Forschungsbereich Stahlbau | Institut für Tragkonstruktionen

Technische Universität Wien

Absturz eines Dreigurtfachwerkträgers

Lösung von Sonderproblemen - Wirklichkeitsnahe Beanspruchungen beim Absturz eines Dreigurtfachwerkträgers

Unfall-Szenario

Auf der Baustelle der Neuen Messe Stuttgart ereigne­te sich am 21.02.2006 ein tragischer Unfall bei Montagearbeiten an der Hochhalle. Die Hochhalle wird die größte Halle der Messe mit einer Höhe von 24m und 144 auf 156 m Grundfläche, s. Abb. 1.

Abb. 1: Hochhalle der neuen Messe Stuttgart mit Dreigurtfachwerk. (Quelle: www.landesmesse.de, Zugriff: Jänner 2007)

Die Haupttragkonstruktion besteht im Wesentlichen aus massiven Dreigurtfachwerkträgern (Breite: 8 m, Höhe: 9 m) aus Hohlprofilen, die auf A-förmigen Stützenböcken gelagert sind. Beim Einheben eines ca. 175 t schweren Montageteils des Trägers mit einem schweren Autokran und einem Raupenkran passierte das Unglück: Der Raupenkran verlor plötzlich das Gleichgewicht und kippte um, worauf das Fachwerk in einer Drehbewegung zu Boden stürzte und auf einen Ausleger des Autokrans aufprallte. Nach dem Unfall bot sich das in Abb. 2 dargestellte Bild. 

Abb. 2: Situation nach dem Absturz des Trägers

Nach der Bergung stellte sich die Frage, ob der Träger gefahrlos wiederverwendet werden kann.  Neben einer eingehenden Untersuchung auf mögliche Schäden verlangte die Bauherrnschaft auch einen theoretischen Nachweis, dass die Tragsicherheit für eine weitere Verwendung noch gegeben ist. Dieser Aufgabe widmete sich das Institut für Tragkonstruktionen, Abteilung Stahlbau, der TU Wien.

 

Rekonstruktion des Unfalls und Nachweiskonzept

Die Nachweise zur Wiederverwendbarkeit für diesen außergewöhnlichen Lastfall wurden auf zwei Ebenen geführt:

     

  • Global Ebene: Nachweis der Fachwerkstäbe und der Regelknoten
  • Lokale Ebene: Nachweis des Knotens unmittelbar an der Aufprallstelle

Die Beanspruchbarkeit des Fachwerks wurde mit Ist-Werten für die Geometrie (Abmessungen am Objekt) und das Material (Prüfzeugnisse) berechnet.

Eine wichtige Voraussetzung zur Nachweisführung war die genaue Rekonstruktion des Unfallherganges, s. Abb. 3. Zufälligerweise war zum Zeitpunkt des Unfalls ein Amateurfilmer auf der Baustelle, der den Absturz mit einer Videokamera aufzeichnete. Auf Grundlage der Montagepläne und einer Analyse des Videos gelang es, die Fallzeit und daraus mit nichtlinearen Bewegungsdifferentialgleichungen die Fallbewegung und die Aufprallgeschwindigkeit des Fachwerks abzuschätzen: Sie lag zwischen 33 und 44 km/h.

Abb. 3: Rekonstruktion des Unfalls mit Hilfe von Video und Plänen

Mechanische Modelle zur Erfassung des Absturzes

Die Rekonstruktion der Falldynamik erfolgte mit einfachen mechanischen Modellen für das Fachwerk. Über den Energieerhaltungssatz und die Lagrangeschen Bewegungsgleichungen wurden die Fallbewegung und die Aufprallgeschwindigkeit formuliert. Der Aufprall wurde mechanisch als "Stoß" beschrieben und die daraus resultierenden Kräfte wurden für eine statische Berechnung des Fachwerks angesetzt, Abb. 4.

 

 

Abb. 4: Erstellung von mechanischen Modellen zur Berechnung der Aufprallkräfte

FEM-Analysen zur Erfassung des Absturzes

Umfangreiche FE-Analysen dienten zur Kontrolle der einfachen mechanischen Modelle und zur Simulation von Detailproblemen wie z. B. dem Knoten an der Aufprallstelle. Darüber hinaus konnten zahlreiche nichtlineare Effekte (Materialnichtlinearitäten, Verschiebungen der Stempelpunkte des Autokrans, große Verformungen etc.) erfasst werden.

In einem Gesamtmodell wurde der komplette Absturzvorgang des Fachwerkträgers mit Aufprall auf die "Kranspinne" des Autokrans simuliert, Abb. 5.

 

 

Abb. 5: FE-Modelle zur Simulation des Absturzvorganges

Ein detailliertes Modell des Knotenpunktes an der Aufprallstelle lieferte wichtige Informationen über die lokale Beanspruchung der Profile und Schweißnähte, Abb. 6.

 

Abb. 6: FE-Modell: Ausschnitt aus dem Knoten an der Aufprallstelle mit Aussteifung

Ergebnis der Untersuchungen

Zur Bestätigung der Wiederverwendbarkeit des Fachwerkträgers wurden einerseits Rissprüfungen der Nähte und des Grundmaterials durchgeführt - es wurden keine Risse festgestellt. Andererseits konnte mit den Ergebnissen der theoretischen Untersuchungen ein rechnerischer Nachweis der Wiederverwendbarkeit geführt und erbracht werden.

 

Veröffentlichungen

J. Fink, T. Mähr:
"Wirklichkeitsnahe Beanspruchungen beim Absturz eines Dreigurtfachwerkträgers der Neuen Messe Stuttgart";
Vortrag: 29. Stahlbauseminar 2007 der Bauakademie Biberach, TU Wien (24.02.2007) und Neu-Ulm (16.02.2007); in: "29. Stahlbauseminar 2007", Bauakademie Biberach (Hrg.); 140. Band (2007), ISSN: 1615-4266; S. 1 - 61.

 

Rückfragen: Fink, Mähr

www.stahl.tuwien.ac.at