Forschungsschwerpunkte

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

Eine detaillierte Übersicht zu den daraus entstandenen Publikationen und Vorträgen finden Sie im Abschnitt Forschungsleistungen.

Betriebsfestigkeit

Im Bereich der Betriebsfestigkeit werden experimentelle und theoretische Untersuchungen auf mehreren Ebenen durchgeführt. Ein wesentliches Kernelement der experimentellen Forschung stellt die 400kN Resonanzprüfmaschine (Pulsator) dar. Diese ermöglicht die Durchführung umfangreicher Versuchsserien an relevanten Ermüdungsdetails. Die statistisch abgesicherte Datenbasis dient als Grundlage für theoretische Untersuchungen, bzw. findet direkt Einzug in praxisrelevante Problemstellungen als Teil der Auftragsforschung.

Im konstruktiven Stahlbau handelt es sich oftmals um geschweißte Bauteile. Um den Bereich der üblicherweise vereinfacht dargestellten Schweißnahtgeometrie zu erfassen, wird mittels 3D-Scanner die tatsächliche Geometrie erfasst und den weiteren Untersuchungen zugrunde gelegt. Aus den Forschungsergebnissen werden Verbesserungsvorschläge und Erweiterungen für das sehr umfangreich einsetzbare Kerbdehnungskonzept erarbeitet und zur Verfügung gestellt. Selbiges gilt für die spannungsbasierten Konzepte (Nenn-, Struktur, Kerbspannungskonzept), die mittlerweile Einzug in die neue Ausgabe der EN 1993-1-9 gefunden haben.

Im Zuge eines Forschungsprojektes wurden in Kooperation mit der ÖBB Untersuchungen zu den tatsächlichen Einwirkungen auf Eisenbahnbrücken durchgeführt. Basis hierfür waren Messdaten der ÖBB an einer Vielzahl an Stahlbrücken. Aufgrund der tatsächlichen Einwirkungen, konnten verbesserte Voraussagen zur Lebensdauer, bzw. zu den Lebenszykluskosten gemacht werden. 

Quelle: Lang R. (2025): Fatigue life prediction of welded steel components based on geometric scan data, Steel Construction 18/2.

Stabilitätsverhalten von Bauteilen

Im Bereich des Stabilitätsverhaltens von Bauteilen werden Untersuchungen zum Biegedrillknicken und zum Plattenbeulen durchgeführt. Beim Biegedrillknicken liegt der Schwerpunkt auf der Weiterentwicklung der neuen Methoden der EN 1993-1-1. Beim Plattenbeulen liegt der Fokus auf der Aufarbeitung, Interpretation und Weiterentwicklung der Bemessungskonzepte der EN 1993-1-5. Des Weiteren wurden Untersuchungen zum numerisch gestützten Beulnachweis mit der FEM durchgeführt, insbesondere zum Ansatz der Imperfektionen im Hinblick auf die neue Norm EN 1993-1-14.

Neuere Forschungsarbeiten beschäftigten sich mit der praktischen Anwendung der Methode der reduzierten Spannungen. Aufgrund umfangreicher Parameterstudien wurden kritische Laststeigerungsfaktoren für beliebige Lastsituationen ermittelt und in Form eines frei zugänglichen neuronalen Netzes bereitgestellt. Ebenso konnte das sogenannte RRD-Konzept aus der Schalenbeulforschung in modifizierter Form auf die Problemstellungen des Plattenbeulens angewendet werden.

Ein aktuelles Forschungsprojekt beschäftigt sich mit dem Stabilitätsverhalten von Beulfeldern mit nicht durchlaufenden Längssteifen (Non Continuous Stiffening). Bei dieser Bauweise laufen die Längssteifen nicht bis zum Querträger der Platte, sondern enden bereits etwas vorher, was fertigungstechnisch erhebliche Vorteile bringt. Aufgrund der bisherigen Forschungsergebnisse wurde ein Bemessungkonzept für auf Druck beanspruchte Bauteile bereitgestellt.

Quellen:

• Timmers R., Schwienbacher M., Lener G. (2019): Untersuchungen zur Interpretation des Beulnachweises nach der Methode der reduzierten Spannungen, Stahlbau 88/5.
• Lukas I., Timmers R., Ropele M., Lang R. (2023): Experimental investigation on stiffened plates with non-continuous longitudinal stiffeners ending within the panel, Thin-Walled Structures, 193/111260.

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 numerischen Methode wird mittels linearer Optimierungsalgorithmen der ungünstigste Versagensmechanismus aus einer großen Anzahl möglicher Versagensmechanismen einer Struktur gefunden. Die DLO wurde ursprünglich für Problemstellungen aus der Geotechnik entwickelt, in weiterer Folge aber auch für die Anwendung im Stahlbetonbau und zur Berechnung der Tragfähigkeit gemauerter Bögen erweitert.

Am Arbeitsbereich wurde die Methode auf typische Probleme des Stahlbaus angewendet, u.a. zur Lösung beliebiger T-Stummel Modelle in Übereinstimmung mit EN 1993-1-8. Aufgrund weiterer Untersuchungen konnten Eurocode-konforme Bemessungsmodelle für nicht in der Norm geregelte Anschlusskonfigurationen entwickelt werden, wie z.B. für runde und rechteckige Hohlprofilanschlüsse. 

Quelle: Timmers R., Lang R. (2023): Bemessungsvorschlag für geschraubte, polygonale Endplatten bei runden Hohlprofilen unter Zug. Stahlbau 92/12.

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.

Bei architektonisch anspruchsvolleren Anwendungen können auch gebogene Glasscheiben zur Anwendung kommen. Handelt es sich dabei um Verglasungen mit absturzsichernder Funktion, so muss diese mittels Pendelschlagversuch nachgewiesen werden. Da experimentelle Pendelschlagversuche an gebogenen Glasscheiben sehr kostenintensiv sein können, wurden im Zuge der Forschung umfangreiche numerische Pendelschlagversuche an gebogenen Scheiben durchgeführt. Die Ergebnisse wurden für eine schnelle und einfache Bemessung in Form eines frei zugänglichen neuronalen Netzes aufgearbeitet. 

Quellen:

• 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.
• Timmers R., Lukas I., Lang R. (2026): Neural networks for the pendulum test with twin-tire impactor on flat and cylindrically curved glass panels, Glass Structures & Engineering 11/3.

Auftragsforschung

Der Arbeitsbereich fungiert auch als Ansprechpartner für die Wirtschaft bei der Bearbeitung praxisnaher Forschungsfragen. Bei experimentellen Tätigkeiten erfolgt die Bearbeitung ggf. 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.