Hohle Stahlprofile: Typen, Standards, Designeigenschaften und modulare Brückenanwendungen

Hohle Stahlprofile, in Nordamerika oft als Hohlprofile (HSS) und in Europa als Hohlprofile bezeichnet, sind Stahlelemente mit geschlossenem Querschnitt, die in quadratischer, rechteckiger und kreisförmiger Form hergestellt werden. Man findet sie in Brückenträgern, Gebäudesäulen, Krankonstruktionen, Sendemasten, provisorischen Bauwerken und modularen Stahlbrücken. Der einfachste Weg, ihren Vorteil zu erkennen: Ein quadratisches Hohlprofil mit der gleichen Höhe und der gleichen Stahlmasse wie eine warmgewalzte HEA- oder IPE-Säule liefert typischerweise einen um etwa 20 bis 30 Prozent größeren Trägheitsradius, was das Knickrisiko direkt verringert und die nutzbare axiale Tragfähigkeit erhöht, ohne dass Stahl hinzugefügt werden muss. Diese Zahlen stammen aus öffentlich veröffentlichten Profileigenschaftentabellen, wie sie beispielsweise in Eurocode 3-Entwurfsbeispielen und Standard-Mühlenkatalogen verwendet werden. In diesem Artikel werden die wahren Unterschiede zwischen quadratischen, rechteckigen und kreisförmigen Hohlprofilen erläutert, wie sich das mechanische Verhalten durch den Herstellungsprozess ändert, welche Materialnormen gelten, wie man Profileigenschaften liest, wie Hohlprofile in modularen Stahlbrückenprodukten verwendet werden, wie der Korrosionsschutz spezifiziert wird und was auf einer Beschaffungscheckliste stehen muss, bevor Sie eine Bestellung aufgeben.

Die direkte Antwort auf die häufigste Frage lautet: Wählen Sie ein quadratisches Hohlprofil, wenn Sie eine vorhersehbare Biegesteifigkeit und saubere Verbindungen benötigen, wählen Sie ein rechteckiges Hohlprofil, wenn eine Richtung die Last dominiert, wählen Sie ein kreisförmiges Hohlprofil, wenn Lasten aus jeder Richtung eintreffen können, und bestätigen Sie immer den Herstellungsweg und die Materialqualität, bevor Sie Preise vergleichen. Der Herstellungsweg beeinflusst die Eigenspannung, die Zähigkeit und die im Entwurf verwendete Knickkurve und ist daher nicht nur ein Produktionsdetail.

Was sind Hohlstahlprofile? Typen und Grundformen

Stahlhohlprofile werden aus einem flachen Stahlband oder einem erhitzten Rundbarren zu einem geschlossenen Querschnitt ohne freie Kanten geformt. Die drei Standardfamilien sind quadratische Hohlprofile (SHS), rechteckige Hohlprofile (RHS) und kreisförmige Hohlprofile (CHS). Jede Familie hat einen eigenen tragenden Charakter, daher besteht der erste Schritt jedes Auswahlprozesses darin, die Querschnittsform an die vorherrschende Lastart anzupassen.

Ein Hohlprofil wird durch seine Familie, Außenmaß(e) und Wandstärke bezeichnet, zum Beispiel SHS 150 x 150 x 8 oder RHS 200 x 100 x 6,3. In der europäischen Praxis sind die Fertigungs- und Toleranzanforderungen für warmgefertigte Profile in EN 10210 und für kaltgeformte geschweißte Profile in EN 10219 angegeben. In der nordamerikanischen Praxis ist ASTM A500 immer noch die gebräuchlichste Spezifikation für geschweißte Hohlprofile aus Kohlenstoffstahl, während ASTM A1085 zunehmend dort spezifiziert wird, wo engere Toleranzen und konstante Zähigkeit erforderlich sind. In China deckt GB/T 6728 viele kaltgeformte geschweißte Hohlprofile ab. Zu wissen, nach welcher Norm Ihr Projekt geprüft wird, ist ebenso wichtig wie die Kenntnis der Stahlsorte.

