindung sollte im Zentrum des Spannungsblocks infolge der Druckkräfte liegen (EC 3-1-8, 6.2.7.1(9)), vereinfachend in der Achse der Mittelebene des Druckflansches (EC 3-1-8, Bild 6.15a).
Bei Trägerstößen werden die Grundkomponenten, die die Stütze betreffen, außer Betracht gelassen
(analog EC 3-1-8, 6.2.7.2(10).
Die Zugtragfähigkeit ergibt sich aus den Gkn 3 und 4 (Gk 4 nur bei nicht ausgesteiften Stützenflanschen)
für den Zugflansch zu
Abminderungen aufgrund der Druck-/Schubtragfähigkeit der Profile
führen zur wirksamen Tragfähigkeit
mit der die Biegetragfähigkeit des Anschlusses zu
ermittelt wird. Die Tragfähigkeiten infolge reiner Normalkraftbeanspruchung werden analog der Stirnblech-Verbindung berechnet.
Bei geschweißten Trägerstößen ist die Tragfähigkeit der Verbindung nur durch die Tragfähigkeit der
Schweißnähte gegeben.
Besonderheiten bei Vouten
Beträgt die Höhe des Trägers einschließlich Voute mehr als 600 mm, ist nach EC 3-1-8, 6.2.6.7(1), i.d.R. der Beitrag des Trägerstegs zur Tragfähigkeit bei Druckbeanspruchung auf 20% zu begrenzen.
Programmintern wird die Stegdicke zur Berechnung von Grundkomponente 7 (Tragfähigkeit des Voutendruckflansches) auf 20% begrenzt.
Die Biegetragfähigkeit des Trägerquerschnitts wird unter Vernachlässigung des zwischenliegenden Flansches berechnet.
Nach EC 3-1-8, 6.2.6.7(2), gelten für Träger mit Vouten folgende Voraussetzungen
die Stahlgüte der Voute sollte mindestens der Stahlgüte des Trägers entsprechen (programmintern gewährleistet)
die Flanschabmessungen und die Stegdicke der Voute sollten nicht kleiner sein als die des Trägers
der Winkel zwischen Voutenflansch und Trägerflansch sollte nicht größer sein als 45°
die Länge ss der steifen Auflagerung darf mit der Schnittlänge des Voutenflansches parallel zum Trägerflansch angesetzt werden
Am Anschluss Voute-Stütze ist die Tragfähigkeit von Voutenflansch und -steg mit Druck (Gk 7) maßgebend, am Anschluss Voute-Träger muss nach EC 3-1-8, 6.2.6.7(3), die Tragfähigkeit des Trägerstegs mit Querdruck (Gk 2) nachgewiesen werden. Beide Grundkomponenten werden in der speziellen Vouten-Grundkomponente 20 zusammengefasst.
Besonderheiten bei überwiegend normalkraftbeanspruchten Verbindungen
Bei überwiegend normalkraftbeanspruchten Verbindungen ist der Trägerdruckflansch nicht mehr gedrückt bzw. der Zugflansch nicht mehr gezogen, d.h. die Annahme, dass der Druckpunkt in der Mitte des Trägerflanschs liegt, ist
nicht mehr akzeptabel (Zug-/Druckverbindungen).
Auch gilt die Komponentenmethode nach EC 3-1-8, 6.2.7, nur für biegebeanspruchte Verbindungen mit unbedeutender Normalkraft (N ≤ 5% Npl).
Jedoch darf nach EC 3-1-8, 6.2.7.1(3), eine Näherung verwendet werden, bei der Biege- und Normalkraftbeanspruchung voneinander unabhängig ausgewertet werden. Die Einzeltragfähigkeiten werden anschließend addiert.
Daher wird für das einwirkende Biegemoment eine Biegetragfähigkeit berechnet, die sich auf den unteren
Trägerflansch (bzw. bei Flanschwinkelverbindungen auf den am unteren Trägerflansch anliegenden Winkelschenkel) bezieht, und für die einwirkende Normalkraft eine Normalkrafttragfähigkeit in der Systemachse (senkrecht zur Anschlussebene) ermittelt.
Bei geschraubten Anschlüssen mit einer Schraubenreihe im unteren Überstand (auf der Druckseite) wird diese letzte Reihe bei Ermittlung der Zugtragfähigkeit im Unterschied zur Biegetragfähigkeit berücksichtigt.
