Einfluss von Schweißeigenspannungen auf den Schwingfestigkeitsnachweis von Schweißverbindungen im Nennspannungskonzept

Bei der Bemessung von Stahlbauteilen gegen zyklische Beanspruchungen wird konservativ von hohen Zugschweißeigenspannungen ausgegangen. Diese Annahme führt in der Praxis oftmals zu Überbemessungen und trägt der Realität nur bedingt Rechnung, da Zugeigenspannungen durch moderne Fertigungstechnologien reduziert und sogar günstig wirkende Druckeigenspannungen durch Schweißnahtnachbehandlungen erzeugt werden können. Aktuelle Berechnungsansätze auf Basis einer Mittelspannungskorrektur bieten theoretisch die Möglichkeit zur Berücksichtigung geringerer Eigenspannungen. Sie sind jedoch aufgrund der subjektiven Klassierung von Eigenspannungen in Gruppen wie z. B. „hoch“, „mittel“ und „gering“ nur bedingt umsetzbar, da kein verlässliches Kriterium vorliegt um diese Einordnung vorzunehmen. Dies wird dadurch verstärkt, dass die Interaktion von Lastmittel und Eigenspannungen nach wie vor ungeklärt ist. Diese Arbeit verfolgt das Ziel der quantitativen Berücksichtigung von Eigenspannungen als Eingangsgröße in den Festigkeitsnachweis. Anhand geschweißter Längssteifen aus Feinkornbaustählen S355NL und S960QL wird gezeigt, dass die Schwingfestigkeit von eigenspannungsbehafteten Bauteilen anhand der effektiven Mittelspannung beschrieben werden kann. Diese berücksichtigt zyklisch stabilisierte Eigenspannungen und nominelle Lastmittelspannungen. Es wird deutlich, dass die Auswirkungen von Eigenspannungen auf die Schwingfestigkeit nicht, wie heutzutage generell angenommen, mit der Streckgrenze des verschweißten Grundwerkstoffs in Zusammenhang stehen. Im Gegensatz dazu wird nachgewiesen, dass zur Beurteilung von Eigenspannungseffekten das Lastspannungsverhältnis maßgeblich ist und auch betragsmäßig geringe Eigenspannungen wesentliche Effekte auf die Schwingfestigkeit haben können.