STAHLBAU 1. Name:... Matr. Nr.:...

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1 1 Name:... Matr. Nr.:... A. Rechnerischer Prüfungsteil 1. Rahmen mit aussteifendem System Die Tragkonstruktion besteht aus einem Zweigelenkrahmen [der Querschnitte 1 und 2], dessen Horizontalkraft Q k über ein aussteifendes System [der Querschnitte 3 und 4] abgetragen wird. Gegeben: Stahlsorte: S235 J0 G2 f y = 235 N/mm 2 f u = 360 N/mm 2 Querschnitte: 1: HE-A 280 2: IPE 400 3: Zugstange Ø 36 mm 4: dehn- und biegestarrer Querschnitt Belastung: g k = 5,00 kn/m... ständige Last (γ G ) q k = 5,50 kn/m und Q k = 5,00 kn... veränderliche Last (γ Q ), wirken als eine Lastgruppe Gesucht: 1. Stufen Sie den Rahmen als ein verschiebliches bzw. unverschiebliches Tragwerk ein. 2. Ermitteln Sie daraufhin die Knicklänge der eingerahmten Stützte und führen Sie den Knicknachweis dieser Stütze 3. Durch einen Brand fällt das aussteifende System aus Ermitteln Sie die Knicklänge am neuen System (Rahmen alleine) und führen Sie abermals den Knicknachweis dieser Stützte

2 2 Hinweise: 1. Die Knicklänge des Rahmens aus der Ebene beträgt l = 1,0 L 2. Für das ursprüngliche System: Vergessen Sie die Imperfektionen nicht! 3. Nach Ausfall des aussteifenden Systems: Untersuchen Sie wiederum, ob das neue System (Rahmen alleine) seitenweich bzw. seitensteif ist und wählen Sie dann diesbezüglich eine entsprechende Schnittgrößenermittlung! Bemessung lt. ENV

3 3 2. Lokale Lasteinleitung Unausgesteifter T-Stoß Eine zentrisch beanspruchte Stütze [IPE 80] mit der Normalkraft N, lt. untenstehende Skizze, wird von einem Biegeträger [IPE 200], mit den Schnittgrößen V und M, unterfangen. Gegeben: Stahlsorte: S235 J0 G2 f y = 235 N/mm 2 f u = 360 N/mm 2 Stütze IPE 80 Träger IPE 200 Einwirkungen: Normalkraft N = 100,0 kn Biegemoment M = 40,0 knm Querkraft V = 50,0 kn Gesucht: Infolge der Krafteinleitung durch die Stütze [IPE 80] sind örtliche Nachweise im Träger [IPE 200] zu führen 1. Führen Sie die erforderlichen Stabilitätsnachweise bzw. Querschnittsnachweise für das Stegblech des Trägers [IPE 200] unter Längs- und Querbeanspruchung Bemessung lt. ENV

4 4 3. Nachweis eines Winkelanschlusses Ein Sekundärträger [HE-A 800] wird mittels eines Winkelanschlusses, gemäß Skizze, gelenkig an einem Hauptträger [HE-B 900] angeschlossen. Gegeben: Querkraft : V = 890,0 kn Stahlsorte: S275 J0 G3 f y = 275 N/mm 2 f u = 430 N/mm 2 Hauptträger: HE-B 900 Sekundärträger: HE-A 800 Winkelprofile: 2 L 90 x mm Schrauben: 9 x M22; Güte 8.8; A = 3,80 cm 2 ; A s = 3,03 cm 2 ; d 0 = 24 mm Gesucht: Ermitteln Sie die übertragbare Grenzquerkraft des Winkelanschlusses a) Führen Sie die erforderlichen Nachweise der Schraubenverbindung (Schraubenschaft in Scherfuge), der Winkelprofile und ggf. der erf. Nettoquerschnitte des Winkelanschlusses Hinweis: ACHTUNG: Der Anschluss besteht aus 2 Stk. Winkelprofilen L 90 x mm Bemessung lt. ENV An Hilfsmittel darf ausschließlich die Norm ENV verwendet werden. Das IStHM-Team wünscht Ihnen gutes Gelingen und viel Erfolg. Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Dr.techn. Henrik Wahlberg