Die alternative Methode zur Berechnung der Grundkomponenten mit Teilschnittgrößen liefert i.A. günstigere Ergebnisse und wird im Standardfall für überwiegend normalkraftbeanspruchte Lastkombinationen verwendet.
Folgende Nachweise können geführt werden
Nachweis der Anschlusstragfähigkeit mit der Komponentenmethode nach Eurocode 3
... Schweißnähte am Träger (Nachweis über den Linienquerschnitt)
... Stegsteifen (Rippen)
... Querschnittstragfähigkeit
Die Ausnutzungen aus den durchgeführten Nachweisen werden extremiert und anschließend sowohl lastfallweise als auch im Gesamtergebnis ausgegeben.
Querschnittsnachweis
Der Tragsicherheitsnachweis der offenen, dünnwandigen Querschnitte kann nach den Nachweisverfahren
Elastisch-Elastisch (EC 3-1-1, 6.2.1(5))
Elastisch-Plastisch (E-P) (EC 3-1-1, 6.2.1(6))
geführt werden.
Beim Nachweisverfahren Elastisch-Elastisch werden die Schnittgrößen (Beanspruchungen) auf Grundlage der Elastizitätstheorie bestimmt. Der Spannungsnachweis erfolgt mit dem Fließkriterium aus EC 3-1-1, 6.2.1(5), Gl. 6.1.
Beim Nachweisverfahren Elastisch-Plastisch werden die Schnittgrößen (Beanspruchungen) ebenfalls auf Grundlage
der Elastizitätstheorie bestimmt. Anschließend wird mit Hilfe des Teilschnittgrößenverfahrens (TSV) mit Umlagerung
(s. Kindmann, R., Frickel, J.: Elastische und plastische Querschnittstragfähigkeit, Grundlagen, Methoden, Berechnungsverfahren, Beispiele, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2002) überprüft, ob die Schnittgrößen vom Querschnitt unter Ausnutzung der plastischen Reserven aufgenommen werden können (plastische Querschnittstragfähigkeit).
Dieses Berechnungsverfahren ist allgemeingültiger als die in EC 3 angegebenen Interaktionen für spezielle Schnittgrößenkombinationen.
Die Grenzwerte grenz(c/t) werden je nach Nachweisverfahren aus EC 3-1-1, 5.5.2, Tab.5.2, ermittelt. Dies entspricht der Überprüfung der erforderlichen Klassifizierung des Querschnitts.
Ist das Nachweisverfahren Elastisch-Plastisch gewählt und lässt die Klassifizierung keinen plastischen Nachweis zu, wird eine Fehlermeldung ausgegeben; dann sollte der elastische Nachweis geführt werden.
Nachweis der Anschlusstragfähigkeit mit der Komponentenmethode
Es können die
Biegetragfähigkeit
Zugtragfähigkeit
ggf. die kombinierte Biege-/Zugtragfähigkeit
Abscher-/Lochleibungstragfähigkeit
der Verbindung ausgewertet werden.
Nach EC 3-1-8, 6.2.7.1(1), gilt für den Bemessungswert des einwirkenden Moments
Überschreitet jedoch die einwirkende Normalkraft in dem angeschlossenen Bauteil 5% der plastischen Beanspruchbarkeit, wird nach EC 3-1-8, 6.2.7.1(3), die folgende Näherung benutzt, wobei sich die
Momente auf den Druckpunkt und die Normalkräfte auf die Systemachse beziehen.
Die Abscher-/Lochleibungstragfähigkeit ergibt sich zu
Nachweis der Schweißnähte
Zur Beschreibung der Nachweisführung der Schweißnähte.
Nachweis der Stegsteifen
Zur Beschreibung der Nachweisführung von Stegsteifen.
Allgemeines
Biegeträger wie z.B. die Auflagerkonsolen eines Kranbahnträgers werden ebenso wie der Kranbahnträger selbst beansprucht durch zweiachsige Biegung und Torsion.
Diese globale Belastung wird auf Grund der hohen konzentrierten Einzellasten im Einleitungsbereich überlagert mit erheblichen Zusatzbeanspruchungen aus lokaler Druck-, Biege- und Schubbelastung.
Die konzentrierte Lasteinleitung erfordert lokale Nachweise, um die Tragfähigkeit des Auflagerträgers zu gewährleisten.
