Ersatzimperfektionen für den numerischen Beulsicherheitsnachweis stählerner Kreiszylinderschalen

Der Eurocode 3 [EN 1993-1-6: 2007] bietet neben dem klassischen Beulsicherheitsnachweis auch zwei numerisch gestützte Nachweisverfahren an. Hierbei stellt die geometrisch und materiell nichtlineare Analyse der imperfekten Struktur (GMNIA) das komplexere und realistischere, aber dementsprechend auch das aufwendigere Verfahren dar. Die größte Herausforderung bei dessen Anwendung besteht in der Wahl der geometrischen Ersatzimperfektionen, welche sämtliche die Traglast mindernden Einflüsse der realen Struktur in geeigneter Weise im Finite-Element-Modell widerspiegeln sollen. Einführend wird ein Überblick über den Problemkreis des Beulverhaltens von Kreiszylinderschalen mit Fokus auf den Einfluss von Imperfektionen gegeben sowie bisher veröffentlichte Beulversuche unter dem Gesichtspunkt der Bewertung vorhandener Imperfektionen neu ausgewertet. Im Hauptteil der Arbeit wird zunächst gezeigt, dass die Regelungen im aktuellen Eurocode [EN 1993-1-6: 2007] bezüglich der numerischen Beulsicherheitsnachweise stählerner Kreiszylinderschalen noch nicht in allen Fällen geeignet sind, eine sichere und wirtschaftliche Anwendung zu gewährleisten. Den Schwerpunkt der Untersuchungen bildet die Wahl einer geeigneten geometrischen Ersatzimperfektion für die geometrisch und materiell nichtlineare Analyse der imperfekten Kreiszylinderschale (GMNIA). Zu diesem Problemkreis werden zunächst die in der Literatur für die Grundbeulfälle sowie für kombinierte Beanspruchungsarten verwendete Imperfektionsformen dargestellt und bewertet. Für jeden der drei Grundbeulfälle wird gezeigt, dass eigenformaffine Imperfektionen, welche in [EN 1993-1-6: 2007] als Standardform vorgeschrieben werden, grundsätzlich ungeeignet sind. Als geeigneter erweisen sich quasi-kollapsaffine Imperfektionen, also Formen, die sich am Versagensmuster realer Schalen orientieren, aber nicht auf diese beschränkt sind.