Information Kib 0Konstruktiver Ingenieurbau Nr. 099 Stahl

Verantwortlich: VDEI-Fachausschuss Konstruktiver Ingenieurbau – Dipl.-Ing. (FH) M. Fiedler; EURAIL-Ing. M. Hellmich; Dipl.-Ing. J. Lutzens; Dipl.-Ing. (FH) M. Liebelt

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information Konstruktiver Ingenieurbau 09 [2011-10] Seite 1 / 17

Konstruktiver Ingenieurbau Nr. 09 Stahlsortenwahl für Konstruktionsteile im Eisenbahnbrückenbau

0. Einleitung................................................................................. 4

1. Technische Baubestimmungen ................................................ 5

2. Grundlagen .............................................................................. 5

2.1. Sprödbruch .............................................................................. 5

2.2. Terrassenbruch ....................................................................... 6

3. Stahlsorten und ihre Bezeichnung (Gütegruppe) ..................... 7

4. Bestimmung der Stahlsorte sowie der Stahlgütegruppe........... 9

4.1. Allgemeine Grundlagen ........................................................... 9

4.2. Bestimmung der Stahlsorte sowie der Stahlgütegruppe nach DIN-Fachbericht 103 und/ oder DASt-Richtlinie 009 .............. 10

5. Bestimmung der Z-Güte nach DASt-Richtlinie 014 ................ 11

6. Schweißbarkeit/ Aufschweißbiegeversuch nach SEP 1390 ... 12

7. Technische Lieferbedingungen DBS 918002-02 .................... 13

7.1. Allgemeines ........................................................................... 13

7.2. Fortschreibung und Übergangsfrist ........................................ 14

7.3. Technische Anforderungen und Bestimmungen .................... 14

7.4. Konformitätsnachweisverfahren ............................................. 15

7.5. Verfahrensnachweis für die Beherrschung des Stranggießverfahrens ............................................................ 17

8. Überschreitung der Blechdickenbegrenzung ......................... 17

9. Abweichung von der geplanten Stahlsorte/ Verwendung von Gebrauchtmaterial ................................................................. 17

Ausgabe 2011-10 (Stand gelten-des Regelwerk 01.10.2011)


Vorwort und Anwendungsbereich Die vorliegende information Konstruktiver Ingenieurbau Nr. 09 möchte dem Planer Hilfen bei der Wahl der richtigen und zulässigen Stahlsorte für den Eisenbahnbrückenbau geben. Sie ist als Planungshinweis im Geltungsbereich der Richtlinie 804 [R3] gedacht.

Normative Verweisungen [R1] ELTB:2011-10 – Eisenbahnspezifische Liste Technischer Baubestimmungen [R2] EBRL:2009-01 – Eisenbahnspezifischen Bauregellisten [R3] Richtlinie 804:2010-06 – Eisenbahnbrücken (und sonstige Ingenieurbauwerke) pla-

nen, bauen und instand halten [R4] DIN 18800:2008-11 – Stahlbauten [R5] DIN-Fachbericht 103:2009-03 – Stahlbrücken [R6] DIN EN 10025-1:2005-02 – Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen - Teil 1: All-

gemeine technische Lieferbedingungen [R7] DIN EN 10025-2:2005-04 – Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen - Teil 2:

Technische Lieferbedingungen für unlegierte Baustähle [R8] DIN EN 10025-3:2005-02 – Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen - Teil 3:

Technische Lieferbedingungen für normalgeglühte/normalisierend gewalzte schweißgeeignete Feinkornbaustähle

[R9] DIN EN 10025-4:2005-02 – Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen - Teil 4: Technische Lieferbedingungen für thermomechanisch gewalzte schweißgeeignete Feinkornbaustähle

[R10] DIN EN 10025-5:2005-02 – Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen - Teil 5: Technische Lieferbedingungen für wetterfeste Baustähle

[R11] DIN EN 10025-6:2005-02 – Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen - Teil 6: Technische Lieferbedingungen für Flacherzeugnisse aus Stählen mit höherer Streck-grenze im vergüteten Zustand

[R12] DIN EN 10027-1:2005-10 – Bezeichnungssysteme für Stähle; Kurznamen [R13] DIN EN 10164:2005-03 – Stahlerzeugnisse mit verbesserten Verformungseigen-

schaften senkrecht zur Erzeugnisoberfläche; Technische Lieferbedingungen [R14] DIN EN 10204:2005-01 – Metallische Erzeugnisse - Arten von Prüfbescheinigungen [R15] DIN EN 10210:2006-07 – Warmgefertigte Hohlprofile für den Stahlbau aus

unlegierten Baustählen und aus Feinkornbaustählen [R16] DBS 918002-02:2008-12 – Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen für den Ei-

senbahnbrückenbau [R17] DBS 918002-02:2011-03 – Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen für den Ei-

senbahnbrückenbau [R18] DBS 919080:2011-09 – Stahlrohrpfähle für die Gründung von Lärmschutzanlagen [R19] DASt-Richtlinie 009:2005-01 – Stahlsortenauswahl für geschweißte Stahlbauten [R20] DASt-Richtlinie 014:1981-01 – Empfehlungen zum Vermeiden von Terrassenbrüchen

in geschweißten Konstruktionen aus Baustahl [R21] SEP 1390:1996-07 – Aufschweißbiegeversuch


Literaturhinweise [L1] DIN EN 1993-1-10:2010 – Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten; Stahlsor-

tenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung [L2] DIN EN 1993-1-10/NA:2010 – Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten; Natio-

naler Anhang); Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung

[L3] DASt-Richtlinie 009:2010 – Stahlsortenauswahl für geschweißte Stahlbauten [L4] Stahlbau-Kalender 2006 [L5] Langenberg, P.: Stahlsortenwahl für geschweißte Konstruktionen – Hintergrund und

