Theorie und Berechnung von Tragwerken: Aktuelle Forschungsbeiträge PDF
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Theorie und Berechnung von Tragwerken Aktuelle Forschungsbeitrage Festsch rift OTTO STEINHARDT zum 65. Geburtstag am 25. Februar 1974 Herausgegeben von K. Mohler und G. Valtinat Versuchsanstalt fOr Stahl, Holz und Steine der UniversiUit Fridericiana (TH) Karlsruhe Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1974 Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. K. MOHLER und Prof. Dr.-Ing. G. VALTINAT Mit 190 Abbildungen lSBN-13: 978-3-642-93033-1 e-lSBN-13: 978-3-642-93032-4 DOl: 10.1 007/978-3-642-93032-4 Das Werk ist urheberrechtlich geschUtzt. Die dadurch begrUndeten Rechte, insbesondere die der Obersetzung, des Nach druckes, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder iihnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben auch bei nur auszugsweiser Verwertung vorbehalten. Bei Vervielfiltigungen fUr gewerbliche Zwecke ist gemiB § 54 UrhG eine VergOtung an den Verlag zu zahlen, deren H6he mit dem Verlag zu vereinbaren ist. © by Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1974. Library of Congress Catalog Card Number 73-20805. Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1974 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wltren und daher von jedermann benutzt werden dOrlten. Offsetdruck: fotokop wilhelm weihert kg, Darmstadt. Einband: Konrad Triltsch, Wilrzburg. In haltsverzeichnis O. Prof. Dr.-Ing. OTTO STEINHARDT, Dr. sc. techno h.c.{ETH}............. V Mitgliedschaften........................................................ IX Veroffentlichungen...................................................... X Doktoranden. . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV Habi 1 i tan den . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV Thul, H.: StahlbrUckenbau in der Bundesrepublik Deutschland. .........•.. 1 Roik, K.: Beitrag zum Beulproblem bei stahlernen Kastentragern... .... ... 14 Weinhold, J.: Beitrag zur Frage Imperfektionen und Schwingungsverhalten im BrUckenbau........................................................... 28 Buca, I. und G. Valtinat: Ober Geometrie und Tragfahigkeit auf Druck be- anspruchter Kanten von Kastentragerquerschnitten........ ................ 38 Dubas, P.: Zur Erschopfungslast schubbeanspruchter Stehbleche. .••... .•.. 58 Skaloud, M.: Effect of Flange Stiffness upon the Ultimate Load Behaviour of Thin Webs Subjected to a Partial Edge Load........... ................ 69 Horak, V.: Beurteilung von Baukonstruktionen.. ...... ..... ... ..... ....... 78 Mang, F. und W. Poehlmann: Zur Planung und zum BaJ von Triebwasserleitun- gen - die Triebwasserleitung des Pumpspeicherwerkes Waldeck II.. .•...... 87 Schiller, A. und K.-G. WUrker: Rohre und Rechteckhohlprofile im Stahlbau 104 Well inger, K. und R. Zirn: Beitrag zur Beurteilung der Schwingfestigkeit von geschweiBten Rohrknotenpunkten in Fachwerkkonstruktionen............ 116 Argyris, J.H., P.C. Dunne and T. Angelopoulos: Dynamic Response by Large Step Integration........................................................ 125 StUssi, F.: Zur DurchfUhrung und Auswertung von ErmUdungsversuchen...... 149 Kosteas, D.: SpannungsriBkorrosion bei Aluminiumlegierungen.. .•......... 160 Boue, P.: Aufgaben, Ausbildung und Schwingungsverhalten von FuBganger- brUcken aus Stahl....................................................... 173 Jungbluth, 0.: Entwerfen und Konstruieren im Konstruktiven Ingenieurbau. 183 Heimeshoff, B.: Das raumliche Problem der reinen Biegung eines Stabes aus nichtlinear-elastischem, rhombisch-anisotropem Werkstoff....... ..... 