Im Folgenden werden die Spannungsnachweise der Einzellast-einleitung anhand eines Beispiels für eine Trägerkreuzung erläutert.
Ein Träger IPE 140 wird auf einen unversteiften Träger IPE180 gelagert. Die starre Lasteinleitungslänge auf den Trägerflansch in Längsrichtung des Trägers ergibt sich aus der Geometrie des Lastträgers ss = 26.7 mm. In Querrichtung ergibt sich die Lasteinbreitungsbreite aus der Trägergeometrie zu ss' = 31.8 mm.
Die Belastung wird mit Fz,Ed = 75 kN angegeben.
Da der Auflagerträger eine Konsole ist, wird im Träger an der Stelle der Lasteinleitung nur eine Querkraft in Höhe der Belastung erzeugt.
Optional können Stegsteifen (Rippen) angeordnet werden. In diesem Beispiel werden beidseitig des Stegs zwischenliegende Rippen der Dicke tst = 15 mm gewählt.
Spannungsnachweis im GZG
Um das elastische Verhalten des Trägerprofils sicherzustellen, sollten die Spannungen aus der Lasteinleitung
begrenzt werden mit
Die Schnittgrößen werden aus der maßgebenden charakteristischen (= seltenen) Lastfallkombination ermittelt.
Dabei werden die globalen Spannungen σx,Ed,ser und τEd,ser mit den lokalen Spannungen σoz,Ed,ser und τo,Ed,ser
(für aufgesetzte Brückenlaufkrane im Steg) bzw. σux,Ed,ser und σuy,Ed,ser (für Hängekrane/Unterflanschkatzen im Unterflansch, Nachweis der Unterflanschbiegung) überlagert.
Für aufgesetzte Brückenlaufkrane kann die Biegespannung σT,Ed infolge Exzentrizität der Radlasten
vernachlässigt werden.
Der Materialsicherheitsbeiwert wird i.A. mit γM,ser = 1.0 angenommen.
Wird der Nachweis der Querschnittstragfähigkeit als elastischer Spannungsnachweis ausgeführt, kann dieser Nachweis entfallen.
Spannungsnachweis im GZT
Der Nachweis der Stegpressung wird am Anschnitt des Stegs zur Flanschausrundung geführt.
Die Länge der starren Lasteinleitung in Längsrichtung vergrößert sich am Steganschnitt auf sw = 60.7 mm.
Zur Info wird die Lagerpressung angegeben, um sie ggf. separat überprüfen zu können.
Damit lässt sich die Spannung aus der lokalen Beanspruchung berechnen und nachweisen.
Die maximale Stegpressung ergibt sich aus der Überlagerung der lokalen Einzellastspannung mit den
Biegespannungen im GZT.
Für die Schnittgrößen aus der Längsbelastung des Trägers (hier nur Querkraft) wird der Vergleichsspannungsnachweis nach v. Mises geführt.

Platten- und Schubbeulen werden kontrolliert.
Die maximale Ausnutzung wird protokolliert.
Nachweis der Stegsteifen
Wenn der Nachweis nicht erfolgreich geführt werden kann, muss die Lasteinleitungsstelle verstärkt werden, um die lokalen Spannungen abzuführen.
Die Verstärkung kann mit zwischenliegenden Stegsteifen (dreiseitiger Anschluss an beiden Flanschen und Steg) erfolgen.
Beschreibung der Nachweisführung von Stegsteifen / Rippen.
Für das Beispiel ergibt sich folgender Berechnungsablauf
Die Spannungsnachweise können nun für eine reduzierte Querbelastung geführt werden.
Nachweis Querlastbeulen
Werden keine Stegsteifen angeordnet ist Querlastbeulen nachzuweisen.
Beschreibung der Nachweisführung des Querlastbeulens s.u.
Für das Beispiel ergibt sich folgender Berechnungsablauf
Der Interaktionsnachweis wird mit den Ausnutzungen aus Querlast und Vergleichsspannung geführt.
Der Nachweis der rippenlosen Lasteinleitung wird geführt, wenn keine zwischenliegenden Rippen im Bereich der
Querlast angeordnet sind.
Voraussetzung: Der Trägerquerschnitt ist nicht beulgefährdet, d.h. Platten- und Schubbeulen sind ausgeschlossen
bzw. werden nicht untersucht.