Anwendungen, 4. Stahlsymposium, Stahlzentrum Düsseldorf, 2004 [L6] Sedlacek, G.: Ersatz des Aufschweißbiegeversuchs durch äquivalente Stahlsorten-

wahl, Stahlbau 74 (2005), Heft 7 [L7] Stranghöner, N.: Der Aufschweißbiegeversuch oder: Nichts ist beständiger als ein

Provisorium?, Stahlbau 78 (2009), Heft 11 [L8] Volz, M., Schröter, F., Steidl, G.: Baustähle im konstruktiven Ingenieurbau, Stahlbau

77 (2008), Heft 11


0. Einleitung

Im ersten Drittel des 20. Jahrhunderts, als die ersten Stahlbrückenkonstruktionen in ge-schweißter Form ausgeführt wurden, kam es vermehrt zum spröden Versagen dieser neuen Bauweise. Die Brüche waren dadurch gekennzeichnet, dass sie bereits bei geringen Bean-spruchungen und insbesondere bei tiefen Temperaturen auftraten.

Als Ergebnis intensiver Forschungen wurden vor allem folgende wesentliche Einflussfakto-ren erkannt:

– tiefe Temperaturen

– große Erzeugnisdicken

– (Schweiß-), Zug- (Eigen-) Spannungen

– Gefügeänderungen

Das Ziel der Stahlsortenwahl ist es, durch die konsequente Berücksichtigung von Einfluss-faktoren auf die Sprödbruchneigung sichere und dauerhafte stählerne Schweißkonstruktio-nen zu planen.

Als Stahl werden metallische Legierungen bezeichnet, deren Hauptbestandteil Eisen ist und deren Kohlenstoffgehalt bis ca. 2,00 % beträgt. In Bauwerken genutzte Stähle haben einen maximalen Kohlenstoffgehalt von ~ 0,25%. Damit soll die Schweißbarkeit gewährleistet und der Gefahr einer Aufhärtung begegnet werden.

Die Gefügebestandteile und Gefügeausbildung des Werkstoffes Stahl werden durch den Herstellungsprozess (Legierungselemente, Walzverfahren, Kaltverformung usw.) gesteuert und bestimmen im Wesentlichen seine Eigenschaften, wie beispielsweise Festigkeit, Ver-formungsvermögen und Schweißbarkeit.

Das Kohlenstoffäquivalent CEV kann zur Bestimmung der Schweißeignung des Baustahls herangezogen werden. Es besagt unter anderem, ob und wann ein Vorwärmen beim Schweißen erforderlich ist.

Durch Vorwärmen kann i.d.R. die Abkühlgeschwindigkeit des Bauteils in der Wärmeeinfluss-zone reduziert und damit eine Aufhärtung oder gar Rissbildung vermieden werden.

Die Richtlinie 804 [R3] gibt in Verbindung mit dem DIN-Fachbericht 103 [R5] und der DBS 918002-02 [R17] die Stahlsorten vor, die dem Tragwerksplaner zur Verfügung stehen.

Zur Anwendung kommen i.d.R. unlegierte Baustähle und schweißgeeignete Feinkornbau-stähle.

Die Werkstoffwahl für Stahlbrücken ist im DIN-Fachbericht 103 [R5] geregelt. In Tabelle II-3.2b „Dickenbegrenzung von Stahlteilen bei Eisenbahnbrücken“ werden zulässige Werk-stoffdicken in Abhängigkeit der Stahlgüte angegeben, um ein sprödes Versagen zu vermei-den.

Für geschweißte Bauteile unter Zugbeanspruchung in Blechdickenrichtung ist zusätzlich eine Werkstoffgüte hinsichtlich des Formänderungsvermögens in Blechdickenrichtung (Wi-derstand gegen Terrassenbruch) zu wählen. Mit Hilfe der DASt-Richtlinie 014 [R20] bzw. nach deren bauaufsichtlichen Einführung der DIN EN 1993-1-10 [L1] werden so genannte Z-Güteklassen ermittelt, die eine erforderliche Brucheinschnürung beim Zugversuch in Werkstoffdickenrichtung in [%] beschreiben. Diese Z-Güte ist bei der Bestellung der Stahl-sorte mit anzugeben. Insbesondere bei Bauteilen unter nicht vorwiegend ruhenden Bean-spruchungen, wie im Eisenbahnbrückenbau üblich, ist die Angabe der Z-Güte bei der Be-stellung erforderlich.


1. Technische Baubestimmungen

Das Zusammenwirken der maßgebenden technischen Baubestimmungen zur Bestimmung der erforderlichen Stahlsorte unter Beachtung der Einflussgrößen kann der folgenden Abbil-dung (Bild 1) entnommen werden.

Bild 1: Maßgebende Technische Baubestimmungen und Einflussgrößen zur Ermittlung der Stahlsorte

2. Grundlagen

2.1. Sprödbruch

Mit Sprödbruch wird i.d.R. ein schlagartig auftretendes Materialversagen ohne Vorankündi-gung bezeichnet. Er wird vor allem mit harten und spröden Stählen mit geringer Zähigkeit in Zusammenhang gebracht. Sprödbrüche erfolgen ohne oder mit geringer plastischer Verfor-mung bei Überschreiten der Spaltbruchspannung. Bei metallurgischer Betrachtung spricht man auch von Trennbruch. Sprödbrüche können jedoch auch bei ursprünglich duktilen Bau-stählen auftreten, etwa bei sehr tiefen Temperaturen, bei hohen Verformungsgeschwindig-keiten oder Kaltumformungen im Vorfeld des Sprödbruchereignisses.

