Bewertung von Mikrostruktureffekten der Feuerverzinkung auf die Ermüdungsfestigkeit feuerverzinkter Stahl- und Verbundbrücken

Abstract

Die Feuerverzinkung als Korrosionsschutz ist im Stahlhochbau etabliert und gehört zum Stand der Technik. Eine Korrosionsschutzdauer von vielen Jahrzehnten, die der Lebensdauer von Bauwerken (≥ 100 Jahre) entspricht, ohne Wartung und Instandhal-tung ist die Regel. Im Vergleich zu handelsüblichen organischen Korrosionsschutzsys-temen, die erfahrungsgemäß in Abständen von ca. 25 Jahren erneuert werden müs-sen, ist die Feuerverzinkung unter Einbezug der Nutzungsdauer von Stahlbauten die wirtschaftlichste Korrosionsschutzmaßnahme. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Stahlkonstruktion für eine Instandhaltungsmaßnahme nur noch schwer oder gar nicht zugänglich ist oder die Nutzung des Bauwerks durch die Instandhaltungsmaßnahme eingeschränkt wird. [1] Das erfolgreich abgeschlossene Forschungsvorhaben „FOSTA P835 - Feuerverzinken im Stahl und Verbundbrückenbau – IGF-Nr. 351 ZBG“ [1] hat den Grundstein gelegt, die Feuerverzinkung auch im Stahl- und Verbundbrückenbau grundlegend und vorteil-haft einsetzen zu können. Die Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit von feuerver-zinkten Brückenkonstruktionen in [1] zeigen, dass die feuerverzinkten Kerbdetails im Vergleich zu nicht verzinkten Konstruktionen nur unwesentlich ungünstiger und nur um maximal eine Kerbgruppe nach DIN EN 1993-2 bzw. DIN EN 1993-1-9 geringer einzu-stufen sind. Vergleichsberechnungen für eine Straßenbrücke mittlerer Spannweite be-legen zudem, dass in der Regel keine Anpassung der Stahlkonstruktion nötig ist. Die Kosten können im Lebenszyklus durch den Einsatz der Feuerverzinkung als langlebi-ger Korrosionsschutz erheblich gesenkt werden. Im vorliegenden Forschungsprojekt werden die in [1] durchgeführten Untersuchungen weiter geführt, um eine ganzheitliche Lösung für den Brückenbau zu schaffen. Insbe-sondere bei der Betrachtung des Quersystems und der Bauweise mit hochtragfähigen Stahlhohlkästen werden in der Regel Kerbfälle <80 maßgebend für die Ermüdungsbe-messung. Einige der typischen Kerbdetails wurden bislang jedoch noch nicht mit einer Feuerverzinkung überprüft. Ziel des umfangreiche Versuchsprogramms war, die noch fehlenden technischen und wissenschaftlichen Grundlagen zum allgemeinen Einsatz der Feuerverzinkung von Stahlträger- und Stahlhohlkastenbrücken auf Basis der DIN EN 1993 und der DASt-Richtlinie 022 zu erarbeiten. Die geplante Forschung war zur Förderung einer ganzheitlichen Lösung für feuerverzinkte Stahl- und Verbundbrücken, einer innovativen, nachhaltigen Brückenbauweise, erforderlich. Über die Durchführung von Ermüdungsversuchen an feuerverzinkter Kerbdetails hinaus war eine grundle-gende Betrachtung der Ursachen für die Abminderung der Ermüdungsfestigkeit feuer-verzinkter Stahlbauteile notwendig. Neben der Beantwortung dieser offenen Fragestel-lung zum Einfluss von Mikrostruktureffekten wurde ebenfalls ein Augenmerk auf die Ausführung gelegt. Anhand eines Verzinkungsversuchs eines stark querversteiften Stahlhohlkastenquerschnitts konnten Konstruktions- und Ausführungsempfehlungen für die Feuerverzinkung von Stahlhohlkästen festgelegt und überprüft werden. Datei-Upload durch TIB Hot-dip galvanizing for corrosion protection is well established in structural steel engi-neering and is state of the art. A corrosion protection period of many decades, corre-sponding to the service life of structures (≥ 100 years), without maintenance and repair is standard. Compared with commercially available organic corrosion protection sys-tems, which experience shows have to be renewed at intervals of approx. 25 years, hot-dip galvanizing is the most economical corrosion protection system when the ser-vice life of steel structures is taken into account. This applies in particular if the steel structure is difficult or impossible to access for maintenance or if the use of the struc-ture is restricted by the maintenance measure. [1] The successfully completed research project "FOSTA P835 - Hot-dip galvanizing in steel and composite bridge construction - IGF No. 351 ZBG" [1] has laid the foundation for the fundamental and advantageous use of hot-dip galvanizing in steel and compo-site bridge construction. The investigations of fatigue strength of hot-dip galvanized bridge structures in [1] show that the notch details investigated are only marginally less favorable than those of non-galvanized structures and can only be classified as lower by a maximum of one notch group according to DIN EN 1993-2 or DIN EN 1993-1-9. Comparative calculations for a medium-span road bridge also show that this results in no or only a slight increase in the weight of the steel structure in the case of hot-dip galvanized bridges, and that the life-cycle costs can be significantly reduced by using hot-dip galvanizing as a long-lasting corrosion protection. In the present research project, the investigations carried out in [1] are continued in order to create a comprehensive solution for bridge construction. Especially when con-sidering the transverse system and also the construction method with high load-bear-ing steel box girders, notch case categories <80 become relevant. These have not yet been tested with hot-dip galvanizing. With the aim to work out the still missing technical and scientific basics for the general use of hot-dip galvanizing of steel girder and steel box girder bridges on the basis of DIN EN 1993 and DASt guideline 022, a suitable test program will be established. The planned research is required to promote a holistic solution for hot-dip galvanized steel and composite bridges, an innovative, sustainable bridge construction method. This includes, in addition to conducting fatigue tests of hot-dip galvanized notch details, a fundamental consideration of the causes for the reduction in fatigue strength of hot-dip galvanized steel members. In addition to an-swering this open question on the influence of microstructure effects, attention was also paid to the design. By testing on a transversely stiffened system containing the usual design details of a hollow steel box section, design and execution recommenda-tions can be determined.