193 Wegner, U.: Zur Plastizitatstheorie..................................... 208 Schreier, G.: Anwendung der Arbeitsgleichungen bei der Losung von Aufga- ben II. Ordnung und Eigenschwingungsaufgaben..... ........... ... ......... 216 Rubin, H.: Erweiterung des Prinzips der virtuellen Krafte bei nichtline- arer Systembeziehung ...............................................•.... 246 IV Vogel. U.: Methoden und Kriterien fur eine wirtschaftliche Bemessung von Stahlrahmen bei Anwendung des Traglastverfahrens........................ 262 Dimitrov, S. und A. Schutte: Knick- und Traglasten der StUtzen aus Bau- stoffen mit nichtlinearen Momenten-KrUmmungsbeziehungen........ ..... .... 279 Vielsack, P.: Ein Sonderfall des nichtlinearen Biegetorsionsproblems.... 286 Muller, F.P.: Zur Bemessung stoBbeanspruchter Stahlbetonfundamente...... 291 Unger, H.: Die Berechnung der mitwirkenden Gurtflache bei veranderlicher Gurtdicke............................................................... 310 Kollmann, F.: Festigkeit von Holzspanplatten als Bauteile........ .... ... 322 O. Prof. Dr.-Ing. OTTO STEINHARDT, Dr. sc. techno h. C. (ETH) geboren am 25. Februar 1909 in Oberhausen (Rhld) Als Folge des totalen Zusammen bruchs am Ende des II. Weltkrie ges setzte die wissenschaftliche Arbeit an den deutschen hohen Schulen zwar nur zogernd ein, jedoch zeigte sie schon bald - und dies insbesondere auch auf dem Gebiet des "konstruktiven Ingenieurbaus" - bemerkenswerte Erfolge. Damals (1947) begann O. STEINHARDT seine Lehr- und Forschungstatigkeit auf den Ge bieten der Baustatik, des Stahl baus und des Ingenieurholzbaus an der Karlsruher Technischen Hochschule Fridericiana. Acht zehn Monate spater - am 24. II. 1949 - erfolgte seine Ernennung zum o. Professor, womit er die Nachfolge von E. Gaber, dem SchUler Fr. Engesser's antrat. Zur 100. Wiederkehr des Geburts tages dieses MitbegrUnders der wissenschaftlichen Methodik in der BrUckenbaukunst erwahnte O. Steinhardt (zum 12. Februar 1948) in einem Festvortrag eini ge Leitgeoanken Engesser's, die insbesondere deshalb interessant sind, weil sie seither richtungsweisend fUr das gesamte Forschungsgebiet an der Karlsruher " Ve r s u c h san s tal t fUr S t a h 1, H0 1 z un d S t e i n e " 9 e b 1 i eben sin d: "D i e t e c h ni s c hen Probleme sind in der Regel auBerst kompliziert und konnen nur durch weitgehend ste Abstraktion, also groBe Vereinfachung, praktisch bewaltigt werden. Die Schwie rigkeit liegt dabei im Erfassen des Wesentlichen und Ausscheiden des Nebensach lichen. Technische Probleme sind daher grundsatzlich nicht als bloBe Anwendungen der Mathematik anzusehen; eine einfache, auf Erfassung der wesentlichen Bedin- VI gungen aufgebaute Formel ist (insbesondere fur den Konstrukteur) im allgemeinen zweckentsprechender als eine moglichst mathematisch exakte, jedoch undurchsich tige".- Naturlich erscheint heute, im Zeitalter der Computer, der Rahmen fur "Mathematisierungen" ganz wesentlich erweitert.- Als Kind des Ruhrgebietes besuchte O. Steinhardt das Oberhausener Realgymnasium, studierte - nach ausgiebiger Praktikantenzeit in einer Dortmunder Bruckenbauwerk statt und in einem technischen Buro der Firma Harkort, Duisburg - bis zum Sommer 1933 an der Technischen Hochschule Darmstadt. Er war dort, zunachst vorubergehend, als Assistent H. Kayser's im "lngenieurlaboratorium" tatig, urn anschlieBend (1934 1936) in Koln-Wesseling und Hagen-Haspe als Statiker und amtlich geprufter SchweiB fachingenieur zu wirken. Fur die Jahre 1936 bis 1938 verpflichtete ihn H. Kayser erneut in sein Darmstadter Forschungsinstitut, zuletzt als Dr.