So werden Hohlstahlprofile hergestellt

Der Herstellungsweg verändert den inneren Spannungszustand, die Lage der Schweißnaht, die Eckengeometrie und das Materialverhalten unter Druck und Ermüdung. Zwei Profile mit identischen Außenabmessungen können sich unterschiedlich verhalten, wenn eines warmbearbeitet und das andere kaltverformt wird, es handelt sich also nicht um eine rein akademische Unterscheidung.

1. Warmumformung (Strecke EN 10210): Der Stahl wird über die Rekristallisationstemperatur erhitzt, in eine runde oder quadratische Form gebracht und bei einer Temperatur fertiggestellt, die die meisten Umformspannungen abbaut. Das Ergebnis ist eine gleichmäßigere Mikrostruktur, geringere Eigenspannungen und eine bessere Zähigkeit in den Ecken, was das Knickverhalten einer Stütze mit den gleichen Nennabmessungen verbessern kann.
2. Kaltumformung aus Band (EN 10219 oder ASTM A500 Route): Ein Flachband wird zu einem runden Rohr kaltgewalzt, durch Hochfrequenz-Induktionsschweißen geschlossen und anschließend in quadratische oder rechteckige Formen gewalzt. Die Kaltumformung erhöht die Streckgrenze in den Ecken aufgrund der Kaltverfestigung, hinterlässt aber auch höhere Eigenspannungen und die Bemessungsregeln behandeln den Abschnitt bei Beulnachweisen unterschiedlich.
3. Warmumformung nach dem Schweißen: Einige Werke normalisieren oder vergüten das geschweißte Rohr, um die Duktilität und Konsistenz wiederherzustellen. Dies kombiniert die geringeren Kosten einer streifenbasierten Produktion mit einem günstigeren inneren Spannungszustand, allerdings ist die Verfügbarkeit eingeschränkter und die Vorlaufzeiten länger.

Für eine Brückenkomponente, die wiederholten Nutzlasten ausgesetzt ist, ist ein warmbearbeiteter oder normalisierter Abschnitt häufig der sicherere Ausgangspunkt, da die Ermüdungsfestigkeit stark von der Schweißnaht und den Spannungskonzentrationen in den Ecken abhängt. Für temporäre Arbeiten, Lehrgerüste, Bühnen und ermüdungsfreie Konstruktionen ist ein kaltgeformter Abschnitt in der Regel ausreichend und wirtschaftlicher. Der Preisunterschied zwischen kaltgeformten und warmgefertigten Abschnitten gleicher Größe liegt je nach Markt und Wandstärke typischerweise im Bereich von 5 bis 10 Prozent, der Leistungsunterschied bei einer ermüdungsbelasteten Verbindung kann jedoch viel größer sein.

Stahlsorten und -standards, die wichtig sind

Die folgende Tabelle fasst die üblicherweise für Stahlhohlprofile verwendeten Normen und die damit verbundenen Materialgütenfamilien zusammen. Die häufigste technische Entscheidung ist zwischen S235, S275 und S355 in Europa und zwischen ASTM A500 Grade B und Grade C in Nordamerika.

Stellen Sie beim Vergleich von Angeboten verschiedener Mühlen sicher, dass Standard, Qualität und Schlaganforderung in derselben Zeile stehen. Ein häufiger Fehler besteht darin, ein kaltgeformtes S275-Profil allein aufgrund des Preises mit einem warmgefertigten S355-Profil zu vergleichen. Der kaltgeformte Abschnitt kann pro Tonne günstiger sein, aber der warmgefertigte Abschnitt kann eine dünnere Wand und ein leichteres Element in einer Säulenkonstruktion ermöglichen, was die fertige Struktur oft billiger macht, wenn man die Kosten pro Meter installierter Struktur und nicht pro Tonne Rohmaterial vergleicht.

Abschnittseigenschaften, die das Tragwerksdesign vorantreiben

Beim Öffnen eines Hohlprofilkatalogs kommt es nicht nur auf die Außenmaße an, sondern auch auf die Zahlen. Die folgenden Eigenschaften werden von einem Bauingenieur verwendet, um Festigkeit, Steifigkeit und Stabilität zu überprüfen. Sie sollten nur zwischen Abschnitten derselben Herstellungsroute und Materialqualität verglichen werden.

