Auf den ersten Blick scheinen Schweißen und Erdbeben weit voneinander entfernt zu sein: Das eine ist eine in industrieller Fertigung und im Stahlbau eingesetzte Fügetechnologie, das andere ein durch Bewegungen der Erdkruste verursachtes Naturphänomen. Bei näherer Betrachtung besteht jedoch ein sehr enger Zusammenhang, insbesondere im Hinblick auf das Bauwesen und die Sicherheit von Stahlkonstruktionen.
Die Rolle von Konstruktionsschweißungen bei Erdbeben
Erdbebensichere Gebäude, Brücken, Tragwerke und Rohrleitungen sind alles Konstruktionen, die durch Schweißverbindungen zusammengefügt werden. Bei einem Erdbeben entstehen enorme dynamische Kräfte, die jedes Element der Konstruktion beanspruchen, insbesondere Verbindungen und Knoten. Schlecht ausgeführte Schweißungen oder ungeeignete Verfahren können ein erhebliches Risiko darstellen und sogar zu katastrophalen Tragwerksversagen führen.
Historische Lehren: Northridge (1994) und Kobe (1995)
Das Northridge-Erdbeben 1994 in Kalifornien und das Kobe-Erdbeben 1995 in Japan gingen unter anderem deshalb in die ingenieurwissenschaftliche Literatur ein, weil zahlreiche moderne Stahlkonstruktionen beschädigt wurden. Detaillierte Untersuchungen zeigten, dass das Verhalten geschweißter Knoten für das Tragverhalten entscheidend war. Risse und Sprödbrüche in Schweißnähten sowie eine unzureichende Energieaufnahme trugen zu den Schäden bei.
Schweißtechnische Antworten auf seismische Herausforderungen
Auf Grundlage der Erfahrungen kam es zu mehreren technologischen und regulatorischen Änderungen:
- Verbesserte Elektroden und Schweißzusatzwerkstoffe: Es wurden Werkstoffe entwickelt, die eine höhere Zähigkeit und auch bei niedrigen Temperaturen eine bessere Rissbeständigkeit bieten.
- Vorwärmen und Wärmebehandlung: Für eine geeignete Wärmeführung und Spannungsreduzierung sind genau geregelte Vorwärmtemperaturen erforderlich, beispielsweise nach EN 1011-1.
- Qualifizierte Schweißer und qualifizierte Verfahren: Für Konstruktionen in seismischen Umgebungen gelten besondere Anforderungen an Schweißverfahrensprüfungen (WPAR) und Schweißerprüfungen (WPQR).
- Zerstörungsfreie Prüfungen (NDT): Ultraschall-, Röntgen- oder magnetische Prüfungen können verdeckte Fehler aufdecken, die im Normalbetrieb unkritisch erscheinen, bei einem Erdbeben jedoch schwerwiegende Folgen haben können.
Zusammenfassung: Schweißen ist bei Erdbeben ein Schlüsselfaktor
Erdbebensicheres Bauen hängt nicht nur von der Planung ab; die Qualität der Ausführung ist mindestens ebenso wichtig. Eine Schweißung ist nicht nur eine einfache Verbindung, sondern eines der kritischsten Elemente der strukturellen Integrität. Ein kleiner Riss in einer Naht kann das schwächste Glied einer ganzen Konstruktion sein. Bei geschweißten Konstruktionen in erdbebengefährdeten Gebieten muss daher neben der richtigen Planung auch der hochwertigen Schweißtechnik besondere Aufmerksamkeit gelten.
Literaturquellen
- Karapetrou, M. E., Cizel, I. J. L. (2020). Seismic Design of Steel Structures. Elsevier.
- FEMA (1995). Performance of Welded Steel Moment Frames in the 1994 Northridge Earthquake. FEMA-347.
- AISC (2010). Design of Welded Steel Structures for Seismic Resistance. AISC.
- Ferreira, G. A. S., Silva, M. P. S. (2017). Seismic Resilience of Structures: New Trends in the Seismic Design of Steel Buildings. Springer.
- Lippold, J. C., Kotecki, D. J. (2005). Welding Metallurgy and Weldability of Stainless Steels. Wiley-Interscience.
- Van Stiphout, C. L. D., Zaat, M. B. C. H. M. (2014). Handbook of Seismic Risk Analysis and Management of Civil Infrastructure Systems. CRC Press.