Baustähle haben ein kubisch raumzentriertes Kristallgitter (krz) und zeigen im Gegensatz zu Stählen mit einem kubisch flächenzentrierten Kristallgitter (kfz) eine ausgeprägte Abhängig-keit ihrer Zähigkeit von der Einsatztemperatur. Diese Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit kann am Kerbschlagbiegeversuch exemplarisch veranschaulicht werden (Bild 2).


2.2. Terrassenbruch

Als Terrassenbruch wird ein durch ein geschweißtes Bauteil verlaufender Riss bezeichnet, der durch Schweißschrumpfspannungen verursacht wird. Der Riss ist typisch terrassenför-mig ausgebildet und liegt lamellenförmig unter der Schweißnaht. Der Terrassenbruch geht also von nichtmetallischen Einschlüssen – vorwiegend Mangansulfide (MnS) – aus, die sich während des Walzens flächig bzw. schichtförmig ausformen und somit eine verminderte Dehnfähigkeit bei Beanspruchungen in Dickenrichtung (d.h. senkrecht zur Blechoberfläche) verursachen.

Wie bereits erwähnt, ist eine Beurteilung der Terrassenbruchgefahr über die Ermittlung der erforderlichen Brucheinschnürung in Dickenrichtung mithilfe der DASt-Richtlinie 014 [R20] möglich. Diese Richtlinie enthält darüber hinaus werkstoffbezogene sowie konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen zur Vermeidung von Terrassenbrüchen.

Grundsätzlich sind solche Bauteile terrassenbruchgefährdet, die infolge äußerer Einwirkun-gen planmäßig rechtwinklig zur Walzebene beansprucht werden und zusätzlich in diesem Bereich durch Schweißschrumpfspannungen beaufschlagt sind. Die Terrassenbruchneigung ist unter anderem abhängig von:

– der Brucheinschnürung des Bauteils beim Zugversuch in Dickenrichtung,

– der Abkühlgeschwindigkeit nach dem Schweißen,

– der Art der Schweißnahtausbildung

– der Art der Schweißnahtvorbereitung

– der Größe der Wärmeeinbringung,

– der Steifigkeit der Konstruktion und damit von den eingeprägten Zwangskräften in Blechdickenrichtung.

Tü Übergangstemperatur, KV Kerbschlagarbeit

Bild 2: Schematische KV-T-Kurve

Zur Überprüfung der Sprödbruchneigung und zur Ermittlung der spezifischen Zähig-keitskennwerte (z.B. von 27 oder 40 Joule bei Raumtemperatur, 0°C oder -20°C oder auch anderen Kerbschlagarbeiten und an-deren Prüftemperaturen) wird der Kerb-schlagbiegeversuch verwendet. In Verbin-dung mit der DASt-Richtlinie 009 [R19] kann mit diesem Versuch die Sprödbruchsi-cherheit einer Stahlsorte abgeschätzt wer-den. Ein weiterer, in Deutschland bewährter Versuch zur Bewertung der Sprödbruchsi-cherheit bei Konstruktionen mit dickwandi-gen Bauteilen ≥ 30 mm ist der Aufschweiß-biegeversuch nach SEP 1390 [R21].


Hinweis: Ultraschallprüfungen vor dem Schweißen, zum Beispiel hinsichtlich der Überprüfung auf Dopplungen in Blechen, ohne Beanstandungen lassen nicht darauf schließen, dass während des Schweißens kein Terrassenbruch entsteht, da nichtmetallische Einschlüsse hierbei nicht nachgewiesen werden können. Wenn überhaupt, können Terrassenbrüche daher erst nach dem Schweißen mittels Ultraschallprüfung der gefährdeten Bereiche festgestellt werden.

3. Stahlsorten und ihre Bezeichnung (Gütegruppe)

Zulässig für den Eisenbahnbrückenbau sind unlegierte Baustähle und Feinkornbaustähle nach DIN EN 10025-1, -2, -3, -4, [-5] ([R6] bis [R10]) die den zusätzlichen Anforderungen an Baustähle für (Eisenbahn-) Brücken gemäß Modul 4101 der Richtlinie 804 [R3] in Ver-bindung mit DBS 918002-02 [R17] sowie DIN-Fachbericht 103 [R5] genügen müssen.

In Bild 3 und Tabelle 1 werden deshalb nur die Stahlsorten und -güten angegeben, die für den Eisenbahnbrückenbau relevant sind. Dies sind unlegierte Baustähle, normalgeglühte bzw. normalisierend gewalzte und thermomechanisch gewalzte schweißgeeignete Fein-kornbaustähle.

Bild 3: Beispiel für die Systematik der Stahlbezeichnung nach DIN EN 10027-1 [R12] in Verbindung mit DBS 918002-02 [R17] und Tabelle II-3.2b DIN-Fachbericht 103 [R5]


Stahlbezeichnung nach Anwendungsbereich

(Beispielbezeichnung n. DIN EN 10027-1 [R12])

Lieferzustände für Baustähle und schweißge-

eignete Feinkornbaustähle

− nach DIN EN 10025-2 [R7] 3) +N normalgeglüht bzw. normalisierend gewalzt +AR wie gewalzt (as rolled) Zusätzlich ist auch der Lieferzustand +M für Langerzeugnisse bestellbar +M thermomechanisch gewalzt

− nach DIN EN 10025-3 [R8] N normalgeglüht bzw. normalisierend ge-walzt oder NL (kaltzähe Güte)

− nach DIN EN 10025-4 [R9]

M thermomechanisch gewalzt oder ML (kaltzähe Güte)

− nach DIN EN 10025-5 [R10] 4)

+N normalgeglüht bzw. normalisierend ge-walzt +AR wie gewalzt (as rolled)