Querlasten werden über die Flansche in den Steg eingeleitet. Es werden drei Arten der Lasteinleitung (ohne Quersteifen) unterschieden, die zu unterschiedlichen Beulwerten führen.
Bei einer Konsole ist nur Typ c (freies Trägerende ohne Steifen) relevant.
Bemessungswert der Beanspruchbarkeit
Der Abminderungsfaktor infolge Stegbeulen bei Querlasten wird nach NA-DE berechnet mit
Nachweis
Interaktionen
Interaktion zwischen Querbelastung, Biegemoment und Normalkraft
Wirkt eine Querlast auf den Zugflansch, ist der Interaktionsnachweis nicht zu führen. Allerdings ist ein elastischer Spannungsnachweis erforderlich.
Interaktion zwischen Querbelastung und Querkraft (nur NA-DE)
Im Folgenden wird die Berechnung einer Stahlkonsole anhand des Beispiels 2.4: Kranbahnträgerauflager (aus Beispiele zur Bemessung von Stahltragwerken nach DIN EN 1993 Eurocode 3, bauforumstahl e.V. (s. Literatur) vorgestellt.
Es werden die Nachweise der Tragfähigkeit (Lasteinleitung und Träger-Stützenverbindung) und Betriebsfestigkeit (Ermüdung) für eine einachsige Belastungssituation geführt.
Der Lastträger (hier: ein Kranbahnträger) wird nicht nachgewiesen.
Hintergründe zur dargestellten Berechnung finden Sie hier.
Konsole HE200A, Stütze IPE500, S235, Fs+v,Ed = 89 kN, Fa,Ed = 61,5 kN, FEd,GZE = 56.91 kN / 0.0, Δa = 205 mm
Die Konsole ist mit 5 mm Kehlnähten an die Stütze geschweißt. In Höhe der Flansche sind Stützensteifen angeordnet.
Der Lastträger ist auf der Konsole mit Schrauben befestigt. Da bei einachsiger Beanspruchung die Schraubenverbindung nicht belastet ist, wird sie nicht dargestellt und nachgewiesen.
Die Lasteinleitung in die Konsole erfolgt über eine Quersteife.
Im Grenzzustand der Tragfähigkeit werden die ständig und veränderliche (Fs+v,Ed) sowie die außergewöhnliche Bemessungssituation (Fa,Ed) untersucht.
Der Ermüdungsnachweis erfolgt für die Schwingbreite aus FEd,GZE vorhanden / nicht vorhanden.
Konsole-Stützenverbindung
Die Berechnung wird beispielhaft für Lk 1: Fs+v,Ed = 89 kN gezeigt.
Die Bemessungskräfte aus dem Lastträger werden in Anschlussschnittgrößen umgerechnet.
Mit dem Abstand (hc - zc) + Δa = 225 + 205 = 430 mm ergeben sich zunächst für die Schnittgrößen im Schnittpunkt der Systemachsen von Konsole und Stütze
aus denen die Anschlussgrößen (Hebelarm (hc - zc) = 225 mm) berechnet werden.
Es ist zu beachten, dass der Nachweis der Träger-Stützenverbindung im EC3-Koordinatensystem erfolgt.
In diesem Beispiel liegt keine Horizontallast vor, die mit zb + Δh in die Berechnung des Moments einfließt.
Die Bemessungsgrößen wirken senkrecht zur Anschlussebene.
Querschnittsnachweis
Zunächst wird das Konsolprofil an der Anschlussstelle elastisch nachgewiesen.
Das c/t-Verhältnis gilt als vereinfachter Beulnachweis.
Bei Angabe von Stützenschnittgrößen (hier nicht vorhanden) wird das Stützenprofil ebenfalls nachgewiesen.
Komponentenmethode
Die Berechnung der Verbindung erfolgt über die Komponentenmethode n. EC 3-1-8. Bei einem geschweißten Anschluss sind die Grundkomponenten Gk1, Gk2, Gk3 und Gk7 von Belang.
Die Schweißverbindung selber wird über den Linienquerschnitt nachgewiesen (s.u.).
Die Grundkomponenten beschreiben separate Beanspruchungssituationen, für die Tragfähigkeiten ermittelt werden. Aus ihnen ergeben sich die Biege- und Schubtragfähigkeit, die den einwirkenden Schnittgrößen gegenübergestellt werden.