Besondere Aufmerksamkeit verdient der Trägheitsradius. Bei einer festen Querschnittsfläche verteilt ein quadratisches oder kreisförmiges Hohlprofil das Material weiter vom Schwerpunkt entfernt als ein offenes I-Profil mit derselben Fläche, was den Trägheitsradius erhöht und das Schlankheitsverhältnis für eine gegebene Elementlänge verringert. Vereinfacht ausgedrückt kann eine Hohlsäule länger oder dünner sein als eine Säule mit offenem Querschnitt, bevor die Knickung die Konstruktion bestimmt. Aus diesem Grund dominieren Stahlhohlprofile bei Hochhausstreben, Gittertürmen und modularen Brückensystemen, die als große vorgefertigte Bauteile transportiert und mit minimalem Baustellenaufwand errichtet werden müssen.

Torsion ist der zweite praktische Vorteil. Ein offenes I-Profil verteilt die Torsionsspannung ineffizient und erfordert häufig zusätzliche Aussteifungen oder einen geschlossenen Kasten, der durch Zusammenschweißen von Platten hergestellt wird. Ein quadratisches oder rechteckiges Hohlprofil widersteht einer Verdrehung direkt durch seine geschlossene Wand. Bei einer Brückenbauplattform, einem freitragenden Stützrahmen oder einer anderen Struktur, die Wind aus wechselnden Richtungen erhält, reduziert dieses geschlossene Querschnittsverhalten die Menge an zusätzlichem Aussteifungsstahl, der benötigt wird.

Hohlprofile in modularen Stahlbrücken und schweren Strukturen

Modulare Stahlbrücken sind ein gutes Beispiel dafür, wie Stahlhohlprofile in der Praxis eingesetzt werden. Eine typische Bailey-Brücke oder modulare Brücke in Paneelbauweise basiert auf hochfesten, stiftverbundenen Fachwerkpaneelen für ihre Hauptträger, das umgebende Struktursystem verwendet jedoch eine große Anzahl von Hohlprofilen für Querträger, seitliche Aussteifungen, Windgurte, Brüstungen, Handläufe und Verbindungselemente. Die Hauptträgerelemente sind häufig keine Hohlprofile, da sie für eine schnelle Montage verstiftet und standardisiert werden müssen. Allerdings werden die Nebenträger und der gesamte Tragrahmen einer Modulbrücke häufig aus SHS- und RHS-Profilen hergestellt, da sie den Seitenkräften und Torsionsmomenten standhalten, die beim Überqueren der Brücke durch schwere Fahrzeuge auftreten.

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Die Beziehung zwischen Hohlprofilen und Modulbrücken funktioniert in beide Richtungen. Einerseits nutzt das Brückensystem selbst geschlossene Profile für seine Tragstruktur und Schwerlastträger, weshalb sich hochbelastbare Modulbrücken nicht nur an der Fachwerktiefe, sondern auch an der geschlossenen Queraussteifung und den lastverteilenden Elementen messen lassen. Andererseits sind hohle Stahlprofile das Ausgangsmaterial für viele vorgefertigte Brückenkomponenten, darunter Fußgängerbrücken, Pipeline-Stützbrücken, temporäre Rampen und Zufahrtsbrücken aus Stahl. Wo eine Brücke korrosionsbeständig und leicht zu transportieren sein muss, verringert der geschlossene Querschnitt die äußere Oberfläche pro Festigkeitseinheit, sodass bei gleicher Leistung weniger Farbe oder Verzinkung verbraucht wird. Für einen Überblick darüber, wie Spezifikationen und Lastdaten in einer standardmäßigen modularen Brücke gehandhabt werden, sind der Tragfähigkeitsleitfaden und die Systemvergleichshinweise nützliche Ausgangspunkte, bevor Sie sich auf eine Abschnittsgröße festlegen. Bei größeren Kreuzungen erhöht die CB-200-Serie die Paneelfestigkeit und ermöglicht größere Spannweiten. Die vierreihigen verstärkten Versionen zeigen, wie modulare Systeme die gleichen Hohlprofil-Aussteifungsprinzipien mit einer höheren Fachwerkkapazität kombinieren.

