Forschungsschwerpunkte

Die Forschungsgebiete des Arbeitsbereichs umfassen alle Belange des konstruktiven Stahl- und Verbundbaus. Aktuell liegen die Schwerpunkte im Bereich der Betriebsfestigkeit, dem Stabilitätsverhalten von Bauteilen, dem konstruktiven Glasbau und der Entwicklung und Anwendung numerischer Methoden.

Im Folgenden werden ausgewählte Forschungsvorhaben der letzten Jahre angeführt. Eine detaillierte Übersicht finden Sie im Abschnitt Forschungsleistungen.

Betriebsfestigkeit

Im Bereich der Betriebsfestigkeit wurden Untersuchungen auf mehreren Ebenen durchgeführt. Um den Bereich der üblicherweise vereinfacht dargestellten Schweißnahtgeometrie zu erfassen, wurde mittels eines 3D-Scanners die tatsächliche Geometrie vermessen und den weiteren Untersuchungen zugrunde gelegt. Des Weiteren wurden Verbesserungsvorschläge für das sehr umfangreich einsetzbare Kerbdehnungskonzept erarbeitet.

In Kooperation mit der ÖBB wurden Untersuchungen zu den tatsächlichen Einwirkungen auf Eisenbahnbrücken durchgeführt. Basis hierfür waren Messdaten der letzten Jahre der ÖBB. Aufgrund der tatsächlichen Einwirkungen, konnten verbesserte Voraussagen zur Lebensdauer bzw. zu den Lebenszykluskosten gemacht werden.

Ausgewählte Publikationen:

• Lang, R. (2024): Ermüdungsfestigkeit am Nahtende im rechnerischen Lichte der neuen Normen EN 1993-1-9 und EN 1993-1-14, Stahlbau 93/1, S. 35 - 49, DOI: 10.1002/stab.202300063.
• Niederwanger, A.; Ladinek, M.; Lener, G. (2020): Consideration of imperfections and support effects in the fatigue assessment of welded cruciform joints, Materials Testing 62/1, S. 27 - 34.
• Niederwanger, A.; Warner, D.H.; Lener, G. (2020): The utility of laser scanning welds for improving fatigue assessment, International Journal of Fatigue 140, No. 105810.
• Niederwanger, A.; Ladinek, M.; Lener, G. (2019): Strain-life fatigue assessment of scanned weld geometries considering notch effects, Engineering Structures 201, No. 109774.
• Ladinek, M.; Hofer, T. (2019): On the Influence of Loading Order in Nanostructural Fatigue Crack Propagation in BCC Iron. A Molecular Dynamics Study, Metals 9/6, No. 684.
• Ladinek, M.; Niederwanger, A.; Lang, R. (2018): An individual fatigue assessment approach considering real notch strains and local hardness applied to welded joints, Journal of Constructional Steel Research 148, S. 315 - 325.
• Ladinek, M.; Niederwanger, A.; Lang, R.; Schmid, J.; Timmers, R.; Lener, G. (2018): The strain-life approach applied to welded joints: Considering the real weld geometry, Journal of Constructional Steel Research 148, S. 180 - 188.
• Lang R., Ladinek M. Lener G. (2017): Über die Anpassung eines fortschrittlichen Stützwirkungsansatzes für das Kerbspannungskonzept, Stahlbau 86/6, S. 470 - 482.
• Lang R., Lener G. (2016): Application and comparison of deterministic and stochastic methods for the evaluation of welded components’ fatigue lifetime based on real notch stresses, International Journal of Fatigue 93/Part 1, S. 184 - 193.
• Lang, R.; Lener, G.; Schmid, J.; Ladinek, M. (2016): Schweißnahtbewertung basierend auf 3D-Laserscanning. Praktische Anwendung eines mobilen Laserscansystems zur Oberflächenbewertung von Schweißnähten - Teil 1, Stahlbau 85/5, S. 336 - 343.
• Lang, Robert; Lener, Gerhard (2016): Schweißnahtbewertung basierend auf 3D-Laserscanning. Praktische Anwendung eines mobilen Laserscansystems zur Oberflächenbewertung von Schweißnähten - Teil 2, Stahlbau 85/6, S. 395 - 408.  
• Schmid J., Lener G. (2017): Lastkollektive für Eisenbahnbrücken aus Messdaten – Teil 1. Systematische Untersuchungen zum Schadensäquivalenzfaktor λ1 an Einfeldträgern, Stahlbau 86/5, S. 425 - 433.
• Schmid J., Lener G., Eberle R. (2017): Lastkollektive für Eisenbahnbrücken aus Messdaten – Teil 2. Anpassung an tatsächliche Jahresbruttotonnagen und Plannutzungsdauern durch λ2 und λ3, Berücksichtigung von Verkehrsveränderungen und Grenzwerten, Stahlbau 86/5, S. 434 - 440.
• Schmid J., Lener G. (2016): Lastannahmen im Brückenbau – Vergleich von Verkehrslasten für Eisenbahnbrücken aus Lastmodellen und Messdaten, Bauingenieur 91/10, S. 410 - 416.