3) DBS 918002-02 [R17] verlangt mindestens den

Lieferzustand +N oder +M für Langerzeugnisse 4) Verwendung nur mit Unternehmensinterner Genehmigung (UiG) und/ oder Zustimmung im Einzelfall (ZiE)

Stahlart / Schweißkonstruktion (Lieferformen)

i.d.R. als Flacherzeugnisse (Bleche), H-/ IPE-Profile, Stäbe und auch als Schweißkonstruktion möglich

Erforderlichen Kerbschlagarbeit 1)

JR2) 27J bei Raumtemperatur J0 27J bei 0°C J2 27J bei -20°C M, N oder K2 40J bei -20°C ML oder NL 27J bei -50°C 1) Kerbschlagarbeit ermittelt an einer Längsprobe 2) In Tabelle II-3.2b; DIN-Fachbericht 103 [R5]

nicht enthalten (s.a. Hinweis unter Punkt 4.2)

Streckgrenzen für Erzeugnisdicken ≤ 16 mm

S235 ReH = 235 N/mm² S275 ReH = 275 N/mm² S355 ReH = 355 N/mm² S420 ReH = 420 N/mm² S460 ReH = 460 N/mm²

Z-Güte

nach DIN EN 10164 [R13] 5)

Z15 ≥ 15 % Brucheinschnürung6)



5) nach DIN EN 10164 Ultraschallprüfung er-forderlich 6) beim Zugversuch in Blechdickenrichtung

Tabelle 1: Stahlsorten für Eisenbahnbrücken und ihre Bezeichnung

Hinweis: Es gibt Zusatzsymbole auf Grundlage der DIN EN 10027-1 [R12]:

− mit "+" (sogenannte Anhängigkeitssymbole oder Lieferzustände) die zusätzlich bei der Bestellung vereinbart werden können, um bestimmte mechanische und physikalische Ei-genschaften für das Stahlerzeugnis (Bleche, Profile, usw.) zu gewährleisten, da ansons-ten der Lieferzustand der Erzeugnisse allein dem Hersteller überlassen bleibt,


und

− ohne "+", hierdurch werden mechanische und physikalische Eigenschaften der betreffen-den Stähle oder Stahlsorten bereits definiert beschrieben, die sie durch einen speziellen Herstellungsprozess erfahren haben (z.B. Feinkörnigkeit)

Grundsätzlich gilt:

Thermomechanisch behandelte Stähle nach DIN EN 10025-4 [R9] (Feinkornbaustähle M, ML) besitzen aufgrund ihrer günstigen chemischen Zusammensetzung eine verbesserte Schweißeignung gegenüber normalisiert hergestelltem Stahl der gleichen Streckgrenze.

4. Bestimmung der Stahlsorte sowie der Stahlgütegruppe

4.1. Allgemeine Grundlagen

Zur Ermittlung der Stahlsorte ist die Beanspruchung an der ungünstigsten Rissstelle gemäß der in DIN EN 1993-1-10 [L1] Abschnitt 2.2 (4) zugrunde gelegten Einwirkungskombination maßgebend. Diese Einwirkungskombination entspricht einer außergewöhnlichen Bemes-sungssituation, da das gleichzeitige Auftreten der niedrigsten Bauteiltemperatur in Verbin-dung mit dem Vorhandensein von ungünstigster Rissgröße und ungünstigsten Werkstoffei-genschaften angenommen wird.

Die Festlegung einer Gütegruppe oder der zulässigen Erzeugnisdicke erfolgt unter Berück-sichtigung folgender Parameter durch Ablesen aus Tabelle 2 der DASt-Richtlinie 009 [R19] (bzw. [L3] nach deren bauaufsichtlicher Einführung) oder aus Tabelle 2.1 der DIN EN 1993-1-10 [L1]:

– Bezugstemperatur EdT

– Spannungsstufe Edσ

– Erzeugnisdicke

– Kaltumformungsgrad

– Dehngeschwindigkeit und

– Sicherheitsanforderungen

Die Zulässigkeit der gewählten Stahlsorte und -güte für die Verwendung im Eisenbahnbrü-ckenbau ist gemäß ELTB [R1] nach DIN-Fachbericht 103 [R5] (Tabelle II-3.2b), nach Mo-dul 804.4101 (44) [R3] sowie nach DBS 918002-02 [R17] zu überprüfen.


4.2. Bestimmung der Stahlsorte sowie der Stahlgütegruppe nach DIN-Fachbericht 103 und/ oder DASt-Richtlinie 009

In DIN-Fachbericht 103 [R5] ist die Werkstoffwahl für tragende Konstruktionsteile von Stahl-brücken in Tabelle II-3.2b „Dickenbegrenzung von Stahlteilen bei Eisenbahnbrücken" gere-gelt. Die zulässigen Werkstoffdicken werden in Abhängigkeit der Stahlgüte angegeben.

Bild 4: Auszug aus Tabelle II-3.2b; DIN-Fachbericht 103 [R5]; Dickenbegrenzung von Stahlteilen bei

Eisenbahnbrücken

Diese Werte entsprechen den Angaben der DASt-Richtlinie 009 [R19] bzw. der DIN EN 1993-1-10 [L1] durch einen pauschalen Ansatz für die Spannungsstufe

( )tf yEd 60,0=σ und für die Bezugstemperatur CTEd °−= 30 für Stahl- und Stahlverbundbrü-

cken.

Für ausschließlich auf Druck beanspruchte Konstruktionsteile können die zulässigen Er-zeugnisdicken unter dem Ansatz ( )tf yEd 25,0=σ ausgewählt werden.