5 5 Name:... Matr. Nr.:... B. Theoretischer Prüfungsteil 1. Skizzieren Sie das Spannungs-Dehnungsdiagramm eines naturharten Stahles unter Zugbeanspruchung (Zugversuch) und erläutern Sie die wesentlichen Punkte dieses Diagramms. a) was verstehen Sie unter der σ 0,01 -Grenze b) was verstehen Sie unter der σ 0,2 -Grenze c) was verstehen Sie unter der oberen σ so bzw. der unteren Streckgrenze σ su d) wie wird die Streckgrenze bei Stählen ohne ausgeprägtem Fließniveau definiert e) was verstehen Sie unter der Gleichmaßdehnung, der Einschnürdehnung bzw. der Bruchdehnung 2. Was verstehen Sie unter Eigenspannungen in Stahlprofilen. a) warum treten Walz- bzw. Schweißeigenspannungen in Stahlprofilen auf b) zeigen Sie diese anhand eines gewalzten und eines geschweißten I-Querschnittes 3. Erklären und zeigen Sie anhand des sog. "Vorspanndreiecks", warum diese Verbindungsart besonders gut für dynamisch beanspruchte Bauteile geeignet ist. 4. Erklären und zeigen Sie anhand des Eisen-Kohlenstoff-Diagrammes wie es zu Aufhärtungen in der Wärmeeinflußzone eines Schweißnahtes kommen kann. 5. Bei der Bemessung nach EC3 sind vorab die sog. Querschnittsklassen der Stahlprofile eines Tragwerkes zu ermitteln. a) welche Querschnittsklassen kennen Sie b) welcher ist der genaue Unterschied zwischen einem Querschnitt der Klasse 1 und Klasse 2, wie wirkt sich das bei der Berechnung der Traglast aus c) welcher ist der genaue Unterschied zwischen einem Querschnitt der Klasse 3 und Klasse 4, wie wird dieser Unterschied bei der Berechnung der Querschnittswerte berücksichtigt 6. Ebenen der Nachweisführung - Welche der untenstehenden Nachweisführungen sind bei einem Tragsicherheitsnachweis eines Stahltragwerkes unter Berücksichtigung des jeweiligen Bemessungsverfahrens möglich? Begründen Sie Ihre Entscheidung! Verfahren E-E: q q el, Verfahren E-E: σ Verfahren E-E: σ Verfahren E-P: q q pl,1, Verfahren E-P: σ Verfahren E-P: σ Verfahren P-P: q q pl, Verfahren P-P: M M pl, Verfahren P-P: M M pl,

6 6 7. Bei Trägern mit breiten Gurten kann es - unabhängig von der Querschnittsklasse - zur Spannungsermittlung erforderlich werden, die sog. mittragende Breite oder auch effektive Breite b eff zu ermitteln. a) warum kann es erforderlich werden, diesen Ersatzquerschnitt zu bilden und welche Effekte werden damit berücksichtigt b) erläutern Sie anhand einer Skizze, wie der Begriff der mitwirkenden Breite b eff definiert ist c) geben Sie die rechnerische Bedingung zur Ermittlung von b eff an 8. Skizzieren Sie den allg. Verlauf einer Knickspannungslinie in Abhängigkeit von der Schlankheit und erläutern Sie deren verschiedener Bereiche. 9. Was verstehen Sie unter einem Spannungsproblem mit Verzweigungspunkt? Geben Sie eine kurze theoretische Erläuterung hierzu und belegen Sie diese mit Beispielen. 10. Erläutern sie folgende Begriffe im Zusammenhang mit der Materialermüdung: a) Wöhlerlinie b) Kerbfälle (Kerbgruppen) c) Ermüdungsfestigkeit und Dauerfestigkeit d) Schwellenwert der Ermüdungsfestigkeit e) schadensäquivalentes Einstufenkollektiv f) Schadensakkumulation nach Palmgren-Miner (die Miner-Regel) 11. Welche charakteristische Merkmale sind für die eindeutige Beschreibung eines Knotenmodells kennzeichnend? a) stellen Sie diese in einem Diagramm dar b) skizzieren Sie ihnen bekannte Knotenmodelle und tragen Sie deren charakteristische Kurve in obiges Diagramm ein c) was verstehen Sie unter einem volltragfähigen, was unter einem teiltragfähigen Anschluss Es dürfen keine Hilfsmittel verwendet werden. Das IStHM-Team wünscht Ihnen gutes Gelingen und viel Erfolg. Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Dr.techn. Henrik Wahlberg