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1 Warmgefertigte MSH-Profile für den Maschinen- und Stahlbau VORSPRUNG DURCH QUALITÄT Warmgefertigte MSH-Profile für den Maschinen- und Stahlbau Vorsprung durch Qualität We ll be sending you copies from existing stocks until the revised version is available.

2 Die wichtigsten Vorteile von MSH Auf einen Blick Worauf Sie sich verlassen können: Die EN 121 garantiert Ihnen die Vorteile der warmgefertigten MSH-Profile Breite Abmessungspalette und große Herstelllängen allein im Standardlieferprogramm ca. 74 kreisförmige, 225 quadratische und 45 rechteckige MSH- Profile in Längen bis zu 16 m Große Stahlsortenvielfalt für die unterschiedlichsten Verwendungszwecke, vom unlegierten Baustahl über hochfeste Sonderstähle bis zu vergüteten Feinkornbaustählen Geprüfte Qualität durch zahlreiche nationale und internationale Zertifizierungen Gute Ästhetik durch klare, glatte und saubere Konstruktion, ohne scharfe Kanten und ohne außen sichtbare Schweißnähte Hohe statische Werte der quadratischen und rechteckigen MSH-Profile erlauben dank kleiner Eckrundungen hohe Belastungen Optimale Knicklastaufnahme durch günstige Einstufung in die Knickspannungslinien Uneingeschränkte Schweißbarkeit auch im Kantenbereich der quadratischen und rechteckigen MSH-Profile Optimale Sicherheit der Konstruktion durch gleichmäßige Härteverteilung und geringes Eigenspannungsniveau dank Warmfertigung Hohe Kerbschlagzähigkeit, dadurch hervorragende Verwendungsmöglichkeiten auch im Tieftemperaturbereich Konstruktive Vorteile durch kleine Eckrundungen und große Anschlussflächen der quadratischen und rechteckigen MSH-Profile Durch Ausnutzung der spezifischen Vorteile der warmgefertigten MSH-Profile stimmt nicht nur die Ästhetik, sondern auch die Wirtschaftlichkeit Und zu guter Letzt das umfangreiche Know-how, das unseren Kunden in vielfältiger Form zur Verfügung steht (Beratung, Druckschriften, Software, Internet, Hotline) 2

3 Warmgefertigte MSH-Profile nach EN121: zahlreiche technische Vorteile Warmgefertigte kreisförmige, quadratische und rechteckige Mannesmann Stahlbau-Hohlprofile kurz: MSH-Profile werden seit mehreren Jahrzehnten mit großem Erfolg eingesetzt. Ohne sie wäre die moderne Stahlarchitektur mit ihren filigranen und transparenten Formen nur schwer realisierbar. Aber der Einsatz von MSH-Profilen ist keineswegs auf den Hochbau beschränkt: Im Industrie- und Brückenbau und im Bau von Sportanlagen haben sie sich ebenfalls fest etabliert. Auch im Maschinenbau schätzt man die Vorteile der warmgefertigten MSH-Profile, wie zahlreiche Beispiele von landwirtschaftlichen Geräten und Fördersystemen aus dem Schiffbau und bei Fahrgeschäften für Volksfeste belegen. Dass MSH-Profile im Hinblick auf mechanische, technologische und geometrische Eigenschaften sämtliche einschlägigen Anforderungen dieser Anwendungen erfüllen, versteht sich von selbst. In vielen Fällen erfüllen und garantieren wir Kundenspezifikationen, die weit über die Anforderungen der anwendbaren Normen hinausgehen. Warmgefertigte MSH-Profile durchlaufen ihren letzten Umformungsschritt bei Normalisierungstemperatur (etwa 9 C), kaltgefertigte Hohlprofile bei Raumtemperatur. Daher unterscheiden sich warm- und kaltgefertigte Hohlprofile zum Teil erheblich in ihren Eigenschaften. Um diesen Differenzen Rechnung zu tragen, werden bei den europäischen Normen warm- und kaltgefertigte Hohlprofile in getrennten Lieferbedingungen erfasst und in den Berechnungsvorschriften (z. B. Eurocode 3) auch unterschiedlich behandelt. Konstrukteure und Anwender sollten dies wissen. Deshalb sollte die anwendbare Norm z.b. EN 121 bei allen Projekt- und Lieferspezifikationen angegeben werden. Statische Berechnungen, Ausschreibungsspezifikationen und Werkstattzeichnungen sollten stets das zu verwendende Produkt benennen warmgefertigte MSH-Profile nach EN 121 sowie das erforderliche Werkszeugnis. Nähere Informationen hierzu enthält unsere MSH-Druckschrift Technische Information 1. Kaltgefertigte Hohlprofile können prinzipiell immer durch warmgefertigte ersetzt werden. Basieren die Berechnungen jedoch auf warmgefertigten Hohlprofilen, so können auch nur diese einen problemlosen Einsatz gewährleisten. Mit warmgefertigten MSH-Profilen liegen Sie also immer auf der sicheren Seite. Diese Broschüre bietet einen praktischen Überblick und stellt dabei die Unterschiede zwischen warmgefertigten und kaltgefertigten Hohlprofilen klar heraus. 3