Auf eine ausführliche Darstellung der Berechnung wird an dieser Stelle verzichtet.
Für die Biegetragfähigkeit wird die maßgebende Zugtragfähigkeit im oberen Flansch ermittelt.
Sie darf nicht größer sein, als die Tragfähigkeit aller Grundkomponenten.
Die Biegetragfähigkeit ergibt sich aus der Multiplikation der Zugtragfähigkeit mit dem Hebelarm z.
Die Schubtragfähigkeit wird im Stützenflansch und -steg berechnet.
Die Nachweise erfolgen für die Bemessungsgrößen.
Schweißnahtnachweis
Die Schweißverbindung wird über den Linienquerschnitt nachgewiesen. Dafür bilden die Schweißnähte ein eigenes dünnwandiges Profil, das die Schnittgrößen überträgt. Vereinfachend und auf der sicheren Seite liegend werden die Schweißnähte in den Ausrundungen und an den Flanschenden nicht berücksichtigt.
Aus den Bemessungsgrößen ergeben sich für die Nähte des Linienquerschnitts Schnittgrößen und daraus
zugehörige Spannungen.
Die Spannungen werden mit dem vereinfachten Verfahren nachgewiesen.
Nachweis der Stegsteifen
Gerade bei hoch belasteten Konsolen ist es sinnvoll und z.T. notwendig, den Steg und das Schubfeld der Stütze durch zwischenliegende Steifen (Rippen) zu entlasten.
Am Beispiel der Drucksteife wird der Rechenweg aufgezeigt.
Die Beanspruchung der Steife ergibt sich aus der Teilschnittgröße Nb,c zzgl. dem Anteil aus Querkraft
Für das dreiseitig angeschweißte Blech werden zunächst der Querschnitt
und dann die Schweißnähte an Flansch und Steg nachgewiesen.
Die maximale Ausnutzung dieses Nachweispakets ergibt
Nachweis der Lasteinleitung
Die Berechnung wird beispielhaft für Lk 1: Fs+v,Ed = 89 kN gezeigt.
Die Belastung fließt aus dem Steg des Lastträgers in den Steg der Konsole, so dass sich die starre Lasteinzugslänge bezogen auf den Steganschnitt ergibt von
Nachweis der Stegpressung
Die Einzellast wirkt lokal auf den Konsolflansch und -steg, wobei sich am Steganschnitt die größten Querspannungen ergeben.
Diese sind mit den Schnittgrößen in der Konsole zu überlagern und nachzuweisen.
Analog dem Nachweis der Konsole-Stützeverbindung werden die Bemessungskräfte aus den Anschlussschnittgrößen umgerechnet. Da die Konsole ein Kragarm ist, ergibt sich für dieses Beispiel nur eine Querkraft
Der Vergleichsspannungsnachweis enthält hier nur Anteile aus Querlast- und Schubspannung im Steg.
Nachweis des Querlastbeulens
Sind keine Stegsteifen angeordnet, ist nachzuweisen, dass der Konsolsteg unter der rippenlosen
Lasteinleitung nicht ausbeult.
Das Beulfeld ist der Steg (lichte Steghöhe hw). Der Beulwert wird berechnet für Lasten, die in der Nähe des Trägerendes ohne Quersteifen eingeleitet werden und mit der Querkraft im Gleichgewicht stehen (Typ c).
Lässt sich der Nachweis der Stegpressung oder des Querlastbeulens nicht erbringen, sind Quersteifen erforderlich, die einen Teil der Querlast übernehmen.
Nachweis der Quersteifen
Der Nachweis der Quersteifen wird analog dem Nachweis der Stegsteifen (s.o.) geführt.
Wenn die Quersteifen nicht versagen (UR ≤ 1), ist nur der Anteil der Querlast, der direkt in den Steg geht, bei der Stegpressung zu berücksichtigen.
Versagen hingegen die Quersteifen bei der vollen Last (UR > 1), können sie immerhin einen Teil aufnehmen. Der Steg ist für die Restlast nachzuweisen.
Im Beispiel wurden Quersteifen angeordnet, die die volle Querlast aufnehmen können, sodass der Steg nur für die geringe Querlast Fz,Ed = 18.9 kN nachzuweisen ist. Berechnungsweg s.o.