-Ing. und als stell vertretenden Leiter. In seiner damaligen Dissertation behandelte O. Steinhardt - einer diesbezuglichen Anregung von F. Bleich folgend - ein aktuelles Problem uber die Spannungsberechnung in gekrummten biegesteifen Staben; dabei wurden von ihm die theoretische Losung, die Verifikation an wirklichkeitsnahen Modellen und prak tisch brauchbare Naherungsansatze gleichzeitig erarbeitet. Hiermit zeigte sich schon fruh - sowie dann spaterhin in seinem Handbuch "Theorie und Berechnung der Stahlbrucken", das im Jahre 1958 im Springer-Verlag erschien -, daB der Verfasser neben der notwendigen wissenschaftlichen Exaktheit immer auch die aus dem groBen Schatz der lngenieurerfahrung kontinuierlich flieBenden Einsichten zur Geltung bringen mochte. Aus der Tradition der Altmeister (wie z.B. O. Mohr und Fr. En gesser) und ihrer Sachwalter und Mehrer (wie z.B. F. Bleich, A. Hawranek, F.Schlei cher, E. Chwalla und F. Stussi) wird von ihm die Konsequenz gezogen, daB sich auch in Zukunft die Theorien des Stahlbaus jeweils moglichst eng an veranderte werk stoffliche und konstruktive Gegebenheiten anzupassen haben. Ab Oktober 1938 arbeitete O. Steinhardt, zunachst als Statiker, spaterhin als Ab teilungsleiter und schlieBlich als Handlungsbevollmachtigter in der Geschaftslei tung der Firma J. Gollnow & Sohn (Stettin) - zusammen mit bedeutenden lngenieuren wie A. Feige, H. Beer und J. Argyris. Nach dem Kriege wechselte er - im Zuge der Wiederherstellung zerstorter Verkehrswege - mehrfach Standort und Wirkungsfeld, urn schlieBlich (ab 1946) endgultig in Kalsruhe ansassig zu werden. Hier konnte er damals - bis zu seiner Berufung an die Fridericiana - als Oberingenieur seiner Firma auf eine mehr als 12jahrige Stahlbaupraxis zuruckblicken, die vom Bau fe ster und beweglicher Brucken, vom Turm- und Mastbau, dem Bau von Raketenstartge rusten, von Bahnhofs- und lndustriehallen bis hin zu groBen Montage-Verfahren reichte. Die w iss ens c h aft 1 i c h eTa t i 9 k e i t von O. Steinhardt kann ab dem Jahre 1937 datiert werden; der nachstehende Auszug von V e r 0 f - fen t 1 i c hun 9 e n mag hierzu einen Oberblick bieten: Der Verfasser die ser Bucher, Skripten und Zeitschriftenaufsatze, der gleichzeitig urn eine ziel- VII strebige nationale und internationale Nor m u n 9 bemUht ist, vertritt die Auffassung, daB die Grundlagen der "Technischen Mechanik", d.h. insbesondere zeitgemaBe Tragwerkstheorien, die gleichzeitig werkstoffliche, konstruktive und fertigungsabhangige "Imperfektionen" zu berUcksichtigen vermHgen, vor den (na tUrlich asthetisch sehr befriedigenden!) geschlossenen mathematischen "LHsun gen" den Vorzug verdienen.- So erwuchsen aus seinen zahlreichen Untersuchungen Uber Niet-, Schrauben-, SchweiB- und Kleb-Verbindungen des Metallbaus, sowie aus Messungen an wirklichkeitsnahen GroBmodellen praktisch verwertbare theore tische Ansatze zur "vollstandigen Berechnung von orthotropen Platten im Stahl bau" (1963 und 1965), zur "Anwendung der Energie-Methode auf Stabwerke" (1969), zu "Lebensdauerfunktionen" bei schwingbeanspruchten Aluminiumverbindungen (1971 und 1972), zu "Beulproblemen" an Kugel- (1968) und Zylinder-Schalen (1970 und 1972), zum "elastischen" und "unterbrochenen" Verbund, zu Fachwerk-Verbund tragern, vorgespannten Seilnetztragern u.a.m.- Zahlreiche temperaturabhangige SprHdbruch- und (dauerlastabhangige) ErmUdungs Versuche fUr Druckrohrleitungen von Wasserkraftanlagen, einschlieBlich Entwurf, Bemessung und AusfUhrung, bildeten ein ganz spezifisches Forschungsfeld o. Stein hardt's und seiner engsten Mitarbeiter.