Konzeption, FE-Analyse und Optimierung von Steckverbindungen für den Stahlbau mit dem Ziel der computergesteuerten Laser-Fertigung
In Zeiten einer zunehmenden Umweltdynamik infolge eines anwachsenden Fachkräftemangels sowie eines verschärften wirtschaftlichen Wettbewerbs im Bauwesen geraten Unternehmen vermehrt unter Druck. Durch die Digitalisierung von Bauwerkslebenszyklen bieten sich neue Möglichkeiten für innovative und wirtschaftliche Lösungen in der Planung sowie Fertigung von Bauwerken und Bauteilen. Hier eröffnen sich besonders im Stahlbau durch seinen hohen Vorfertigungsgrad große Potenziale. So können z. B. durch neuartige Detailausbildungen im Stahlbau fertigungstechnische und wirtschaftliche Vorteile erzielt werden. Schweißverbindungen stellen in der Werkstattfertigung seither die vorherrschende Verbindungsart dar. Für dessen Ausführung wird jedoch die digitale Prozesskette durch manuelles Einrichten und Schweißen in der Regel unterbrochen, da Schweißroboter in der Werkstattfertigung bisher eine Ausnahme darstellen. Dementsprechend sind für die Herstellung von Schweißkonstruktionen speziell ausgebildete Facharbeiter erforderlich, welche für Unternehmen zunehmend schwieriger zu rekrutieren sind. Zur Erreichung einer kontinuierlichen digitalen Fertigungsprozesskette soll folglich im Rahmen dieser Ausarbeitung untersucht werden, ob ausgewählte Schweißverbindungen im Stahlbau durch digital gefertigte Steckverbindungen substituiert werden können.
Das Ziel der Ausarbeitung ist die Entwicklung und Optimierung digital fertigbarer Steckverbindungen, welche als Ersatz für ausgewählte konventionelle Schweißverbindungen im Stahlbau dienen können. Hierzu werden Grundlagen für die Umsetzung von konventionellen Stahlbauverbindungen sowie von Steckverbindungen und relevante Praxisbeispiele für Steckverbindungen im Stahlbau erläutert. Es werden Fertigungstechniken in Form von Fräsen, Plasma- und Laserschneiden vorgestellt, welche für die Herstellung von Steckverbindungen herangezogen werden können.
Im Rahmen der Arbeit werden zwei unterschiedliche konzeptionierte Steckverbindungen beschrieben: ein Stützen-Riegel-Anschluss sowie ein Zugstabanschluss an eine Stütze. Der betrachtete Zugstabanschluss wird in der Folge in mehreren Schritten zur FE-Analyse und Optimierung herangezogen. Der Autor dokumentiert und erläutert die Fertigung einer Steckverbindung.