Bei größeren Brückenkonstruktionen tragen Hohlprofile die Windaussteifung des Unterdecks und der oberen Queranlage. Für die Gurtstäbe von Gitterträgern wird häufig ein rechteckiges Hohlprofil verwendet, da flachwandige Profile Schweißverbindungen vereinfachen. Die Konstruktionsregeln für Gitterbrücken behandeln den geschlossenen Abschnitt günstiger als einen offenen Winkel oder Kanal, wenn das Element Druck und Biegung in zwei Richtungen ausgesetzt ist. In einigen schweren Brückenrahmen werden mit Beton gefüllte runde Hohlprofile als Stützen verwendet, die die hohe Druckfestigkeit von Beton mit der begrenzenden Wirkung des Stahlrohrs kombinieren, wodurch die Betondruckfestigkeit unter axialer Belastung im Vergleich zu demselben Beton in einer unbewehrten Stütze um etwa 10 bis 20 Prozent erhöht wird. Diese Verbesserung ist in internationalen Bestimmungen zur Konstruktion von Verbundsäulen dokumentiert.

Entwurfsüberlegungen für Hohlprofilelemente

Die korrekte Verwendung eines Hohlprofils erfordert das Verständnis von vier Bemessungsbereichen: Querschnittsklasse, Wahl der Knickkurve, Verbindungsverhalten und lokale Lasteinleitung. Wenn einer dieser Punkte falsch ist, kann ein effizientes Hohlprofil in ein unsicheres Profil verwandelt werden.

Querschnittsklasse und lokale Knickung

Die Wandstärke eines Hohlprofils bestimmt dessen Querschnittsklasse. Ein Abschnitt der Klasse 1 kann ein plastisches Scharnier entwickeln, ein Abschnitt der Klasse 2 kann sein plastisches Moment erreichen, ein Abschnitt der Klasse 3 erreicht zwar die Fließgrenze, aber nicht das plastische Moment, und bei einem Abschnitt der Klasse 4 kommt es zu lokalem Knicken, bevor die Streckgrenze erreicht wird. Daher muss eine effektive Fläche oder ein effektives Abschnittsmodul verwendet werden. Die Grenzen werden normalerweise als Grenze für das Verhältnis von Breite zu Dicke der flachen Wand ausgedrückt. Als praktische Regel gilt, dass ein quadratisches Hohlprofil mit einer Wandstärke von etwa 5 Prozent des Außenmaßes angenehm im kompakten Bereich für S355-Stahl bleibt. Bei einem dünnwandigen rechteckigen Abschnitt wird das Grenzverhältnis der flachen Breite durch die Länge der längeren flachen Wand bestimmt, nicht durch den Durchschnitt der beiden Richtungen.

Knickkurve und Herstellungsweg

Der Herstellungsweg beeinflusst die bei der Konstruktion verwendete Knickkurve. Warmgefertigte Hohlprofile weisen im Allgemeinen eine günstigere Beulkurve auf als kaltumgeformte Profile gleicher Nennfestigkeit, da sich durch den Umformprozess die Form der Eigenspannungsverteilung und der Eckstreckgrenze ändert. Dieser Unterschied ist vor allem bei Stützen mittlerer Schlankheit von Bedeutung, bei denen die Knickfestigkeit beim warmgefertigten Bauteil zwischen 5 und 15 Prozent höher ist. Bei einer langen Modulspanne kann die Verwendung von warmgefertigten Abschnitten die erforderliche Wandstärke gerade so weit reduzieren, dass sowohl die Materialkosten als auch das Transportgewicht gesenkt werden.

Gelenkverhalten in Fachwerken

Bei einem Fachwerk aus quadratischen oder rechteckigen Hohlprofilen wird die Verbindungskapazität normalerweise durch die Durchstanzkraft der Gurtwand und nicht durch die Schweißnaht bestimmt. Ein in einem moderaten Winkel ankommendes Aussteifungselement erzeugt eine ovale Spannungszone auf der Sehnenfläche. Die Entwurfsprüfung muss bestätigen, dass die Gurtfläche die örtliche Kraft aufnehmen kann. Bei einem kreisförmigen Hohlprofil tritt das gleiche Problem mit einem gleichmäßigeren Spannungsfluss auf, weshalb CHS-Verbindungen manchmal einfacher für hohe Axiallasten zu konstruieren sind, auch wenn das Schneiden und Einpassen runder Rohre in der Herstellung teurer ist. Bei modularen Brückenaussteifungen aus Hohlprofilen führt die Verwendung einer neuen Verbindungskonstruktionsmethode zu weniger Knotenblechen und einer einfacheren Fertigung.