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5 Breite Abmessungspalette und große Herstelllängen kreisförmig quadratisch rechteckig Außendurchmesser 21,3 mm bis 66 mm 4 x 4 mm bis 4 x 4 mm 5 x 3 mm bis 5 x 3 mm Wanddicken 2,3 mm to 1 mm max. 25 mm* max. 25 mm* Anzahl der Kombinationsmöglichkeiten insgesamt 1415 *) Alle verfügbaren Abmessungen sind in der Broschüre Technische Information 1 gelistet. MSH-Profile Über 14 Abmessungen bis zu einer Länge von 16 m Das Standardlieferprogramm der warmgefertigten MSH-Profile umfasst insgesamt über 14 Kombinationsmöglichkeiten aus Außendurchmesser und Wanddicken. Für besondere Anwendungsfälle können kreisförmige MSH-Profile sogar mit Abmessungen bis zu 15 mm Außendurchmesser und 27 mm Wanddicke hergestellt werden. Quadratische und rechteckige MSH-Profile liegen mit ihrer maximalen Wanddicke von 25 mm deutlich über der maximal möglichen Wanddicke von kaltgefertigten Hohlprofilen. Damit hat VALLOUREC & MANNESMANN TUBES mit den MSH- Profilen die weltweit größte Abmessungspalette bei Hohlprofilen. So kann der Konstrukteur aus einem breiten Angebot den optimalen Profilquerschnitt wählen. Dort, wo konstruktionsbedingt größte Kräfte auf kleinstem Raum abgetragen werden müssen, kann ein geeignetes MSH-Profil mit entsprechend großer Wanddicke eingesetzt werden. Und da, wo mit spitzem Bleistift gerechnet werden muss, um beispielsweise das Eigengewicht zu minimieren, ist es sogar möglich, bei entsprechenden Walzlosen eine optimale Zwischenwanddicke zu ordern. V & M TUBES liefert die MSH-Profile aus Gründen des einfacheren Transportes und der besseren Lagerfähigkeit standardmäßig in Längen bis zu 12 m. Um größere Schüsse zu ermöglichen und die Anzahl der erforderlichen Stumpfnähte zu minimieren, können sie aber auch in größeren Längen bis zu 16 m hergestellt werden. Fertigungsbedingt sind die maximal herstellbaren Rohrlängen jedoch beschränkt; dies gilt insbesondere für Wanddicken ab ca. 25 mm. In unserem Lieferprogramm sind die so genannten gängigen Abmessungen kenntlich gemacht, so dass der Anwender erkennen kann, welche Abmessungen im Regelfall vom lagerführenden Handel vorgehalten werden und dementsprechend auch kurzfristig verfügbar sind. 2,3 mm 21,3 mm 5

6 Stahlsorten MSH-Profile Für jeden Verwendungszweck die optimale Stahlsorte Der lagerführende Handel bietet MSH-Profile in der Regel in der Standardgüte S355J2H nach EN 121 an. Daneben können warmgefertigte MSH-Profile auch in einer Reihe unterschiedlichster Stahlsorten gefertigt werden. Neben den allgemeinen Baustählen werden sie auch aus hochfesten Feinkornbaustählen und aus Sondergüten gefertigt. Für spezielle Anwendungsgebiete ist aufgrund der nahtlosen Fertigung sogar die Herstellung aus nicht schweißbaren Güten möglich (z. B. Ck 45). Damit kann der Konstrukteur je nach gewünschtem Verwendungszweck die optimale Güte einsetzen. Gütenportfolio des Verkaufsbereichs Industry Hochfeste Feinkorn-Güten V & M TUBES Normgüten V & M TUBES Gütenmarken Basis-Güten Multicert Serie EN 1297, EN 121 E355, S355J2H, Grade B, C, Höherfeste Güten für Anwendungen im Maschinenbau Spirafort Serie EN 1294 Forterior Serie EN 1297, EN 121 Spezielle Güten für Anwendungen im Maschinenbau Avadur Serie ASTM A 519 Legierte Vergütungsstähle 25CrMo4, 34CrMo4, 42CrMo4, Grade 413, Grade 414,... Unlegierte Vergütunsstähle C35E, C45E, C6E, 145,... Einsatzstähle 16MnCr5, C1E, 2NiCrMo2-2, Offshore-Güten Oceanfit Serie API 5L, EN 1225 X52, X65, X8,... Rundrohre Drehteilrohre FineXcell Serie Stahl-Eisen- Werkstoffblätter S46NLH, P69QL1,... Quadratische und rechteckige Hohlprofile Die V & M TUBES Gütenmarken erfüllen beziehungsweise übertreffen in vielen Fällen die Anforderungen der entsprechenden Normgüten. Die jeweilige Übereinstimmung kennzeichnen wir in den Werkstoffdatenblättern, Aufträgen und Zeugnissen. Steigende technische Anforderungen 6

