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Laser beam and laser-GMAW-hybrid welded joints made of high-strength fine-grained structural steels – part 2: fatigue strength. Innovative welding processes, such as laser beam and laser-GMAW-hybrid welding, offer advantages over conventional gas metal arc welding (abbr.: GMAW) processes due to a reduced heat input during the welding of high-strength fine-grained structural steels. The materials, with nominal yield strengths of up to 1300 MPa, are already being used in mobile crane construction and related industries, particularly in telescopic booms. So far, both conventionally welded and laser beam welded joints have been avoided in highly-stressed areas of load-bearing structures. For the latter, in particular, this is due to a lack of experience and design rules. To counter this, part 1 presented the basics of laser beam and laser hybrid welding processes, welding tests and a characterisation of butt welds (visual, dye penetration and X-ray tests as well as transverse tensile tests and hardness field measurements). This article (part 2) focuses the fatigue strength of these welded joints made of the high-strength fine-grained structural steels S960MC, S1100M, S1100QL and S1300QL. The properties under cyclic loading are quantified for the details butt joint with and without different sheet thicknesses as well as for longitudinal stiffeners. In particular, the laser beam welded joints show a high fatigue strength with a remarkably low scatter of the individual test results. Based on the fatigue test results, fatigue classifications for the nominal stress concept are derived and design recommendations are presented.

Laser beam and laser-GMAW-hybrid welded joints made of high-strength fine-grained structural steels – part 1: procedure and weld characterisation. In the case of fine-grained structural steels with the currently highest nominal yield strengths of up to 1300 MPa, the execution of high-quality welded joints represents a particular challenge. Innovative welding processes, such as laser beam and laser hybrid welding, show high application potential, but have only rarely been used due to a lack of experience so far. This article, therefore, presents a weld characterisation carried out on four different materials (S960MC, S1100M, S1100QL, S1300QL) and two welding process variants (laser beam welding without filler metal, laser-GMAW-hybrid welding). The investigations of butt welds include visual, dye penetration and X-ray tests as well as transverse tensile tests and hardness field measurements. The weld zones show remarkably small dimensions and only moderate softening, which is particularly concentrated in the tempering zone. Exceptions are the joints of the S1100M, where no softening is observed in the tempering zone.

Ziel des Forschungsprojekts "Ganzheitliche Bewertung von Stahl- und Verbundbruecken nach Kriterien der Nachhaltigkeit (NaBrue)" ist es, die Auswirkungen verschiedener empirisch hergeleiteter Instandhaltungsstrategien zu vergleichen. Im Vordergrund der Untersuchung stehen Strassenbruecken mit kurzer bis mittlerer Spannweite. Als Vergleichskonstruktionen dienen eine Autobahnueberfuehrung und zwei Durchlauftraegerbruecken. Die Grundlage fuer die Untersuchungen bildet eine Abfrage der Datenbank SIB-Bauwerke (SIB-Strasseninformationsdatenbank) zu vier verschiedenen Brueckentypen im Brueckenbestand des Bundes. Ergaenzend zu dieser Abfrage wurden Informationen zu Fahrbahnuebergaengen und Brueckenlagern erhoben und ausgewertet. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag bei der Herleitung der Dauer von Erneuerungszyklen verschiedener Brueckenkomponenten. Exemplarisch werden dazu die Analysen fuer die Bauteilgruppe der Fahrbahnuebergaenge erlaeutert und die Schwierigkeiten bei der Behandlung der aus SIB-Bauwerke stammenden Daten herausgestellt. Die Erhaltungszeitraeume der Einzelfaelle streuen mit 17 Jahren bis 43 Jahren sehr stark, sodass auch der sich ergebende Mittelwert von 25 Jahren fuer Fahrbahnuebergaenge nur bedingt brauchbar ist. Beruecksichtigt man ueber die Abfrage der Datenbank hinaus auch neuere Fahrbahnuebergangskonstruktionen, so ist ein Erneuerungszyklus von etwa 33 Jahren zu erwarten. Bezueglich ganzer Brueckenbauwerke werden drei verschiedene Instandsetzungsstrategien untersucht: Praeventivstrategie, zustandsbestimmende Strategie und gezielte Alterung. Diese drei Strategien weichen sowohl in der Haeufigkeit als auch im Umfang von Erhaltungs- und Instandsetzungsmassnahmen deutlich voneinander ab und fuehren somit zu grossen Unterschieden im qualitativen Schaedigungsverlauf ueber die Nutzungsdauer. Bei der Praeventivstrategie wird auf jede Verschlechterung des Zustands zeitnah reagiert. Dies ergibt ueber die gesamte Nutzungsdauer (angenommen zu 100 Jahren) einen moeglichst guten Zustand, fuehrt aber auch zu einer Haeufung von Erhaltungs- und Instandsetzungsmassnahmen waehrend der Nutzungszeit. Bei der zustandsbestimmenden Strategie buendelt man die Massnahmen so, dass nur zwei Mal waehrend der Nutzungszeit Erhaltungs- und Instandsetzungsmassnahmen durchzufueheren sind. Im Forschungsvorhaben wird dabei von einer Durchfuehrung der gebuendelten Massnahmen nach 33 Jahren beziehungsweise 66 Jahren ausgegangen. Waehlt man als Strategie die gezielte Alterung, so werden Massnahmen nur durchgefuehrt, wenn diese unbedingt notwendig sind. Folge dieser Strategie ist eine Haeufung der Erhaltungs- und Instandsetzungsmassnahmen mit zunehmendem Alter, verbunden mit hoeheren Kosten und einer deutlich niedrigeren Nutzungsdauer als bei den anderen Strategien. Im Rahmen der vorgestellten Untersuchungen wird bei dieser Strategie von einem Ersatz des kompletten Ueberbaus nach 50 Jahren ausgegangen. Fuer alle drei untersuchten Instandsetzungsstrategien werden fuer die Bauwerkskomponenten Korrosionsschutz und Fahrbahnbelag Erneuerungszyklen vorgegeben. Kosten fuer die einzelnen Strategien werden noch nicht geliefert und auch keine qualitative Bewertung, aber die angegebenen Erneuerungszyklen koennen weiteren Untersuchungen mit unterschiedlichen Zielrichtungen zugrunde gelegt werden. Ein Anwendungsbeispiel stellt die vorlaeufigen Ergebnisse der Oekobilanzierung an einem Referenzbauwerk vor. Verglichen werden bei diesem Beispiel die zustandsbestimmende Strategie und die Strategie der gezielten Alterung. Hierbei bildet die zustandsbestimmende Strategie das Grundszenario, da es der heutigen Praxis am naechsten kommt. Oekologische Untersuchungen sind im Rahmen von Nachhaltigkeitsbewertungen nur einer von mehreren Aspekten. Andere zu untersuchende Aspekte sind direkte und indirekte Kosten (zum Beispiel beim Nutzer anfallende Kosten durch Staubildung an Baustellen) und auch weitere soziale Gesichtspunkte. ABSTRACT IN ENGLISH: The consideration of all impacts during the life cycle of a bridge is essential for sustainability analyses. For this purpose maintenance scenarios based on of renewal cycles for all components of a bridge - i.e. bearings, expansion joints, caps, etc. - have to be defined. In this article three maintenance strategies for Germany are derived from an empirical database. This database is analyzed to develop input parameters which can be used for sustainability analyses. Concluding, two strategies are applied to a reference bridge and evaluated by using the method of life cycle assessment, as one part of sustainability analyses.