Einführung in die lokale Last

Ein Hohlprofil kann einer großen konzentrierten Belastung durch ein Lager, einen Stift oder ein anderes Element ausgesetzt sein. Die geschlossene Wand verformt sich lokal, wenn die Last über eine zu kleine Fläche eingeleitet wird. Bei hohen Auflagekräften sollte der Abschnitt auf örtliches Nachgeben geprüft und ggf. durch innenliegende Membranen oder eine stärkere Wandung im Anschlussbereich verstärkt werden. Genau hier zeigen die CB-450- und Schwerlastsysteme ihre Vorteile: Die schwereren geschlossenen Profile und verstärkten Platten sind darauf ausgelegt, die konzentrierten Kräfte einer belasteten LKW-Achse oder einer Kranlast aufzunehmen.

Wenn ein Hohlprofil mit Beton gefüllt wird, verbessern sich sowohl der Feuerwiderstand als auch die lokale Tragfähigkeit erheblich. Der Betonkern verhindert, dass sich die Stahlwand nach innen knickt, und das Stahlrohr begrenzt den Beton, wodurch eine Verbundsäule eine viel höhere axiale Tragfähigkeit erhält als die Summe ihrer Teile. Gefüllte CHS-Säulen sind Standard im Hochhausbau und werden immer häufiger in schweren Brückenpfeilern und temporären Stütztürmen eingesetzt. Bei temporären Brückenunterkonstruktionen kann ein mit Beton gefülltes Hohlprofil nach dem Entleeren des Betons wiederverwendet werden. In der Praxis bleibt die gefüllte Säule jedoch meist an Ort und Stelle, da das Schneiden des Stahls zum Entfernen des Betons nicht wirtschaftlich ist.

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Korrosionsschutz und Oberflächenbehandlung

Ein Stahlhohlprofil korrodiert von außen und bei nicht versiegelten Enden auch von innen. Das gebräuchlichste Schutzsystem für Brücken und schwere Bauwerke im Freien ist die Feuerverzinkung, bei der das gefertigte Bauteil gereinigt, mit Flussmittel behandelt und in geschmolzenes Zink getaucht wird. Der Zinküberzug bildet eine metallurgisch gebundene Schicht, die sowohl Barriereschutz als auch kathodischen Schutz an Kratzern und Schnittkanten bietet. Gemäß der weit verbreiteten Verzinkungsspezifikation ISO 1461 beträgt die minimale durchschnittliche Beschichtungsdicke für Stahl mit einer Dicke von mehr als 6 mm etwa 85 Mikrometer, und ein typisches Brückenelement mit einer Wandstärke von 8 bis 10 mm erhält zwischen 85 und 115 Mikrometer Zinkbeschichtung. In Meeresumgebungen verlängert ein Duplexsystem aus Verzinkung und einer Farbdeckschicht das Wartungsintervall auf etwa das Zwei- bis Dreifache gegenüber einer alleinigen Lackierung.

Es gibt eine anhaltende Debatte darüber, ob vor oder nach der Fertigung verzinkt werden soll. Bei vielen Hohlprofilkonstruktionen ist die Verzinkung nach dem Schweißen und Bohren die richtige Lösung, da jede Schnittkante, jedes Bohrloch und jede Schweißnaht mit Zink überzogen wird. Wenn der Abschnitt vor der Fertigung verzinkt wird, verlieren die Schweißbereiche ihr Zink und müssen mit einem dicken, zinkreichen Anstrich ausgebessert werden. Auch beim Verzinken benötigt das Hohlprofil Belüftungslöcher: Innen- und Außendruck müssen ausgeglichen werden, damit das heiße Gas im Inneren das Zink nicht herausdrückt und keine Explosionsgefahr besteht. Ein häufiges Detail sind zwei kleine Löcher in der Nähe der Enden eines geschlossenen Abschnitts, die so positioniert sind, dass kein Regen eindringen und sich im Rohr ansammeln kann.