7 Gütenportfolio für quadratische und rechteckige MSH-Profile 6 [ C] Standard V&M Vergütet FineXcell 55 FineXcell 69 FineXcell 77 FineXcell 89 S355NLH S42NLH S46NLH S355NH S42NH S46NH Kerbschlagarbeit S355J2H Forterior 37 Forterior 43 Forterior 47 Forterior 4 Forterior 45 Forterior 5 Forterior 65* V&M Spezial *Die Streckgrenze im Auslieferungszustand beläuft sich auf 4 MPa. Eine Vergütung ermöglicht die Erzielung einer Streckgrenze von 65 MPa. Streckgrenze 9 [MPa] Lieferbare Werkstoffe für MSH- Profile: Niedrig legierte Baustähle bis S355 Normalgeglühte Baustähle bis S46 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES ergänzt die derzeit auf dem warmgewalzten Hohlprofilmarkt verfügbare Produktpalette an genormten Güten um zwei technologisch anspruchsvolle Gütenserien, die es ermöglichen einmalige Streckgrenzen zu erreichen. Die Forterior Serie bietet verbesserte Streckgrenzen im Bereich 37 MPa bis 65 MPa bei gleichzeitig guter Schweißeignung. Verglichen mit Standard-Güten ermöglicht Forterior erhebliche Gewichtseinsparungen bei gleichbleibend hoher Traglast des Maschinenbauteils. Die FineXcell Serie umfasst unsere hochfesten Feinkorngüten mit einer nominalen Mindeststreckgrenze im Bereich von über 5 MPa bis hin zu bahnbrechenden 9 MPa. Die außergewöhnlich hohe Streckgrenze, die sehr guten Kerbschlagwerte bei extrem niedrigen Temperaturen und die exzellente Schweißbarkeit machen diese Gütenserie zu einer kostengünstigen, einzigartigen Lösung bei der Konstruktion hochanspruchsvoller Maschinenbauanwendungen, wie z.b. Krane und andere tragende Strukturen. 7

8 Qualitätsnachweise MSH-Profile Ein vielfach zertifiziertes Qualitätsprodukt Warmgefertigte MSH-Profile werden nach EN 121 oder vergleichbaren nationalen und internationalen Normen geliefert. Damit steht dem Kunden ein geprüftes Qualitätsprodukt zur Verfügung. Alle Prüfungen werden am Endprodukt vorgenommen, so dass man sich sowohl auf die Einhaltung der geforderten mechanischen und technologischen Eigenschaften des Werkstoffs als auch auf die Toleranzen der einzelnen Abmessungen verlassen kann. Vorsicht ist insbesondere dann geboten, wenn beispielsweise relativ dünnwandige Hohlprofile benötigt werden. Dann erfüllen zwar Profilrohre nach EN die reinen Abmessungsanforderungen, sind jedoch teilweise scharfkantig, was zu entsprechend schlechteren Schweißeigenschaften führt (siehe S. 14). Auch müssen bei Lieferung von Profilrohren in Gütegrad A keine mechanischen Eigenschaften nachgewiesen werden. Diesen verminderten Qualitätseigenschaften der Profilrohre trägt die EN 135-5, dadurch Rechnung, dass in den entsprechenden Lieferbedingungen unter Punkt steht: Die statische und dynamische Beanspruchbarkeit ist bei quadratischen und rechteckigen Rohren mit engem Rundungsbereich nicht sichergestellt. Seit vielen Jahren ist unser Qualitätsmanagementsystem nach nationalen und internationalen Regelwerken (z.b. ISO 91) zugelassen. Für den bauaufsichtlichen Bereich in Deutschland werden MSH-Profile in den Güten nach EN selbstverständlich mit dem erforderlichen Übereinstimmungsnachweis (CE-Zeichen) geliefert. Für besondere Anwendungsfälle, wie z.b. im Schiffbau oder im Offshore-Bereich, kann auch eine Fremdabnahme durch eine vom Kunden vorgegebene Abnahmegesellschaft, wie z.b. Technischer Überwachungsverein (TÜV) oder Lloyds Register of Shipping (LRS), erfolgen (gemäß EN 1225). 8

9 Ästhetik MSH-Profile Klare, glatte und filigrane Konstruktionen In der modernen Architektur werden warmgefertigte MSH-Profile häufig als sichtbare Bauelemente eingesetzt. Durch ihre hohe Tragfähigkeit ergeben sich schlanke Konstruktionen, die den Wünschen der Architekten nach leichten und eleganten Lösungen entgegenkommen. Dies gilt insbesondere für die Stahl-Glas-Architektur, bei der versucht wird, die Abmessungen der eigentlichen Tragstruktur zu minimieren. Unterschiedliche Lasten werden nur durch Variation der Wanddicke berücksichtigt, so dass sich nach außen ein einheitliches Bild ergibt. So können beispielsweise Stützen selbst über viele Stockwerke hinweg mit konstanten Außenabmessungen hergestellt werden. Dies hat nicht nur einen ästhetischen, sondern auch einen wirtschaftlichen Vorteil, da alle Anschlüsse gleich ausgeführt werden können. Moderne Fertigungsanlagen und neue, für den Warmwalzprozess optimierte Einsatzgüten führen bei den MSH-Profilen zu glatten Oberflächen, die durchaus mit denen anderer Profile vergleichbar sind. Hierfür steht auch die Vielzahl ausgezeichneter Bauwerke mit sichtbaren MSH- Profilen. Hinzu kommt, dass die Außenoberfläche nicht durch eine sichtbare Schweißnaht beeinträchtigt wird, was bei den hellen und leuchtenden Farben, die heutzutage bevorzugt werden, häufig als besonders störend empfunden wird. Gleicher Außendurchmesser bei unterschiedlicher Wanddicke 9