Stabilitätsverhalten von Bauteilen

Im Bereich des Stabilitätsverhaltens von Bauteilen werden Untersuchungen zum Biegedrillknicken und zum Plattenbeulen durchgeführt. Beim Biegedrillknicken ging es in den letzten Untersuchungen um die Weiterentwicklung bzw. um die Anwendungsgrenzen neuer Methoden der EN 1993-1-1. Beim Plattenbeulen liegt der Fokus auf der Aufarbeitung und Interpretation der EN 1993-1-5. Des Weiteren wurden Untersuchungen zum numerisch gestützten Beulnachweis mit der FEM durchgeführt. Ein aktuelles Forschungsprojekt beschäftigt sich zudem mit dem Stabilitätsverhalten von Beulfeldern mit nicht durchlaufenden Längssteifen (Non Continuous Stiffening), d.h. die Steifen laufen nicht bis zum Rand der Platte.

Ausgewählte Publikationen:

• Timmers R., Lukas I., Lang R. (2024): Neural networks for critical load factors of unstiffened plates according to the reduced stresses method of EN 1993-1-5. In: Thin-Walled Structures, 203/112170, DOI: 10.1016/j.tws.2024.112170.
• Lukas I., Timmers R., Ropele M., Lang R. (2023): Experimental investigation on stiffened plates with non-continuous longitudinal stiffeners ending within the panel. In: Thin-Walled Structures, 193/111260, DOI: 10.1016/j.tws.2023.111260.
• Lukas I., Timmers R., Lang R. (2023): Numerical study on the impact of longitudinal stiffeners ending within the buckling field. In: ce/papers. Proceedings in civil engineering 6/3-4, S. 1723 - 1728, DOI: 10.1002/cepa.2308.
• Timmers R. (2021): Influence of the Imperfection Shapes on the Collapse Mechanisms of Stiffened Plates with Class 4 Trapezoidal Stiffeners, Proceedings of the 8th International Conference on Coupled Instabilities in Metal Structures (CIMS 2020, run in 2021). Lodz: Lodz University of Technology, S. 175 - 182.
• Timmers R., Schwienbacher M., Lener G. (2019): Untersuchungen zur Interpretation des Beulnachweises nach der Methode der reduzierten Spannungen, Stahlbau 88/5, S. 460 - 469.
• Timmers R., Schwienbacher M., Lang R., Lener G. (2018): Proposal and validation of a simplified numerical buckling check for stiffened plated structures, Camotim D., et.al: Proceedings of the 8th International Conference on Thin Walled Structures (ICTWS 2018), July 24-27, 2018, Lisbon, Portugal, University of Lisbon.
• Timmers R., Wieser A., Lener G. (2016): Untersuchungen zum Allgemeinen Nachweisverfahren gegen Biegedrillknicken nach EN 1993-1-1, Stahlbau 85/8, S. 558 - 564.
• Timmers R., Lener G. (2016): Collapse mechanisms and load–deflection curves of unstiffened and stiffened plated structures from bridge design, Thin-Walled Structures 106, S. 448 - 458. 