Für Anwendungen, bei denen eine Verzinkung aufgrund von Größe, Temperatur oder Kosten nicht praktikabel ist, ist ein Zweikomponenten-Lacksystem mit einer zinkreichen Grundierung eine Alternative. Die Oberfläche muss nach einem hohen Standard vorbereitet werden, beispielsweise durch Strahlen mit einem Reinheitsgrad von Sa2,5 und einer Oberflächenrauheit von etwa 40 bis 80 Mikrometern. Die Gesamtdicke des Lacksystems für eine C3- oder C4-Atmosphärenumgebung liegt im Allgemeinen im Bereich von 160 bis 240 Mikrometern, abhängig vom Beschichtungslieferanten und der erwarteten Lebensdauer. In stark korrosiven Umgebungen wie Küstenbrücken oder Tunneln ist witterungsbeständiger Stahl eine weitere Option. Geschweißte geschlossene Abschnitte aus witterungsbeständigem Stahl erfordern jedoch sorgfältige Beachtung des Schweißzusatzmetalls und der Details der Wasserfalle, da eingeschlossenes Wasser die schlimmste Art von Korrosion innerhalb eines geschlossenen Profils verursacht.

Bei vorgefertigten Brückenprodukten werden häufig verzinkte Hohlprofile eingesetzt. Die verzinkte Oberfläche schützt das Element während des Transports, der Lagerung vor Ort und der Montage, genau dann, wenn blanker Stahl die meisten Beschädigungen und Rostflecken erleidet. Eine werkseitig aufgebrachte Zinkbeschichtung bedeutet zudem, dass auf der Baustelle lediglich ein Ausbesserungsanstrich an den Schraubverbindungen erforderlich ist. Die verzinkte Version der Modulbrücke und maßgeschneiderte verzinkte Brückenlösungen zeigen, wie geschlossene Edelstahlprofile oder verzinkte Hohlprofile zu einem Gesamtbrückenpaket mit einer angestrebten Lebensdauer von 50 Jahren oder mehr kombiniert werden können. Ein praktischer Punkt: Wenn ein verzinktes Hohlprofil vor Ort geschweißt werden muss, verliert die Schweißzone ihren Zinkschutz, daher sollte der Bereich direkt nach dem Schweißen gereinigt und erneut mit zinkhaltigem Lack beschichtet werden.

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Beschaffungscheckliste für Projektingenieure

Der häufigste Beschaffungsfehler bei Stahlhohlprofilen besteht darin, ein Standardwerksprodukt zu bestellen, ohne die Details festzulegen, die die strukturelle Leistung steuern. Die folgende Checkliste deckt die Punkte ab, die in jede Kaufspezifikation für Stahlhohlprofile aufgenommen werden sollten.

• Bestätigen Sie zunächst den Herstellungsweg. Schreiben Sie, ob warmbearbeitet, kaltgeformt oder normalisiert akzeptabel ist. Erlauben Sie keinen Austausch ohne eine Designprüfung.
• Geben Sie den Standard und die Note genau an. Zum Beispiel EN 10219 S355J2H, ASTM A500 Grade C oder GB/T 6728 Q355B. Überprüfen Sie vor der Abnahme die entsprechenden Qualitäten im Mühlentestdokument.
• Korrigieren Sie die Toleranzen. Außenmaße, Wandstärke, Geradheit und Abschnittslänge wirken sich alle auf die Fertigungsanpassung aus. Eine Geradheitsabweichung von 0,2 Prozent der Länge ist eine übliche Anforderung für strukturelle Hohlprofile, bei Projekten mit hohen Toleranzen können jedoch 0,1 Prozent erforderlich sein.
• Geben Sie die Oberflächenvorbereitung an. Definieren Sie für Lacksysteme den Strahlstandard und die Rauheit. Bestätigen Sie bei verzinkten Bauteilen die Anforderungen an die Beschichtungsdicke und ob die Innenlöcher erforderlich sind.
• Definieren Sie den Fertigungsumfang. Bestimmen Sie, ob der Lieferant auf Länge schneidet, Fasen vorbereitet, Löcher bohrt und Endplatten schweißt. Jeder hinzugefügte Vorgang ändert den Prüfplan und die Kosten.
• Listen Sie die Inspektionsanforderungen auf. Geben Sie für Brückenbauteile die Schweißnahtklasse und den Umfang der zerstörungsfreien Prüfung an. Bei einer routinemäßigen Gebäudestruktur können visuelle Kontrollen erforderlich sein, während bei einer Fußgängerbrücke oder einem schweren Stützgerüst möglicherweise eine Ultraschall- oder Magnetpulverprüfung kritischer Schweißnähte erforderlich ist.
• Überprüfen Sie die Endabdichtungsdetails. Entscheiden Sie, ob Hohlprofile versiegelte Enden oder Entwässerungslöcher benötigen. Dieses kleine Detail verhindert innere Korrosion und Frost-Tau-Schäden in exponierten Strukturen.
• Vergleichen Sie Angebote zu den Installationskosten, nicht zum Preis pro Tonne. Ein etwas teurerer warmgefertigter S355-Abschnitt ermöglicht möglicherweise ein kleineres Element, weniger Versteifungen und aufgrund des geringeren Gewichts einen günstigeren Transport.