10 Statische Werte MSH-Profile Höhere statische Werte erlauben höhere Beanspruchungen für alle Belastungen Die unterschiedlichen Herstellverfahren für warm- und kaltgefertigte Hohlprofile verursachen unterschiedliche Eckenausrundungen und damit auch unterschiedliche Querschnittsflächen und statische Werte. Dies ist ein weiterer Grund dafür, dass Hohlprofile verschiedenen Normen zugeordnet werden, und zwar Warmprofile in EN 121 und Kaltprofile in EN Aufgrund der kleineren Eckenradien haben warmgefertigte Hohlprofile generell größere Querschnittsflächen als kaltgefertigte; diese Vorteile der MSH-Profile gegenüber kaltgefertigten Hohlprofilen werden mit ansteigender Wanddicke entsprechend größer. Für die Praxis bedeutet dies, dass bei gleicher Profilabmessung größere Lasten aufnehmbar sind oder anders ausgedrückt, dass bei gleicher Beanspruchung ein höheres Sicherheitsniveau erreicht wird. 12 % Zug A [cm 2 ] Biegung W [cm 3 ] Vergleich der max. möglichen Zug- und Biegebeanspruchung Vergleich der max. möglichen Zug- und Biegebeanspruchung (kaltgefertigt = = 1 1 %) %) 1 1 x 1 x 1 x x mm 1, in mm S355in S 355 Larger Größere cross-sectional Querschnittsflächen areas thanks durch to kleinere Eckenradien smaller corner radii kaltgefertigt warmgefertigt 1

11 Knickbelastung MSH-Profile Sie werden den günstigsten Knickspannungslinien zugeordnet Aufgrund ihrer günstigen statischen Werte eignen sich Hohlprofile besonders als knickbeanspruchte Bauelemente (Stützen, Druckstäbe in Fachwerken und Rahmen). Die unterschiedlichen Eigenschaften der warm- und kaltgefertigten Hohlprofile finden ihre Auswirkungen in den Bemessungsregeln für Druckglieder, wobei in den europäischen Stahlbaunormen (z.b. EN , Tabelle 6.2) warmgefertigte Hohlprofile generell in einer höheren Knickspannungslinie als die kaltgefertigten Hohlprofile eingestuft sind. In Vorbereitung auf die neue europäische Stahlbaunorm (Eurocode 3) wurde von den Herstellern der kaltgefertigten Hohlprofile ein Forschungsvorhaben initiiert, das zum Ziel hatte, eine bessere Einstufung ihrer Profile bei den Knickspannungslinien zu erreichen. Bei diesem durch CIDECT (Comité International pour le Développement et l Étude de la Construction Tubulaire Internationales Komitee für Forschung und Entwicklung von Hohlprofilkonstruktionen) geförderten und an den Hochschulen in Aachen und Lüttich durchgeführten Forschungsprojekt wurden kaltgefertigte Hohlprofile der neuen Generation untersucht 1. Hierunter werden Hohlprofile verstanden, die unter Einsatz neuer und verbesserter Stahlanalysen sowie auf modernisierten Walzstraßen gefertigt wurden. Das Ergebnis ist enttäuschend für die Hersteller kaltgefertigter Hohlprofile. Statt einer Einstufung in die günstigere Knickspannungslinie a müssen kaltgefertigte Hohlprofile generell in die Knickspannungslinie c herabgestuft werden. Das folgende Diagramm aus dem Schlussbericht zeigt den Vergleich der Knickspannungslinie c mit den Testergebnissen. Im Bericht heißt es hierzu: Das Diagramm zeigt, dass die Knickspannungslinie c des Eurocode 3 das tatsächliche Knickverhalten zufriedenstellend beschreibt, obwohl die Linie c das tatsächliche Knickverhalten der Testkörper überschätzt. Die statistische Analyse dieser Tests führt zu einem Teilsicherheitsbeiwert von γ* M = 1,15, der in guter Übereinstimmung mit dem in Eurocode 3 geforderten Wert von γ* M = 1,1 steht. 1 Cidect Research Programme 2 R: Buckling Behaviour of a New Generation of Cold-Formed Hollow Sections, Final Report 1996 Eurocode 3 Knickspannungslinie c 1,9,8 EC3-Kurve c CIDECT-Tests,7,6,5,4,3,2,1,5 1 1,5 2 2,5 3 L r π fy E 11

12 Querschnitte t z yy d z a h yy z r z b t Herstellungsprozess Knickspannungslinie S235, S275, S355, S42 S46 Warmformgebung a a Kaltformgebung c c Zuordnung der Querschnitte zu den Knickspannungslinien nach EN :21-12, Tabelle 6.2 Weitaus erfolgreicher war ein Forschungsvorhaben, in dem das Knickverhalten der warmgefertigten Hohlprofile aus dem höherfesten Werkstoff S46 2 untersucht wurde. Das Ergebnis ist, dass diese Hohlprofile in die beste Knickspannungslinie a eingestuft werden können. Der neue Eurocode 3 3 regelt deshalb die Einstufung der verschiedenen Querschnitte in Tabelle 6.2, die auf dieser Seite auszugsweise wiedergegeben wird. 2 CIDECT Research Programme 2 T: Buckling Behaviour of Hot-Formed SHS in High Strength Steel Grade S46, Final Report EN :21-12, Table

