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Ziel des Teilprojekts C5 des Sonderforschungsbereichs 398 an der Ruhr-Universität Bochum ist die Entwicklung eines lebensdauerorientierten Entwurfsmodells für Stahltragwerke. Das Referenzsystem der letzten Förderperiode war eine einschiffige Stahlhalle mit Kranbahnen. Der vorliegende Beitrag stellt die Ergebnisse einer Sensitivitätsanalyse des Stahlrahmens unter Kranfahrtlasten vor. Diese Verkehrslasten wurden, völlig entkoppelt von weiteren äußeren Einflüssen wie Wind und Schnee, als poissongetriebene Pulsprozesse beschrieben, die zufälligen Eigenschaften der Kranfahrtlasten wurden in den Zufallsvariablen Pulsdauer und Pulsintensität berücksichtigt. Zur Minimierung des Rechenaufwandes der Lebensdauer-untersuchung wurden a priori einige Systemparameter anhand von Parameterstudien im Hinblick auf ihre dynamische Wirkung maßgebend festgelegt. In einer darauf aufbauenden Betriebsfestigkeitsuntersuchung wurden die Schädigungseinträge in einer Rahmenecke infolge von jeweils einzelnen Pulslastereignissen berechnet und in einer Datenbasis abgelegt. Eine abschließende Distance-Controlled Monte Carlo Simulation der Pulsprozesse über einen maximalen Zeitraum von 100 Jahren überführte die Realisationen der einzelnen Pulslasten anhand der Datenbasis in Teilschädigungen, welche nach der Palmgren/Miner-Hypothese zu einer Gesamtschädigung aufsummiert wurden. Der Einfluss der Kranlasten auf den Entwurf von Stahlhallen wurde durch den Vergleich der berechneten Lebensdauer und der planmäßig vorgegebenen Nutzungsdauer quantifiziert.

Der lebensdauerorientierte Entwurf von Stabbogenbrücken, mit Zuschnitt auf die Auslegung von Hängern, die durch Ermüdung infolge wirbelinduzierter Querschwingungen gefährdet sind, wird als stochastisches semi-infinites Optimierungsproblem formuliert. Zur Lösung dieses Problems sind mehrere Modellierungsebenen erforderlich, so dass ein Mehrebenenproblem entsteht. Es wird der derzeitige Entwicklungs- und Implementierungsstand bei der Umsetzung des Mehrebenenproblems in ein Entwurfsleitsystem (Software) aufgezeigt. Außerdem werden die Konzepte der noch ausstehenden Forschungsarbeit, die bereits erfolgreich beim lebensdauerorientierten Entwurf von Industriehallen mit Rahmensystem als Haupttragwerk eingesetzt wurden, diskutiert und ihre Einbildung in die bisher umgesetzte Forschungsarbeit erläutert.

In recent years, damages in welded connections plates of vertical tie rods of several arched steel bridges have been reported. These damages are due to fatigue caused by wind-induced vibrations. In the present study, such phenomena are examined, and the corresponding lifetime of a reference bridge in Münster-Hiltrup, Germany, is estimated, based on the actual shape of the connection plate. Also, the results obtained are compared to the expected lifetime of a connection plate, whose geometry has been optimized separately. The structural optimization, focussing on the shape of the cut at the hanger ends, has been carried out using evolution strategies. The oscillation amplitudes have been computed by means of the Newmark-Wilson time-step method, using an appropriate load model, which has been validated by on-site experiments on the selected reference bridge. Corresponding stress-amplitudes are evaluated by multiplying the oscillation amplitudes with a stress concentration factor. This factor has been computed on the basis of a finite element model of the system "hanger-welding-connection plate", applying solid elements, according to the notch stress approach. The damage estimation takes into account the stochastics of the exciting wind process, as well as the stochastics of the material parameters (fatigue strength) given in terms of Woehler-curves. The shape optimization results in a substantial increase of the estimated hanger lifetime. The comparison of the lifetimes of the bulk plate and of the welding revealed that, in the optimized structure, the welding, being the most sensitive part in the original structure, shows much more resistance against potential damages than the bulk material.