Stellen Sie im Brückenkontext außerdem sicher, dass die Profilabmessungen zu dem von Ihnen verwendeten Modulsystem passen. Ein um 5 mm zu breiter Außengurt kann die Anschlussgeometrie der gesamten Elementlinie stören. Am sichersten ist es, die Hohlprofilgrößen aus der Dokumentation des Brückensystems auszuwählen, in der die Verbindungsabstände und Bolzendurchmesser bereits festgelegt sind.

Häufig gestellte Fragen zu Hohlstahlprofilen

Was ist der Unterschied zwischen SHS, RHS und CHS?

SHS ist ein quadratisches Profil mit gleicher Breite und Höhe, RHS ist ein rechteckiges Profil mit zwei unterschiedlichen Außenabmessungen und CHS ist ein kreisförmiges Profil. SHS wird für Stützen und Momentverbindungen bevorzugt, RHS wird für Balken und Elemente mit einer starken Achse bevorzugt und CHS wird für Stützen bevorzugt, die aus jeder Richtung belastet werden, Seepfähle und architektonische freiliegende Strukturen. Die Wahl beeinflusst die Verbindungskosten, die Biegeeffizienz und den Torsionswiderstand.

Sind Hohlprofile günstiger oder teurer als I-Profile?

Hohlprofile kosten im Allgemeinen mehr pro Tonne als warmgewalzte I-Profile, da der Umformprozess zusätzliche Energie verbraucht. Bei einer Stütze oder einem Bauteil, die in zwei Richtungen belastet werden, kann ein Hohlprofil mit derselben Kapazität jedoch 10 bis 30 Prozent weniger wiegen, sodass die gesamten Herstellungskosten niedriger sein können. Der Kostenvergleich muss immer anhand der Kosten für die installierten Elemente erfolgen, einschließlich Herstellung, Transport, Oberflächenbehandlung und Anschlüsse.

Kann ein Stahlhohlprofil als Biegebalken verwendet werden?

Ja. Ein rechteckiges Hohlprofil ist ein sehr guter Träger, wenn die Belastung hauptsächlich in eine Richtung erfolgt, da die tiefe Profilform eine hohe Momentenfestigkeit und die geschlossene Wand eine Torsionsstabilität bietet. Quadratische und kreisförmige Profile werden auch als Träger in Gitterträgern und Rahmen verwendet, ihre Biegeeffizienz ist jedoch geringer als die eines entsprechend breiten RHS, da das Material in Biegerichtung nicht so weit von der neutralen Achse entfernt ist.

Was ist die Querschnittsklasse bei der Hohlprofilkonstruktion?

Die Querschnittsklasse ist ein Klassifizierungssystem, das definiert, wie weit ein Element reichen kann, bevor in seinen Wänden lokale Knicke auftreten. Klasse 1 ermöglicht die plastische Analyse und Kunststoffscharniere, Klasse 2 die plastische Momentenfestigkeit, Klasse 3 nur die elastische Momentenfestigkeit und Klasse 4 die Berechnung einer effektiven Fläche. Die Klasse wird hauptsächlich durch das Verhältnis von Breite zu Dicke der flachen Wände und die Streckgrenze des Stahls bestimmt. Vereinfacht ausgedrückt gilt: Je dicker die Wand im Verhältnis zur Breite, desto höher ist die Klasse und desto mehr Biegekapazität kann genutzt werden.