13 Welche Auswirkungen dies für die Praxis hat, zeigen die folgenden Diagramme mit dem Vergleich der Knickbelastung für 3 mm lange Stützen: χ Knickbeiwert 1,,8,6,4,2 27 % 36 % a a gedrungen mittel schlank Die a-kurve zeigt bis zu 27 % höhere Werte als die c-kurve, die a -Kurve sogar bis zu 36 % c Schlankheit der Stütze kn kaltgefertigt warmgefertigt % 136 % 19 % 16 % Knickspannungslinie: Warm: a (S355) a (S46) Kalt: c S355 S46 Vergleich 1 x 1 x 1 mm in S355 und S46 mit einer Knicklänge von 3 mm % kaltgefertigt warmgefertigt Druck: Wanddicke 4, 5, 6,3 8, 1, 12,5 [mm] Vergleich der max. möglichen Druckbelastungen (kaltgefertigt = 1 %) 1 x 1, Güte S355, Knicklänge 3 mm 3 mm Bemessungslast: 5 KN Kaltprofil: 1 x 1 x 1 mm Max. Beanspruchbarkeit: 56 kn Gewicht: 76,7 kg (=~ 126 %) MSH-Profil: 1 x 1 x 7,1 mm Max. Beanspruchbarkeit: 531 kn Gewicht: 6,8 kg (=~ 1 %) Beispiel einer Stützenbemessung 13

14 Schweißbarkeit MSH-Profile Problemloses Schweißen auch im Kantenbereich Ein wesentlicher Punkt, bei dem die unterschiedlichen mechanisch-technologischen Eigenschaften der Warm- und Kaltprofile besonders deutliche Auswirkungen zeigen, betrifft das Schweißen. Da die Kaltverformung eine der wesentlichsten Einflussgrößen für die Sprödbruchgefahr darstellt, sind in den entsprechenden Schweißvorschriften Regelungen aufgeführt, die nicht nur je nach Verformungsgrad bestimmte Stahlgütegruppen empfehlen, sondern genau festlegen, wann an diesen kaltverformten Bereichen überhaupt geschweißt werden darf. In der neuen europäischen Stahlbaunorm, der EN 1993 (EC 3) 4, sind die Bedingungen vorgegeben, die für das Schweißen in diesen kaltgeformten Bereichen und den dort angrenzenden Zonen eingehalten werden müssen. Diese Werte wurden aus der EN , Tabelle 4.2 übernommen. Nachstehend eine Gegenüberstellung des maßgeblichen Parameters innerer Rundungsradius zu Wanddicke (r i /t) nach EC 3 und EN 1219: Bei den fett markierten Wanddickenbereichen ist das Verhältnis von innerem Radius zu Wanddicke nach der Herstellungsnorm EN so klein, dass ein Schweißen des kaltgefertigten Hohlprofils nach der EC 3 überhaupt nicht zulässig ist. Die folgende Tabelle zeigt eine Gegenüberstellung des erforderlichen Rundungsradius nach EC 3 und dem sich aus der Fertigungsnorm ergebenden inneren Rundungsradius. Wanddickenbereich in mm Erforderlicher Wert r i /t nach EC 3 4 damit Schweißen zulässig ist Vorhandener Wert r i /t nach Fertigungsnorm EN , 1, 4 < t 6 1,5 1, 6 t 8 1,5 1,5 8 < t 1 2, 1,5 1 < t 12 2, 2, 12 < t 24 3, 2, Wanddicke in mm 4 EN :21-12, Absatz EN :26, Anhang B.3 Erforderlicher innerer Rundungsradius nach EC 3 in mm Vorhandener innerer Rundungsradius nach EN in mm 5, 7,5 5, 1, 2, 15, 12,5 37,5 25, 14

15 Anwendung des Eurocode 3 auf kaltgefertigte Hohlprofile nach EN r a = 2t 2t = 1 5t = 25 3 verbleibender schweißbarer Bereich 5t = 25 2t = 1 2t = 1 1 verbleibender schweißbarer Bereich Die Beispiele belegen: Werden die kaltgefertigten Hohlprofile nach i EN gefertigt, kön- r nen sie die Schweißbedingungen des Eurocode 3 in vielen Wanddickenbereichen nicht einhalten. r a = r i + t r i / t = 1*) => r i = t => r a = 2t Hierüber können auch keine Bestätigungen von Herstellern oder Händlern hinwegtäuschen, denn hierdurch lässt sich keine Norm außer Kraft setzen. Da auch in den angrenzenden Bereichen von 5 x t nicht geschweißt werden darf, bleibt bei einem kaltgefertigten Hohlprofil 1 x 1 x 5, mm (2 x 2 x 1, mm) für das Schweißen gemäß Eurocode 3 nur ein Bereich in Profilmitte von 3 mm (6 mm) übrig. Eine sinnvolle Schweißkonstruktion ist somit für Kaltprofile unmöglich (siehe rechts). Beim MSH-Profil *) Dieser Wert ergibt sich aus o.a. Tabelle nach EN für eine Wanddicke t = 5 mm t bestehen Beispiel: diese Einschränkungen nicht, da dieses grundsätzlich kaltgefertigtes warmgefertigt wird. Ein Schweißen ist 1 am gesamten x 1 x 5 Querschnitt, mm also auch im Hohlprofil Kantenbereich, problemlos möglich. Schweißen unzulässig 1 1 Anwendung des Eurocode 3 auf kaltgefertigte Hohlprofile nach EN r a = 2t r i t 5t = 25 2t = 1 5t = 25 Beispiel: warmgefertigtes Hohlprofil 1 x 1 x 5 mm Schweißen zulässig 3 verbleibender schweißbarer Bereich 5t = 25 Beispiel: kaltgefertigtes Hohlprofil 1 x 1 x 5 mm 2t = 1 2t = 1 5t = 25 r a = r i + t r i / t = 1*) => r i = t => r a = 2t *) Dieser Wert ergibt sich aus o.a. Tabelle nach EN für eine Wanddicke t = 5 mm Schweißen unzulässig 1 15