Entsprechend den Angaben in der DASt-Richtlinie 009 [R19] gelten diese Werte für normale Dehngeschwindigkeiten an der Stelle der höchsten Kerbwirkung, wie sie bei Straßen- und Eisenbahnbrücken anzusetzen sind (Bild 5). Damit werden die dynamischen Effekte abge-deckt, die insbesondere bei kurzzeitigen Bemessungssituationen (Verkehr) auftreten kön-nen. Für Beanspruchungsfälle mit erhöhten Dehngeschwindigkeiten, wie z.B. Anprall, kön-nen unter Punkt 3.4 der DASt-Richtlinie 009 [R19] weitere Regelungen entnommen werden.

Bild 5: Auszug aus Tabelle 2.1 DIN EN 1993-1-10 [L1]; Größte zulässige Erzeugnisdicken t in mm

Bei der Verwendung von warmgewalzten Profilen im Eisenbahnbrückenbau, z.B. für Ver-bundbrücken mit einbetonierten Walzprofilen ist zuvor darauf zu achten, dass diese Profile in den Lieferzuständen normalgeglüht/ normalisierend gewalzt oder thermomechanisch ge-walzt; also:

– +N nach DIN EN 10025-2 [R7] oder N bzw. NL nach DIN EN 10025-3 [R8] oder

– +M nach DIN EN 10025-2 [R7] oder M bzw. ML nach DIN EN 10025-4 [R9] bestellt werden müssen.


Hinweis: Die Stahlgütegruppe JR (nachgewiesene Kerbschlagarbeit T27J bei +20°C) ist in DIN-Fachbericht 103 [R5] nicht aufgeführt und somit für (ermüdungsbeanspruchte) Stahlteile von Eisenbahnbrücken nicht zugelassen. Die Hintergrundinformation wird in der DASt-Richtlinie 009 [R19] erläutert: „… Für ermüdungsbeanspruchte Bauteile, von deren Funktionsfähigkeit der Bestand

des Gesamttragwerkes oder dessen wichtigster Teile abhängt, oder bei denen die Aus-

nutzung der nominellen Streckgrenze infolge Zugspannungen im maßgebenden Nach-

weis des Grenzzustandes der Tragfähigkeit mehr als 70% beträgt, oder deren Versagen

einen hohen finanziellen Schaden durch Einschränkung der Gebrauchstauglichkeit der

Tragwerks nach sich zieht, ist im Zusammenhang mit dem Bemessungswert der Ein-

satztemperatur zusätzlich folgende Bedingung einzuhalten:

KTT mdrJ 4027 +≤ mit Tmdr – Bemessungswert der Einsatztemperatur [°C]

wobei T27J der Temperatur entspricht, bei der in der Kerbschlagprüfung mit Charpy-V-

Kerbschlagproben nach DIN EN 10045 mindestens eine Kerbschlagarbeit von KV = 27J

erreicht wird. …“ [Auszug DASt-Richtlinie 009 [R19]]

Dies bedeutet, dass sich die Temperatur, unter Berücksichtigung des festgelegten Bemes-sungswertes der Einsatztemperatur Tmdr = -30°C für Stahl- und Stahlverbundbrücken bei der

eine Kerbschlagarbeit von KV = 27J nachgewiesen werden muss, zu T27J ≤ +10°C ergibt. Dadurch befindet sich die Stahlgütegruppe JR außerhalb des Anwendungsbereiches von Tabelle II-3.2b des DIN-Fachbericht 103 [R5].

5. Bestimmung der Z-Güte nach DASt-Richtlinie 014

Durch Gewichtung einzelner Einflüsse anhand einfacher Schaubilder und Tabellenwerte lässt sich mithilfe der DASt-Richtlinie 014 [R20] und zukünftig durch die DIN EN 1993-1-10 [L1] (Bild 6) ermitteln, welche Mindestanforderungen der Werkstoff Stahl hinsichtlich der Brucheinschnürung erfüllen muss.

Bild 6: Auszug aus Tabelle 3.2 DIN EN 1993-1-10 [L1]; Einflüsse auf die Anforderung ZEd

Aus der Addition der gewichteten Einflüsse aus Tabelle 2 der DASt-Richtlinie 014 [R20] oder aus Tabelle 3.2 der DIN EN 1993-1-10 [L1] lässt sich die Mindestbrucheinschnürung in Pro-zent direkt ablesen und damit die erforderliche Z-Güte ermitteln.


Rechnerische Anforderung ZEd Z-Güte

ZEd ≤ 10 -

10 < ZEd ≤ 20 Z15

20 < ZEd ≤ 30 Z25

ZEd > 30 Z35

Bild 7: Tabelle II-3.2c; DIN-Fachbericht 103 [R5]; Empfehlungen für die Wahl der Z-Güte nach DIN EN 10164

Hinweis: Die erforderliche Z-Güte ist bei der Bestellung der Stahlerzeugnisse als Lieferzustand mit anzugeben, z.B. +Z15.

6. Schweißbarkeit/ Aufschweißbiegeversuch nach SEP 1390

Die Stähle mit den Gütegruppen JR, J0, J2, K2, N, M sowie NL und ML sind grundsätzlich schweißgeeignet. Die Gefahr von Kaltrissen steigt mit zunehmender Festigkeit und steigen-der Erzeugnisdicke.

Der Aufschweißbiegeversuch wird zur Bestimmung des Rissauffangvermögens eines Werk-stoffs ausgehend von einer Schweißnaht eingesetzt. Es wird dabei überprüft, ob ein im Schweißgut entstandener Riss von der Wärmeeinflusszone oder dem Grundwerkstoff auf-gehalten wird. Diese Prüfung ist für schweißgeeignete Baustähle mit Mindestwerten der Streckgrenze von 235 bis 355 N/mm² in Erzeugnisdicken ≥ 30 mm in SEP 1390 [R21] gere-gelt.