Numerische Methoden in der Verbindungstechnik

Die sogenannte „Discontinuity Layout Optimization“-Methode (DLO) wurde von der „Computational Mechanics and Design Group“ der „University of Sheffield“ entwickelt. Bei dieser relativ neuen numerischen Methode wird mittels linearer Optimierungsalgorithmen der ungünstigste Versagensmechanismus aus einer großen Anzahl möglicher Mechanismen einer Struktur gefunden. Die DLO wurde ursprünglich für Probleme der Geotechnik entwickelt. Mittlerweile wurde die Methode aber auch für die Anwendung im Stahlbetonbau und zur Berechnung der Tragfähigkeit gemauerter Bögen weiterentwickelt. Am Arbeitsbereich wurde die Methode auf typische Probleme des Stahlbaus angewendet, u.a. zur Lösung beliebiger T-Stummel Modelle in Übereinstimmung mit der EN 1993-1-8.

Publikationen:

• Timmers R., Lang R. (2023): Bemessungsvorschlag für geschraubte, polygonale Endplatten bei runden Hohlprofilen unter Zug. Stahlbau 92, 12, 777–787, DOI: 10.1002/stab.202300039.
• Timmers R., Lang R. (2023): Yield-line mechanisms and design proposal for endplate connections in rectangular hollow section members in tension, Engineering Structures 279, No. 115560, DOI: 10.1016/j.engstruct.2022.115560.
• Timmers R., Lang R. (2022): Yield-line Mechanisms of Endplate Connections with Eight Bolts and Circular Bolt Configurations using DLO, ce/papers, Special Issue SDSS 2022 5/4, DOI: 10.1002/cepa.1745.
• Timmers R., Lang R. (2022): Zur Traglastberechnung geschraubter Kopfplattenverbindungen bei Hohlprofilen mittels DLO, Stahlbau 91/3, DOI: 10.1002/stab.202100079.
• Timmers R. (2021): Generalized method for identifying yield-line patterns in T-stubs using discontinuity layout optimization, Engineering Structures 244/3, No. 112802, DOI: 10.1016/j.engstruct.2021.112802.
• Timmers R. (2020): Application of Discontinuity Layout Optimization to Steel Parts and Steel Connections with a Single Bolt, Applied Sciences - Basel 10/11, No. 3783.

Konstruktiver Glasbau

Aus architektonischer Sicht würde man Glas gerne als tragendes Element (Stützen, Träger) einsetzen. Dadurch soll, z.B. bei einer Fassade, der Anschein erweckt werden, dass es keine optisch störenden Elemente wie Stützen und Träger gibt. Aus statischer Sicht ist die Berechnung der Traglast solcher Bauteile aber noch nicht geregelt. Untersuchungen aus der Literatur beziehen sich üblicherweise auf das Biegeknicken von Stützen oder das Biegedrillknicken von Einfeldträgern. Um das Einsatzgebiet zu erweitern, wurden am Arbeitsbereich experimentelle und numerische Untersuchungen zum Stabilitätsverhalten von tragenden Kragträgern aus Glas durchgeführt.

Publikationen:

• Timmers R., Neulichedl T. (2019): Calibration of Design Buckling Curves for Lateral-Torsional Buckling of Cantilever Beams Made of Glass - Experimental and Numerical Investigations, Applied Sciences - Basel 9/16, No. 3432.

Auftragsforschung

Der Arbeitsbereich fungiert auch als Ansprechpartner für die Wirtschaft bei der Bearbeitung praxisnaher Forschungsfragen. Die Bearbeitung erfolgt oftmals auch in Kooperation mit der TVFA - siehe Versuchswesen.

Detailliertere Informationen zu den abgeschlossenen Forschungsvorhaben finden Sie im Abschnitt Forschungsleistungen.

Gerne können Sie sich mit Ihren Anliegen an die Mitarbeiter*innen des Arbeitsbereichs wenden.

Normungstätigkeit

Der Arbeitsbereich war in den letzten Jahren im internationalen und nationalen Normungswesen tätig, insbesondere in den Bereichen:

• Ermüdung und Bruchmechanik (EN 1993-1-9, EN 1993-1-10)
• Stabilität/Plattenbeulen (EN 1993-1-5)
• Finite Elemente Methoden im Stahlbau (EN 1993-1-14)

Softwareentwicklung

Am Arbeitsbereich wird im Zuge der Lehre auch Spezialsoftware zu Problemstellungen des Stahl-, Verbund- und Glasbaus entwickelt. Detailierte Informationen finden Sie im Abschnitt Software.