16 Sicherheit HB MSH-Profile Hiermit gehen Sie auf Nummer sicher Perfektion Präzision Sicherheit. In diesem Spannungsfeld werden heute Konstruktionen ausgelegt, sei es im Hochbau, im Brückenbau oder im Kranbau. Sicherheitsaspekte erlangen hierbei eine immer größer werdende Bedeutung. Gerade in diesem besonders sensiblen Bereich können warmgefertigte Hohlprofile ihre Vorteile ausspielen. So existieren zum Beispiel bei der Bahn oder bei Kran- oder Seilbahnherstellern übergeordnete Vorschriften (z.b. BN 918 2) oder firmeninterne Vorgaben, die die Verwendung von warmgefertigten Hohlprofilen explizit vorschreiben. Auch wenn Unternehmen die Vorschriften des Eurocode zwingend einhalten müssen, führt in den allermeisten Fällen kein Weg an warmgefertigten Hohlprofilen vorbei (siehe Schweißbarkeit ). Grundlage dieser sicherheitsrelevanten Vorschriften sind die unterschiedlichen Eigenschaften der warm- und kaltgefertigten Hohlprofile, wie dies im Folgenden durch die Härteverteilungen und Eigenspannungen demonstriert wird. Während das warmgefertigte MSH-Profil eine gleichmäßige Härteverteilung auf dem gesamten Umfang zeigt, weist das Kaltprofil erhebliche Härtespitzen in den kaltverformten Kanten auf. Daraus ist zu entnehmen, dass hier inhomogene Festigkeitseigenschaften zu erwarten sind. Eine weitere Härtespitze liegt im Bereich der Längsschweißnaht, was den Schluss zulässt, dass die Schweißnaht im vorliegenden Fall nicht wärmebehandelt wurde. Die von verschiedenen Seiten angeregte Möglichkeit, bei Kaltprofilen den Festigkeitsanstieg im Kantenbereich bei der rechnerischen Auslegung zu nutzen, ist wegen des nicht einschätzbaren Risikos problematisch, falls dies nicht schon durch die einschlägigen Normen ausgeschlossen wird. Ein ähnliches Bild wie die Härteverteilung zeigt auch die Eigenspannungsverteilung. Während warmverformte MSH-Profile über den gesamten Querschnitt äußerst gleichmäßige Eigenspannungen auf sehr niedrigem Niveau zeigen, weisen kaltverformte Hohlprofile hohe Zugeigenspannungen auf. Die auf der nächsten Seite dargestellten Grafiken belegen dies sehr eindrucksvoll. Härteverteilung nach HB 3/2,5 1 (HV 1 in den Ecken) Schweißnaht über den Querschnitt an Hohlprofil 16 x 16 x 4, mm St 37, kalt hergestellt mit Längsnaht 15 HB Härteverteilung nach HB 3/2,5 1 (HV 1 in den Ecken) über den Querschnitt an Hohlprofil 22 x 22 x 6.3 mm St 52, warm hergestellt ohne Längsnaht Ein eklatanter Unterschied zwischen warm- und kaltverformten Hohlprofilen zeigt sich bei der Härteverteilung über den Querschnitt (siehe Diagramme). 16

17 (a) kalt mit 16 x 16 x 6 mm (b) warm mit 18 x 18 x 6,3 mm Bei der Verarbeitung dieser Profile (z.b. Schweißen, Verzinken) können diese Eigenspannungen freigesetzt werden und zu einem unkontrollierbaren Verzug der Profile bzw. der Konstruktion führen. Der hierdurch erforderliche Richtaufwand kann beträchtlich sein Verteilung der Längseigenspannung eines kalt und warm hergestellten Profils aus S235 in N/mm Weld Seam Verteilung der Quereigenspannung in N/mm 2 bei einem kalt (a) und warm (b) hergestellten Profil mit 6 x 6 x 4 mm 17