Es werden hierzu Biegeproben der Breite 200 mm und dickenabhängigen Länge zwischen 410 und 500 mm hergestellt, auf deren unbehandelter Blechoberseite (Walzzustand) eine gezielt spröde Schweißraupe in eine 4 mm tiefe halbkreisförmige Nut aufgebracht wird (Bild 8). Die Biegeprobe wird mit der Schweißraupe auf der Zugseite als 3-Punkt-Biegeversuch bei Raumtemperatur bis zu einem maximalen Biegewinkel von 60° gebogen. Das Ergebnis des Versuches ist „Bestanden“ oder „Nicht bestanden“. Damit der Versuch gültig ist, muss ein Anriss im Schweißgut entstehen. Wenn dieser vom Grundwerkstoff oder in der Wärmeeinflusszone aufgefangen wird, gilt der Versuch als bestanden. Wenn die Pro-be vor Erreichen des Biegewinkels von 60° bricht, gilt der Versuch als nicht bestanden.

Der Aufschweißbiegeversuch ist ein empirischer Versuch und dient in Ergänzung zum Nachweis der ausreichenden Kerbschlagarbeit, dem die DASt-Richtlinie 009 [R19] zugrunde liegt, als zusätzlicher Gütenachweis. Eine Korrelation zwischen den Ergebnissen des Kerb-schlag- und des Aufschweißbiegeversuches ist deshalb nur eingeschränkt möglich.

Die aufgeführten Angaben wurden der Literatur [L6] und [L7] entnommen. Nähere Erläute-rungen und Hintergrundinformationen zu dieser Thematik sind darin ebenfalls gegeben.

Alternativ kann durch eine geeignete Stahlsortenwahl auf den Aufschweißbiegeversuch ver-zichtet werden Hierzu sind generell die in Tabelle 1 der DBS 918002-02 [R17] aufgeführten Bedingungen zu beachten.

Die Durchführung des Aufschweißbiegeversuches ist im Gegensatz zum Kerbschlagbiege-versuch aufwendiger, kann aber in der Regel von allen geeigneten Prüfinstitutionen prob-


lemlos durchgeführt werden. Bei dicken Blechen ist ggf. auf das Vorhandensein der notwen-digen Prüfeinrichtungen zum Aufbringen der hohen Pressenkräfte zu achten.

Darüber hinaus ist es wichtig, daran zu denken, dass zum Durchführen des Aufschweißbie-geversuches relativ große Probestücke (200 x 500 mm) benötigt werden, die im Vorfeld der Ausführungsarbeiten zuortbar zurückgestellt und abgeprüft werden müssen.

Probenvorbereitung

– Probengröße 200 x ca. 500 mm – vor dem Abtrennen: Umstempeln

(z.B. Hartstempel). – Einfräsen einer Nut in Walzrichtung

Länge ca. 250 mm mittig auf Oberflä-che

Auflegen einer Schweißraupe in die Nut. (Lichtbogenhandschweißen)

Biegeversuch

– 3-Punkt-Biegeversuch (Schweißraupe unten)

– Verformung der Stahlprobe bis zu einem Winkel von 60°

Auswertung

Bestanden hat eine Probe wenn: – ausgehend von der Schweißnaht ein

Riss erkennbar ist und – das Material noch einteilig ist und – die Risslänge rechts und links neben

der Schweißraupe nicht größer 80 mm ist

Bild 8: Anordnung der Probenschweißnaht sowie Versuchsaufbau nach SEP 1390 [R21]

7. Technische Lieferbedingungen DBS 918002-02

7.1. Allgemeines

Der DBS 918002-02 [R17] gliedert sich in drei wesentliche Abschnitte:

- Technische Anforderungen und Bestimmungen

- Konformitätsnachweisverfahren

- Verfahrensnachweis für die Beherrschung des Stranggieß-Verfahrens


Für die Beschaffung warmgewalzter Erzeugnisse aus Baustählen wird der DBS 918002-02 [R17] durch die DB Netz AG erstellt und fachlich mit den Herstellern abgestimmt.

Der DBS 918002-02 [R17] regelt die Technischen Lieferbedingungen (TL) für den Eisen-bahnbrückenbau bzw. für den konstruktiven Ingenieurbau gemäß dem Geltungsbereich der Richtlinie 804, wenn Eisenbahnlasten einwirken. Für sonstige Ingenieurbauwerke, die nicht im Geltungsbereich der Richtlinie 804 liegen, kann dieser DB Standard vertraglich vereinbart werden (z.B. im Straßenbrückenbau). Die technische Lieferbedingung legt die technischen Merkmale der zu liefernden Produkte eindeutig fest. Sie enthält unter anderem technische und technisch-organisatorische Forderungen (z.B. Herstellerbezogene Produktqualifikation).

Es ist zu beachten, dass die Grundlage für die TL durch folgende Liefernormen sowie weite-re mitgeltende Regelwerke (z.B. Prüfnormen) und informative Verweisungen ergänzt wer-den:

DIN EN 10025 Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen Teil 1; Allgemeine technische Lieferbedingungen Teil 2; Technische Lieferbedingungen für unlegierte Baustähle Teil 3; Technische Lieferbedingungen für normalgeglühte/ normalisie-

rend gewalzte schweißgeeignete Feinkornbaustähle Teil 4; Technische Lieferbedingungen für thermomechanisch gewalzte

schweißgeeignete Feinkornbaustähle Teil 5; Technische Lieferbedingungen für Wetterfeste Baustähle

DIN EN 10210 Warmgefertigte Hohlprofile für den Stahlbau aus unlegierten Baustählen und aus Feinkornbaustählen

Teil 1; Technische Lieferbedingungen Teil 2; Grenzmaße, Maße und statische Werte

DIN EN 10248 Warmgewalzte Spundbohlen aus unlegierten Stählen

Teil 1; Technische Lieferbedingungen Teil 2; Grenzabmaße und Formtoleranzen

7.2. Fortschreibung und Übergangsfrist

Mit Wirkung vom 01.03.2011 wurde der DBS 918002-02 „Technische Lieferbedingungen für Warmgewalzte Erzeugnisse für den Eisenbahnbrückenbau“ [R17] in Kraft setzt.