- Weiterhin entwickelte sich eine sehr um fangreiche angewandte Forschung in der Karlsruher "Versuchsanstalt" (abgesehen von derjenigen fUr die Baustoffe Holz, Steine und Kunststoffe) auf dem Felde der V e r bin dun 9 s t e c h n i k ; hier wurden nicht nur die HV-Technik fUr den europaischen Raum aus der Taufe gehoben, sondern es folgten bald die Klebe und VK-Technik im Metallbau, es wurden normgerechte biegesteife KopfplattenstHBe und SL-Verbindungen (immer bei Einsatz von "hochfesten" Schrauben) entwickelt. Seit einigen Jahren wendet sich O. Steinhardt in besonderer Weise wieder den ak tuellen Problemen des Stahlhoch- und BrUckenbaus zu. Hier entstanden neben einem einfUhrenden KongreBbericht (New York, 1968) Uber "Plastizitatstheorie" spaterhin kritische theoretische Oberlegungen zur Berechnung geschweiBter Biegetrager (1970 und 1971) und zu den ersten deutschen "Traglast-Richtlinien" (1971 bis 1973); es wurden aber auch Betrachtungen zum "Uberkritischen Verhalten" von Vollwandtragern (London 1971) und zum Kastentrager-Problem (London 1973 und BrUssel 1974) theore tisch entwickelt und an GroBmodellen verifiziert, die die internationalen BemUhun gen sehr gefHrdert haben dUrften. In diesem Zusammenhang mHgen die Knick-Versuche an einfachsymmetrischen Aluminiumstaben erwahnt sein (Paris 1973), die - durch alternativen Ersatz des sogenannten w-Verfahrens in der Norm DIN 4113 - den we sentlichen Schritt vom klassischen "Verzweigungsproblem" zu nichtlinearen (stoff u n d formbedingten) Theorien offenlegen, wobei auch brauchbare Bemessungsformeln fUr das Gesamtfeld des Stabknickens (also des Biege- u n d Dreh-Knickens!) re sultierten. Es konnte bei der Vielseitigkeit des Forschungsbetriebes in der Karlsruher "Ver suchsanstalt" nicht ausbleiben, daB o. Steinhardt zur Obmannschaft bzw. zur Mit- VIII arbeit in nationalen und internationalen Fachgremien aufgefordert wurde, in den en er auch weiterhin mitwirkt (vgl. Anhang 2).- Oer AusfluB derartiger Tatigkeiten beeinfluBt natUrlich auch die L e h r e an der heutigen Universitat Karlsruhe. Hier wird laufend - anhand von immer wieder zeitgemaB zu Uberarbeitenden Skrip ten und Sonderdrucken - einer strebsamen SchUlerschaft auf dem Felde des Metall baus auBer den klassischen Grundlagen auch das lebendige Geschehen an der Front der Entwicklungen der technischen Praxis vor Augen gefUhrt; bemerkenswerte Ois sertationen und Habilitationen zeugen vom bisherigen Erfolg dieser BemUhungen.- Jeder technisch-wissenschaftlichen Arbeit liegt, und dies gilt nach Ansicht von O. Steinhardt ganz besonders ausgepragt fUr Standfestigkeitsnachweise im Kon struktiven Ingenieurbau. neben der (unerlaBlichen) mathematisierbaren Logik ein wesentlicher Anteil von als "Regeln der Baukunst" anerkannter Erfahrung zugrunde. Aus dieser Einsicht heraus sollten selbst so leistungsfahige Methoden wie z.B. diejenige der Mat r i zen - bzw. Tensorrechnung oder diejenige der "Finiten Elemente", die beide oft ganze Programmsysteme bei Rechenzentren bewirkt haben, auf den Anwendungsfeldern des Bauingenieurs immer bedachtig und selbstkritisch vorbereitet sein. Denn bei allen digitalen Informationsdarstellungen kann die "Ausgabe", Uber die dem Computer implizierten Regeln, im Zuge der "Verarbeitung" grundsatzlich nie gehaltvoller als die "Eingabe" sein, wodurch die s e - in ihren bei Tragwerken oft sehr komplexen VerknUpfungen einerseits von wahrschein lichen Lastfallen und andererseits von Fakten wie Baugrund, Werkstoff, Verbindun gen und "Imperfektionen" - fUr die Standsicherheit ausschlaggebend bleibt. Su brauchbar also eine "gute Theorie" ist, sie kann bei ihrer Formulierung der "Pra xis" nicht entbehren! Berufs- und Privatleben erscheinen bei O. Steinhardt in harmonischer Weise ver knUpft. Gemeinsame Interessen sind dabei