Wie dick sollte die Wand eines Hohlprofils sein?

Bei einer typischen quadratischen Säule in einem Gebäude beträgt die Wandstärke häufig zwischen 4 und 8 Prozent der Außenabmessung. Bei einem rechteckigen Träger beträgt die Wandstärke normalerweise zwischen 3 und 6 Prozent der größeren Abmessung. Eine dünnere Wand ist zulässig, wenn der Abschnitt der Klasse 3 oder 4 entspricht, die Konstruktion wird jedoch aufgrund der verringerten effektiven Breite weniger effizient. Eine Wandstärke unter 3 mm wird in primären Brückenkonstruktionen selten verwendet, da sie beim Schweißen anfällig für lokale Beschädigungen und geometrische Unvollkommenheiten ist.

Benötigt ein Hohlprofil Entwässerungslöcher?

Ja, wenn der Abschnitt der Witterung ausgesetzt ist. Ein abgedichtetes Hohlprofil fängt Kondenswasser und Wasser ein, das durch gebrochene Nähte oder nicht ordnungsgemäß abgedichtete Schweißnähte eindringt. Internes Wasser verursacht Korrosion von innen und kann beim Einfrieren zum Platzen des Rohrs führen. Entwässerungslöcher mit einem Durchmesser von etwa 10 bis 15 mm an den Tiefpunkten ermöglichen das Entweichen von Wasser und minimieren gleichzeitig den Verlust an Querschnittsfläche. Wenn ein Hohlprofil als nach außen freiliegendes Bauteil mit Verzinkung verwendet wird, werden die Belüftungslöcher auch während des Verzinkungsprozesses selbst benötigt.

Sind Stahlhohlprofile für Modulbrücken geeignet?

Ja. Bei modularen Plattenbrücken werden in großem Umfang geschlossene Profile für Nebenelemente, Aussteifungen, Brüstungen und Stützrahmen verwendet. Die hohe Torsionsfestigkeit eines geschlossenen Profils ist wertvoll, um seitlichen Windlasten und Lastexzentrizitäten standzuhalten. Darüber hinaus reduzieren geschlossene Abschnitte die Oberfläche und damit die Beschichtungskosten, was bei einem großen Fertigbrückenpaket von Bedeutung ist. Die Hauptträgergurte einer Standard-Bailey-Brücke bestehen nicht aus Hohlprofilen, da die Stiftverbindungskonstruktion auf gepressten Stahlplatten basiert. Bei den tragenden Elementen und den schwerer tragenden Varianten werden jedoch geschlossene Profile verwendet, um höhere Tragfähigkeiten zu erreichen. Die Leitfaden zur Tragfähigkeit der Bailey-Brücke erklärt, wie das System an Spannweiten- und Lastanforderungen angepasst wird.

Hohlstahlprofile sind kein einzelnes Produkt, sondern eine Familie von Strukturlösungen, die mit der gleichen Sorgfalt ausgewählt, spezifiziert und geschützt werden müssen wie jedes andere technische Bauteil. Der Herstellungsweg, die Materialqualität, die Wandstärke und die Oberflächenbehandlung beeinflussen jeweils die endgültige Kapazität, Haltbarkeit und Installationskosten. Bei einer Säule bietet ein rechteckiges oder quadratisches Hohlprofil eine bessere Knickfestigkeit als ein offenes Profil mit derselben Masse. Bei einem Fachwerk reduzieren Hohlprofile die Windfläche und vereinfachen die Verbindungen. Bei einer Brücke, die Witterungseinflüssen und wiederholten Belastungen ausgesetzt ist, widerstehen verzinkte geschlossene Abschnitte Korrosion und Ermüdung besser als die meisten offenen Abschnitte. Wenn Sie ein Stahlhohlprofil spezifizieren, beginnen Sie mit dem Entwurfsszenario, bestätigen Sie den Herstellungsweg und die Qualität und vergleichen Sie dann die Installationskosten pro Funktionseinheit. Diese Sequenz führt zu konsistenten Ergebnissen für Gebäude, temporäre Bauwerke, schwere Stützkonstruktionen und modulare Brücken.