In einer Übergangsfrist bis zum 31.12.2011 dürfen für neue Baumaßnahmen warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen nach dem bisherigen DBS 918002-02 [R16] bestellt werden, wenn die bauaufsichtliche Prüfung vor diesem Termin begonnen wurde; dabei muss ein zeitnaher Baubeginn gegeben sein. Darüber hinaus dürfen für Altvorhaben, die vor dem 01.03.2011 begonnen wurden, warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen grundsätzlich nach dem bisherigen DBS 918002- 02 [R16] bestellt werden; dies gilt nicht für Bauabschnitte oder Teile von Baumaßnahmen, die bautechnisch getrennt betrachtet werden können.“

7.3. Technische Anforderungen und Bestimmungen

Der DB Standard stellt Mindestanforderungen an das jeweilige warmgewalzte Stahlerzeugnis. Es bleibt im Ermessen des Bestellers, darüber hinausgehende Forderungen zu stellen und zusätzlich zu vereinbaren (siehe auch M804.4101, Abs. 64 [R3]).

Die Anforderungen an die Stahlsorte ergeben sich aufgrund statischer Belange (beispielsweise Sprödbruch) aus Tabelle II-3.2b, DIN-Fachbericht 103 [R5]. Stahlsorten, die nicht den Stahlgütegruppen J0, J2 oder höher zuordenbar sind, sind demnach nicht für Stahlteile von Eisenbahnbrücken verwendbar.


Für den Anwendungsbereich „Eisenbahnbrückenbau/ Konstruktiver Ingenieurbau mit Eisenbahnlasten“ sind die Bestelloptionen in den Tabellen A.1 bis A.7 im Anhang des DB Standards festgelegt.

Eine Ergänzung der Bestelloptionen nach DIN EN 10025-1 [R6] erfolgt im Abschnitt 3.3 durch die „Ergänzenden Technischen Bestimmungen“. Eine solche ergänzende Bestimmung ist beispielsweise die „Schweißeignung in Abhängigkeit von der Stahlsorte und der Dicke (EB1)“. Diese hat folgenden Inhalt:

Für Erzeugnisse aus Baustählen gemäß DIN EN 10025-2, -3, -4 ([R7], [R8], [R9]) sowie DIN EN 10210-1 [R15] an denen geschweißt wird und bei denen die Schweißnähte in auf Zug oder Biegezug beanspruchten Bereichen liegen, müssen die Bedingungen der aufgeführten Tabelle 1 des DBS 918002-02 [R17] unter Punkt 3.3.1 (EB 1) eingehalten werden.

Gemäß dieser Tabelle 1 werden ohne Aufschweißbiegeversuch Erzeugnisdicken bis 80 mm bzw. bis 100 mm zugelassen, wenn für den S355 und S275 Feinkornbaustähle der Güte N und M bzw. NL und ML und für den S235 die Güte +N eingesetzt werden (Äquivalenzkriterien zum Aufschweißbiegeversuch).

Für den Nachweis der Eignung anderer Stähle z.B. S355J2 gemäß DIN EN 10025-2 [R7] für Erzeugnisdicken zwischen 30 mm und 100 mm muss der Aufschweißbiegeversuch durchge-führt werden.

Eine weitere ergänzende Bestimmung ist der „Aufschweißbiegeversuch für Rundstähle (EB2)“. Gemäß DBS 918002-02 [R17] ist der Aufschweißbiegeversuch beim Einsatz von Rundstählen (z.B. Hänger für Stabbogenbrücken) mit Durchmessern > 30 mm zwingend vorgeschrieben.

Weitere Technische Bestimmungen und Anforderungen können dem DBS 918002-02 [R17] entnommen werden.

7.4. Konformitätsnachweisverfahren

Für die Bauteile im Anwendungsbereich des Eisenbahnbrückenbaus und für Konstruktive Ingenieurbauten gemäß der Richtlinie 804 [R3], auf die Eisenbahnlasten einwirken, sind Prüfbescheinigungen 3.1 oder 3.2 nach DIN EN 10204 [R14] mitzuliefern.

Die Abnahmeprüfbescheinigungen sind im Original vorzulegen. Kopien der Originalbeschei-nigungen sind nur unter der Voraussetzung zulässig, dass dem Auftraggeber die Originale zur Einsichtnahme zugänglich gemacht werden.

Die Voraussetzung für eine Anerkennung des Abnahmeprüfzeugnisses 3.1 nach DIN EN 10204 [R14] ist die Einstufung als Q1-Lieferant mit folgenden Anforderungen:

– Anwendung eines wirksamen Qualitätsmanagementsystems, – Beherrschung der Herstellerbezogene Produktqualifikation (HPQ) gemäß Anhang B

dieses DB Standards – Nachweis über die erfolgreiche Durchführung einer Herstellerbezogenen Produktqualifi-

kation. Die Herstellerbezogene Produktqualifikation besteht aus einer Lieferantenbeur-teilung mit regelmäßiger Überwachung der qualitätssichernden Maßnahmen einschließ-lich der Untersuchung und Beurteilung des Produktes. Die Durchführung obliegt der Ab-teilung „Qualitätssicherung“ der Deutschen Bahn AG oder einer von der Deutschen Bahn AG beauftragten akkreditierten Stelle.