oft nicht nur dem personlichen Kontakt zu seinen Mitarbeitern dienlich, sondern sie fUhren ihn und seine Gattin Hilde gard (1940) oft weit ins Ausland - offensichtlich besonders gern nach Agypten, wo auch neute noch Freunde und Pferde ihn erwarten. K. Mohler und G. Valtinat Mitgliedschaften Deutscher AusschuB fur Stahlbau (DASt) Wissenschaftlicher Beirat und Sachverstandigenausschusse des Instituts fur Bautechnik (If B) LandesprufungsausschuB des Landes Baden-Wurttemberg Beratendes Mitglied des Fachnormenausschusses fur Bauwesen (insbes. Arb. AusschuB DIN 4113, Grundnorm im Stahlbau etc.) Deutsche Delegation der Internationalen Vereinigung fur Bruckenbau und Hoch bau (IVBH) Verein Deutscher Ingenieure (VOl) Deutscher Verband fur SchweiBtechnik (DVS) 8undesvereinigung der Prufingenieure fur Baustatik Karlsruher Hochschulvereinigung e.V. HOChschulverband Beratendes Mitglied der Deutschen Forschungsgemeinschaft Chairman des Technical Committee 17 "Tall Buildings" fVlember des Joint Committee of JABSE-ASCE Veroffentl ich un gen a) BUcher und Schriften FRIEDRICH ENGI:.SSER ... zum Gedachtnis. C.F. MUller. Karlsruhe 1949.+) Uer Lehrstuhl fUr Stahl. Holz und Steinbau sowie die Versuchsanstalt fUr Stahl. Holz und Steine (Geschichte und Entwicklung); aus: Festschrift zur 125-Jahrfeier der Technischen Hochschule Fridericiana Karlsruhe. Karlsruhe 1950. Die Entwicklung des Stahlbaus im Spiegel der amtlichen Bestimmungen; aus: Abhand lungen aus dem Stahlbau "Stahlbau-Tagung Karlsruhe 1951". 1951. H. 10. +) K~ln Versuche zur Anwenaung vorgespannter Schrauben im Stahlbau. Teil I. Berichte des Deutschen Ausschusses fUr Stahlbau. H. 18 (mit K. +) K~ln 1954~ M~hler). Theorie und Berechnung der StahlbrUcken. 1958 (mit Berlin/G~ttingen/Heidelberg A. Ha wr a n e k). +) Gleitfeste Schraubenverbindungen im Stahlbau; aus: Festschrift "50 Jahre Deutscher AusschuB fUr Stahlbau". 1958. +) K~ln Versuche zur Anwendung vorgespannter Schrauben im Stahlbau. Teil II. Berichte des Deutschen Ausschusses fUr Stahlbau. 1959. H. 22 (mit K. +) K~ln M~hler). Die Karlsruher Versuche an PunktschweiBverbindungen. Berichte des Deutschen Aus schusses fUr Stahlbau. Teil 1. K~ln 1960. H. 23 (mit G. Bierett). +) HV-verschraubte Kopfplattenverbindungen bei biegefesten Stabwerken (Deutsch Schweizer Gemeinschaftsversuche). Stahlbau-Verlag. 1961 (mit R.Schlaginhaufen). K~ln Versuche zur Anwendung vorgespannter Schrauben im Stahlbau. Teil III. Berichte des Deutschen Ausschusses fUr Stahlbau. 1962. H. 24 (mit K. +) K~ln M~hler). Zur Tragfahigkeit von versteiften Flachblechtafeln im Metallbau. Berichte der Ver suchsanstalt fUr Stahl. Holz und Steine der Technischen Hochschule. Karlsruhe 1963. H.1 (mit G. Abdel Sayed). +) Druckrohrleitungen fUr Wasserkraftanlagen (Neuere Entwicklungen). Berichte der Ver suchsanstalt fUr Stahl. Holz und Steine der Technischen Hochschule. Karlsruhe 1965. H. 2. +) Zur vollstandigen Berechnung von "orthotropen Platten" im Stahlbau. Stahlbau und Baustatik. Aktuelle Probleme. Wien/New York 1965. +) Zur Tragfahigkeit von versteiften Kugelschalen im Metallbau. Berichte der Versuchs anstalt fUr Stahl. Holz und Steine der Technischen Hochschule. Karlsruhe 1968. H.3 (mit M. Sawires). +) Versuche zur Anwendung vorgespannter Schrauben im Stahlbau. Teil IV. Berichte des Deutschen Ausschusses fUr Stahlbau. 1969. H. 25 (mit K. und K~ln M~hler G. Valtinat). +) Ober die Anwendung der Energie-Methode auf Stabwerke; in: Aus Theorie und Pra xis des Stahlbetonbaues - Festschrift zum 65. Geburtstag von Herrn Professor Dr.-Ing. Gotthard Franz. Karlsruhe. Wilhelm Erst & Sohn. Berlin 1969. +)
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