18 Kerbschlagzähigkeit MSH-Profile Optimale Verwendbarkeit auch bei tiefen Temperaturen Sprödbruch eine der gefährlichsten Situationen, mit denen der Konstrukteur sowohl im Stahlals auch im Maschinenbau konfrontiert werden kann. Dieser verformungslose Spaltbruch ist deshalb so gefährlich, weil er plötzlich und ohne jede Vorankündigung auftritt, und dies sogar bei Beanspruchungen, die weit unterhalb der zulässigen Spannungen liegen können. Die Sprödbruchgefahr steigt mit zunehmender Kaltverformung. Als wichtiges Indiz für eine Sprödbruchneigung kann die Kerbschlagzähigkeit angesehen werden, da diese sich mit zunehmendem Kaltverformungsgrad verschlechtert. So verschieben sich die Übergangstemperaturen um ca. 3 5 C je 1 % Verformung zur ungünstigen Seite hin. Da die Verformung der kaltgefertigten Hohlprofile im Bereich von 2 3 % liegt (im Extremfall sogar 43 %!), ist die Übergangsverschiebung beträchtlich. Dies geht auch aus einer gemeinschaftlichen Forschungsarbeit hervor, die an den Universitäten Toronto, Kanada und Karlsruhe, Deutschland, durchgeführt wurde 6. Das rechts abgebildete Diagramm, welches der Veröffentlichung entnommen wurde, zeigt die Unterschiede der warm- und kaltgefertigten Hohlprofile deutlich auf. Gewählt wurde die Probenlage und -richtung, die die höchsten Werte ergibt. Die Untersuchungen zeigen: Warmgefertigte Hohlprofile neigen bei tiefen Temperaturen deutlich weniger zu Sprödbrüchen. Aus den Forschungsergebnissen wurde die Empfehlung abgeleitet, bei dynamisch beanspruchten Konstruktionen, wo es auf eine gleichmäßige 18

19 Zähigkeit bei allen Probenlagen und -formen ankommt, ausschließlich warmgefertigte Hohlprofile zu verwenden. Auch die amerikanische Norm für kaltgefertigte Hohlprofile ASTM A 5 7 weist in einer Fußnote ausdrücklich darauf hin, dass diese Profile für dynamisch beanspruchte Konstruktionen im Tieftemperaturbereich ungeeignet sein können: Note 1 Products manufactured to this specification may not be suitable for those applications such as dynamically loaded elements in welded structures, etc., where low-temperature notch-toughness properties may be important. Diese Fußnote wird in den Empfehlungen des AWS (American Welde Society, Ausgabe 22), wie folgt ergänzt: Special investigation or heat treatment may be required if this product is applied to tubular T-, Kerbschlagarbeit [J] MSH-Profil, S355J2H 2 Kaltprofil, Hersteller 1, ASTM A 5, Grad B 3 Kaltprofil, Hersteller 1, spannungsarm geglüht ASTM A 5, Grad C 4 Kaltprofil, Hersteller 2, ASTM A 5, Grad C Y-, and K-connections Packer, J.A., Kosteski, N., Puthli, R.S. The Prüftemperatur [ C] Toughness of Rectangular Hollow Sections. Paper for International Workshop on Tubular Connections, Kumamoto University, Japan, June ASTM A 5: Standard Specification for Cold- Formed Welded and Seamless Carbon Steel Structural Tubing in Rounds and Shapes, Ausgabe 1. März 21 Diese Unterschiede machen deutlich, dass durch die enormen Kaltverformungen (maximal bis zu 43 %!) die Verformungsreserven des Stahls weitestgehend aufgebraucht sind. Damit ist die Gefahr gegeben, dass sich ein Versagen nicht durch einen langsam anwachsenden Riss ankündigt, sondern der Bruch ohne jede Vorankündigung plötzlich auftritt. Mit warmgefertigten MSH-Profilen ist man also auch hier auf der sicheren Seite. 19

20 Verarbeitung MSH-Profile Einmalige Vorteile durch extra-enge Kantenradien (Ra 1 T) für große, ebene Anschlussflächen Auch bei der Verarbeitung und im Stahlbau bieten warmgefertigte MSH-Profile erhebliche Vorteile. Das bei VALLOUREC & MANNESMANN TUBES eingesetzte Warmwalzverfahren erzeugt nun auch extra-enge Kantenradien, die nicht tangential in die Seitenflächen laufen, sondern eine klare Kante bilden (siehe auch Abschnitt C 1 Statische Werte ). Dies stellt gleichzeitig eine hervorragende Schweißnahtvorbereitung dar und reduziert den Bedarf an Schweißwerkstoffen. V & M TUBES hat damit seine MSH-Profile mit einem weiteren unverwechselbaren Produktmerkmal ausgestattet, das mit Kantenradien von Ra 1 T die Anforderungen nach EN im Hinblick auf den zulässigen Maximalwert für den Kantenradius (Ra 3 T) erheblich übertrifft. C 2 t R a C 1 C 2 R a C 1,C 2 : Länge des Rundungsbereiches (Sichtkante) Mit den so entstehenden großen, ebenen Anschlussflächen lassen sich Schweißverbindungen wesentlich einfacher und stabiler herstellen, und auch die in dieser Broschüre beschriebenen statischen Vorteile der MSH-Profile können voll genutzt werden. kaltgefertigt warmgefertigt Kleine Anschlussflächen bei großen Eckradien Große Anschlussflächen bei kleinen Eckradien Viel Schweißgut erforderlich Einsparung von Schweißgut 2