Die Erfüllung aller Anforderungen des DB Standards muss als Vorgabe, angewandt auf die Lieferung, bescheinigt sein.


Sind für den Anwendungsbereich des DB Standards die Voraussetzungen für die Anerken-nung von Abnahmeprüfzeugnissen 3.1 nicht erfüllt, werden Abnahmeprüfzeugnisse 3.2 nach DIN EN 10204 [R14] erforderlich.

Die Erfüllung aller Anforderungen des DB Standards muss als Vorgabe, angewandt auf die Lieferung, bescheinigt sein. Den lt. DIN EN 10204 [R14] „Abnahmebeauftragten des Bestel-lers“ benennt die Deutschen Bahn AG.

Ausnahme

Bei der Verwendung von Hohlprofilen im Eisenbahnbrückenbau ist generell ein Abnahme-prüfzeugnis 3.2 gemäß DIN EN 10204 [R14] erforderlich, da aufgrund der geringen Abnah-memengen bisher kein Hersteller durch eine Herstellerbezogene Produktqualifikation qualifi-ziert worden ist.

Konformitätskennzeichen

Unabhängig von den zuvor aufgezeigten Prüfbescheinigungen ist der Konformitätsnachweis gemäß Bauregellisten (CE-Kennzeichnung (Bild 9) bzw. Ü-Kennzeichnung) erforderlich.

Bild 9: Beispiel für die Angaben der CE-Kennzeichnung nach DIN EN 10025-1 [R6]


7.5. Verfahrensnachweis für die Beherrschung des Stranggießverfahrens

Die Herstellerbezogene Produktqualifikation (HPQ) ist ein wichtiges Kontrollinstrument. Mit der HPQ wird überprüft, ob der Hersteller den Prozess des Stranggießverfahrens be-herrscht. Vor der erstmaligen Erteilung eines HPQ-Zertifikates erfolgt eine Erstüberprüfung des Herstellers und der Produkte. Nach Ablauf der Geltungsdauer kann das Zertifikat verlängert werden. Voraussetzung hier-für ist eine erfolgreiche Wiederholungsprüfung. Die Durchführung der Prüfungen zur HPQ erfolgt auf Antrag des Herstellers bei der Deutschen Bahn AG, Qualitätssicherung. Das Verfahren der Auditierung ist im „Informationsblatt HPQ“ beschrieben, welches zudem die Vorgehensweise hinsichtlich der Laborprüfungen festlegt. Mit dem Antrag auf Erteilung einer HPQ sind die Ergebnisse der QS-Maßnahmen bei der Herstellung der Produkte darzustellen und der Nachweis über die Prozessfähigkeit gemäß dem DB Standard zu erbringen. Das Zertifikat wird auf die geprüften und nachgewiesenen Güten und Abmessungen ausge-stellt.

Hinweis: Rammrohre (Stahlrohrpfähle), die für die Gründung von Lärmschutzwänden verwendet wer-den, müssen den Technischen Baubestimmungen DIN EN 10210 [R15], DIN EN 10219 [R15], Modul 804.5501 [R3] und dem DBS 919080 [R18] entsprechen. Ferner müssen die Bauprodukte den Vorschriften der Bauproduktenverordnung oder ande-rer Gesetze zur Umsetzung von Richtlinien der Europäischen Gemeinschaft entsprechen. Es liegt daher kein Verstoß gegen eine Technische Baubestimmung beim Einbau und bei der Lieferung von Stahlrohrpfählen mit Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach DIN EN 10204 [R14] vor, wenn das Vormaterial nicht der Technischen Lieferbedingungen DBS 918002-02 [R17] entspricht. Dies wird weder durch das Technische Regelwerk, noch durch die ergänzenden Technische Mitteilungen bzw. DB Standards gefordert.

8. Überschreitung der Blechdickenbegrenzung

Werden unzulässige Blechdicken gewählt, sind in der Regel eine Unternehmensinterne Ge-nehmigung (UiG), ausgestellt durch die DB Netz AG, sowie eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE), erteilt durch das Eisenbahn-Bundesamt, notwendig.

9. Abweichung von der geplanten Stahlsorte/ Verwendung von Gebrauchtmaterial

In der Planungsphase (Ausführungsplanung/ Erstellen der statische Berechnung) wird ent-sprechend den vorgenannten bautechnischen Regeln eine bestimmte Stahlsorte zugrunde gelegt bzw. gewählt.

In der Phase der Bauausführung kann es dazu kommen, dass von der vorgegebenen Stahl-sorte abgewichen wird bzw. werden muss. In diesem Fall ist die Planung zu überprüfen bzw. zu überarbeiten. Zudem sind die geänderten Ausführungsunterlagen erneut dem Prüf- und Genehmigungsprozess zu unterziehen.

Bei temporären Baubehelfen besteht zudem oft der Wunsch vorhandene (d.h. gebrauchte) Profilstähle einzubauen. Für diese Fälle sind analog zur Regelung des Moduls 804.4110 Absatz 4(2) [R3] die nach gültigen Normen üblichen Abnahmeprüfzeugnisse nach DIN EN 10204 [R14] für das vorhandene Material vorzulegen. Sind diese Abnahmeprüf-zeugnisse nicht vorhanden, so kann im Ausnahmefall auf eine Nachzertifizierung gemäß Modul 804.4101 (62) [R3] zurückgegriffen werden. Dies gilt jedoch nur für Einzelkomponen-ten geringen Umfanges, die kurzfristig nicht zu beschaffen sind. Keinesfalls aber für Ge-samtmaßnahmen.

Information Kib 0Konstruktiver Ingenieurbau Nr. 099 Stahl

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