Janik Schweyher, M. Sc.
Aktuelle Forschungsprojekte
Bei der Beurteilung von Neubauprojekten der Infrastruktur sind neben den Kosten für den Neubau die Lebenszykluskosten infolge Instandsetzung und Wartung ein wesentliches Kriterium. Bei Stahl- und Verbundbrücken mit einer prognostizierten Lebensdauer von 100 Jahren ist der Substanzverlust durch Korrosion einer der maßgebenden Faktoren für Instandsetzungsaufwendungen. Gängige Beschichtungssysteme mit einer mittleren Lebensdauer von 25 Jahren müssen daher mehrmals während der Lebensdauer des Bauwerks erneuert werden und führen somit zu hohen Unterhaltungskosten. Durch die Verwendung von nichtrostendem Stahl kann ein lebenslanger Korrosionsschutz gewährleistet werden, so dass die Lebenszykluskosten minimiert werden. Zudem haben die nahezu unveränderlichen Oberfläche und die damit verbundene gute Optik einen positiven Einfluss auf die architektonische Wirkung der Bauwerke.
Gleitfest vorgespannte Verbindungen sind reibschlüssige, schlupf- und verformungsarme Schraubverbindungen zur Übertragung von Scherkräften, die in Brücken, Windenergieanlagen, Türmen und Masten eingesetzt werden. Ihre Wirkungsweise wird von der Schraubenvorspannung und der Haftreibungszahl beeinflusst, die ihrerseits abhängig ist vom Oberflächenzustand der zu fügenden Bauteile (unbehandelt, gestrahlt, beschichtet). In F&E-Projekten des Automobil- und Maschinenbaus hat sich der Einsatz von reibbeiwerterhöhenden Scheiben („Friction shims“ bzw. „Friction discs“) zur Optimierung von GV-Verbindungen als effizient erwiesen, denn sie ermöglichen eine Übertragung erheblich größerer Scherkräfte/Drehmomente. Friction Shims sind runde, stählerne Scheiben (z.B. aus nichtrostendem Stahl 1.4301 oder Kaltband C60S/C75S) in Dicken von ca. 100 μm, auf die eine Nickelbeschichtung mit eingebetteten Diamanten aufgebracht wird. Werden die gelochten Friction Shims zwischen die Fügebauteile und um die Schrauben einer GV-Verbindungen positioniert, dringen die Diamanten bei Schraubenvorspannung in die Fügebauteile ein und erzeugen eine mikroskalige Verzahnung, was zu einer Erhöhung des Reibschlusses bzw. der Haftreibungszahl führt. Experimentelle Voruntersuchungen an GV-Verbindungen feuerverzinkter Stahlbauteile mit „Friction Shims“ an der TU Dortmund bestätigten die großen Vorteile der neuen Technik.
Bei der Bemessung von Stahlbauteilen im Bauwesen werden Querschnitte in vier Querschnittsklassen unterteilt. Die Querschnittsklassen 1 und 2 ermöglichen eine plastische Bemessung, wo hingegen die Querschnittsklasse 3 nur eine elastische Bemessung ermöglicht. Bei Nichteinhaltung der Grenzen für Querschnittsklasse 3 versagt der Querschnitt vor Erreichen der elastischen Querschnittstragfähigkeit und er wird in Querschnittsklasse 4 einsortiert. Bisher zeigen sich bei beidseitig gestützten Querschnittsteilen Unterschiede bei der Einstufung für die Querschnittsklassen 2 und 3 zwischen den Vorgaben nach DIN EN 1993-1-1 für Baustahl und den Vorgaben nach DIN EN 1993-1-4 für nichtrostenden Stahl. Durch die Untersuchungen im FOSTA Projekt P1390 „Dauerhafter Stahl- und Verbundbrückenbau aus nichtrostendem Stahl“ konnte gezeigt werden, dass die Vorgaben für den nichtrostenden Stahl konservativ sind und die Grenzwerte für die Einstufung in die Querschnittsklasse 3 auf c/tε = 99 bei reiner Momentenbeanspruchung erhöht werden sollten. Weitergehende numerische Simulationen bis zu einem Verhältnis c/tε = 150 zeigen die Möglichkeit die Grenzwerte über c/tε = 99 weiter anzuheben.