21 Wirtschaftlichkeit MSH-Profile Unterm Strich stimmt s Die Wirtschaftlichkeit einer Konstruktion ist selbstverständlich ein entscheidendes Kriterium. Eine schöne und sichere Lösung muss sich auch wirtschaftlich darstellen lassen. Dies hängt jedoch nicht nur vom Preis der einzelnen Elemente ab, sondern ergibt sich aus dem Zusammenspiel vieler Faktoren. Eine MSH-Konstruktion ist im Vergleich zu anderen Lösungsmöglichkeiten wirtschaftlich herstellbar, wenn die spezifischen Vorteile der warmgefertigten MSH-Profile auch genutzt werden: Größere Knotenabstände bei Fachwerkkonstruktionen können dank hervorragender statischer Eigenschaften eingeplant werden. Damit sind insgesamt weniger Knoten erforderlich. Einfaches und kostengünstiges Verarbeiten (z. B. gerade, ebene Schnitte, häufiger Entfall einer Schweißnahtvorbereitung, einfache Kehlnähte). Geringes Schweißnahtvolumen dank kleiner Außenabmessungen und Wanddicken. Nutzung des Hohlkörperquerschnitts durch Betonfüllung zur Traglasterhöhung. Nutzung des Hohlkörperquerschnitts durch Beton- oder Wasserfüllung für den Brandschutz. Nutzung des Hohlkörperquerschnitts für Versorgungsleitungen (z.b. für Klimatisierung, Strom oder Wasser); dadurch sind keine gesonderten Versorgungsschächte erforderlich. Reduzierung der Abmessung, der Wanddicke und damit des Eigengewichts durch Wahl des optimalen Werkstoffs. Einheitliche Anschlüsse bei Stützen und Trägern, da die Außenabmessung über die gesamte Konstruktionslänge konstant gehalten werden kann. Geringes Schweißnahtvolumen dank kleiner Kantenradien der quadratischen und rechteckigen MSH-Profile. Verringerung der Anstrichkosten durch kleine Oberflächen und damit auch Reduzierung des Aufwandes für den Korrosionsschutz. Wie man sieht, ist nicht nur der reine Tonnenpreis entscheidend, sondern das Ergebnis unter dem Strich. Und das spricht für das MSH-Profil! 21

22 Zu guter Letzt MSH-Profile Nutzen Sie unser Know-how aus einer über 1-jährigen Erfahrung Neben der Lieferung eines hochwertigen Qualitätsprodukts stehen Ihnen für die Anwendung von MSH-Profilen Fachleute von VALLOUREC & MANNESMANN TUBES beratend zur Verfügung. Dies gilt nicht nur für unsere Händlerkunden, sondern auch für Endverbraucher. So wird bespielsweise im Rahmen von MSH-Seminaren spezifisch auf Ihre Fragen und Wünsche eingegangen. Auch bei der Planung und Durchführung von Projekten steht Ihnen das MSH-Team hilfreich zur Seite. Und das betrifft nicht nur technische Fragen. Ein spezielles Projektteam sorgt für eine reibungslose und pünktliche Abwicklung Ihres Auftrages. V & M TUBES hat eine umfangreiche Sammlung an technischen Informationen zu den MSH-Profilen herausge geben, in denen die verschiedensten Berechnungs-, Konstruktions- und Fertigungsfragen detailliert behandelt werden. Darüber hinaus sorgen zwei neue von V & M TUBES herausgegebene Bemessungshilfen für Vereinfachung der Dimensionierung von Hohlprofilanschlüssen. Die in gedruckter Fassung vorliegenden Bemessungshilfen für Hohlprofilanschlüsse enthalten in Tabellenform typisierte Anschlüsse für zahlreiche gängige Hohlprofilabmessungen. Für Konfigurationen können mit dem Softwaretool CoP interaktiv prüffähige Statiken nach Eurocode 3 erstellt werden. Diese Unterlagen können Sie auf unserer Homepage abrufen, genauso wie das Softwareprogramm Stacom (mit statischen Werten und Knicklasten der MSH-Profile). Durch unsere bereits jahrzehntelang währende Mitgliedschaft im CIDECT (Comité International pour le Développement et l Étude de la Construction Tubulaire Internationales Komitee für Forschung und Entwicklung von Hohlprofilkonstruktionen) haben wir die Weiterentwicklung auf dem Hohlprofilsektor maßgebend mitbeeinflusst. Die dort gewonnenen Erkenntnisse sind in zahlreichen CIDECT-Handbüchern veröffentlicht ( Die aus der gemeinsamen Arbeit herrührenden weltweiten engen Kontakte zu Verbänden, Hochschulen und Forschungszentren helfen auch bei ausgefallenen Lösungsansätzen. Deshalb, wenn Sie Fragen zum MSH-Profil haben, zögern Sie nicht uns anzusprechen, sei es per Telefon, Fax oder . Weitere Produktinformationen sowie Ansprechpartner mit Adressen und Telefonnummern finden Sie auf unserer Homepage Wir sind stets für Sie da. MSH Das Ideenprofil Der Begriff MSH ist gesetzlich geschützt und steht für ein anerkanntes Qualitätsprodukt. 22

23

24 V & M DEUTSCHLAND GmbH Structurals Theodorstraße Düsseldorf Telefon Telefax Technische Beratung Telefon Telefax Vallourec Gruppe V & M D1B1B-12D

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