Die maximale Ausnutzung dieses Nachweises ergibt
Nachweis der Ermüdung
Die Konsole wird durch den Lastträger dynamisch beansprucht.
Daher ist ein Ermüdungsnachweis erforderlich. Er wird an der Lasteinleitungsstelle direkt unter dem Lastträger und für die Verbindung Konsole-Stütze geführt.
Ermüdung der Verbindung Konsole-Stütze
An ausgewählten Stellen der Verbindung erzeugen Kerbpunkte einen möglichen Versagensfall. Da die Belastung einachsig und der Anschluss symmetrisch sind, werden nur die linksseitigen Kerbpunkte betrachtet. Sie befinden sich am Profil, am Blech (hier Stützenflansch) und an den Verbindungselementen (hier Schweißnaht).
Es werden zwei Lastkombinationen untersucht
Die weitere Berechnung wird beispielhaft für Pkt. 21 (maßgebender Kerbpunkt) gezeigt.
Für jede Lastkombination werden aus den elastischen Spannungen die Spannungsschwingbreiten berechnet
Mit den Schadensäquivalenzfaktoren werden die Spannungsschwingbreiten für den Nachweis der Ermüdung berechnet,
die den zulässigen Bemessungskerbspannungen
gegenübergestellt werden.
Die maximale Ausnutzung des maßgebenden Kerbpunkts ergibt
Ermüdung des Konsolprofils
An der Lasteinleitungsstelle wird das Konsolprofil durch Quersteifen verstärkt. Daher werden neben den Kerbpunkten am Profil die Ansatzpunkte der Schweißnähte der Quersteifen betrachtet.
Es ergeben sich zwei Lastkombinationen, die nur die Querkraft Vz enthalten
Am Ort der Lasteinleitung wirkt bzgl. einer Lasteinzugslänge sw die lokale Einzellast, die am Steganschnitt (Pkt. 13) die Querspannung Δσoz und τo erzeugt
Die weitere Berechnung erfolgt analog.
Für den maßgebenden Kerbpunkt 13 ergibt sich
und damit
Daraus folgt die maximale Ausnutzung des maßgebenden Kerbpunkts für diesen Nachweisort
Endergebnis
Das Ergebnis aller Nachweise wird ausgegeben, der maßgebende Nachweis ist gekennzeichnet.
Hinweise zu einer Schraubenverbindung
Bei Bedarf (z.B. bei nachträglichem Einbau) kann die Konsole mittels einer Stirnblechverbindung an die Stütze angeschraubt werden.
Das Beispiel wurde modifiziert, indem ein 20 mm Stirnblech mit 2 x 2 Schrauben M20 angebracht wird.
Für die Konsole-Stützenverbindung sind dann die Grundkomponenten 1,2,3,4,5,7,8,10,11,12 auszuwerten.
Es sind nur Zug-Schrauben relevant. Die Biegetragfähigkeit wird beeinflusst von deren Anordnung bezogen auf den Druckpunkt in Mitte des Druckflanschs
Die Auswertung der Grundkomponenten ergibt unter Einhaltung der Regeln n. EC 3-1-8, 6.2.7.2 die Tragfähigkeiten je Schraubenreihe, mit denen die Biegetragfähigkeit ermittelt wird, sowie die Schubtragfähigkeiten von Stirnblech und Stützensteg,
die den einwirkenden Schnittgrößen gegenübergestellt werden
Für den Ermüdungsnachweis der Verbindung Konsole-Stütze sind die Spannungen in Stirnblech, Schweißnähten und Schrauben zu bestimmen.
Die Bemessungsgrößen werden am Stirnblech ermittelt.
Die Berechnung der Spannungen in den Kerbpunkten von Blech und Schweißnähten erfolgt analog der Schweißverbindung (s.o.).
Die Schraubenverbindung generiert Kerbpunkte im Stirnblech / Stützenflansch und in der Schraube selber
(z.B. Pkt. 27 und 28).
Die Schraubenkräfte Fsc,i werden unter der Annahme berechnet, dass sich der Drehpunkt des Moments im Druckpunkt (Mittelpunkt des Druckflanschs) befindet.
Der weitere Berechnungsablauf erfolgt analog dem der geschweißten Verbindung und ergibt für den
maßgebenden Kerbpunkt
zur Hauptseite 4H-EC3SK, Stahlkonsole