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Ermittlung von Eigenspannungen und Verhalten von Ermuedungsrissen in geschweissten K-Hohlprofilverbindungen unter Druck

Evaluation of residual welding stresses and fatigue crack behavior in tubular K-joints in compression

Bei der Konstruktion von Bruecken aus Rundprofilen sind Materialermuedungsprobleme zu beachten. Derartige Bruecken sind durch K-foermige Strebenverbindungen (im Folgenden K-Verbindungen genannt) verschweisst. Ihre Anfaelligkeit fuer Materialermuedung entsteht vor allem durch Spannungskonzentrationen sowie durch Unregelmaessigkeiten und Eigenspannungen, die beim Schweissen erzeugt werden. Da die Hoehe dieser Eigenspannungen fuer K-Verbindungen unbekannt ist, wurden Messungen in der Naehe der Schweissnahtuebergaenge durchgefuehrt. Messmethoden waren die inkrementelle Bohrlochmethode, die Roentgendiffraktometrie und insbesondere die Neutronendiffraktometrie. Die Messergebnisse zeigen, dass die wichtigsten Zug-Eigenspannungen auf den ersten Millimetern unterhalb der Oberflaeche rechtwinklig zur Schweissnaht verlaufen und die Streckgrenze erreichen. Ermuedungstests wurden an zwei grossen Traegern durchgefuehrt. Sie zeigen, dass Zug-Eigenspannungen bei gleichzeitig bestehenden Druckspannungen einen starken Einfluss auf Rissausbreitung in K-Verbindungen haben; bis zu einer Tiefe von 2 bis 3 mm unterhalb der Oberflaeche. Thermomechanische Analysen werden in 3D-Modellen unter Verwendung zweier Finite-Element-Programme durchgefuehrt: ABAQUS und MORFED. Hierdurch berechnete Eigenspannungen in der Umgebung der Schweissnaht werden mit den gemessenen Werten verglichen, um die Eignung der Simulationen zu pruefen, die Eigenspannungen darzustellen und die Spannungswerte ueberschlaeglich zu ermitteln. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: Tubular bridge design has to deal with fatigue issues. The fatigue susceptibility of these bridges, composed of circular hollow section profiles welded together in K-joints, is mainly due to stress concentrations, to welding imperfections and to tensile residual stresses induced by the welding process. Since these residual stresses are unknown for K-joints, measurements were carried out in vicinity of weld toes using the incremental hole-drilling method, X-ray diffraction and in particular neutron diffraction. Results from these techniques show that on the first millimeters from the surface, the most important tensile residual stresses are oriented perpendicular to the weld direction and reach the yield strength. Fatigue tests on two large-scale truss specimens were carried out. They show that tensile residual stresses have a strong influence on crack propagation in K-joints under applied compressive stresses down to a crack depth of 2 to 3 mm from the surface. Thermo-mechanical analyses are performed in 3D using two finite element codes: ABAQUS and MORFEO. Computed residual stresses in the region surrounding the weld are compared with measured residual stresses in order to discuss the ability of the simulations to reproduce the residual stress field pattern and estimate the stress values. (A)

  • Authors:
    • ACEVEDO, C
    • NUSSBAUMER, A
    • DREZET, J -
    • SCHUBERT, R
  • Publication Date: 2011-7

Language

  • English

Media Info

  • Pagination: 483-91
  • Serial:
    • Stahlbau
    • Volume: 80
    • Issue Number: 7
    • Publisher: Ernst (Wilhelm) and Sohn

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01372070
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Jun 6 2012 10:33AM