Beulsicherheit schalenartiger Stahlkonstruktionen aus austenitischen Stählen bei erhöhten Temperaturen am Beispiel axialgedrückter Kreiszylinderschalen

Austenitische, rostfreie Stähle werden zunehmend beim Bau von Chemieanlagen, Behältern und Kraftwerken eingesetzt. Rauchgas führende Innenrohre von Doppelmantelschornsteinen sind für Betriebstemperaturen bis zu 500 °C auszulegen. Für schalenartige Bauteile aus austenitischem, nicht rostendem Stahl, die solch hohen Temperaturen ausgesetzt sind, gibt es keine speziellen Vorschriften zum Sicherheitsnachweis gegen Schalenbeulen. Deshalb erfolgten numerische Grenzlastanalysen sowie 43 Beulversuche an axial gedrückten Modellkreiszylindern. Versuchsparameter waren die Stahlsorte, die Betriebstemperatur und die Schalenschlankheit. Im Ergebnis der Versuche und der 6 000 Finite-Elemente-Beulanalysen an baupraktisch imperfekten Kreiszylinderschalen liegen Näherungsformeln vor. Sie dienen der Ermittlung des von der Temperatur und Schlankheit abhängigen Edelstahl-Beulreduktionsfaktors. Mit diesem ist die Bemessungsbeulspannung des jeweiligen Regelwerks für allgemeine schalenförmige Stahlbauten zu reduzieren. Das Nachweisverfahren verzichtet auf fiktiv reduzierte Elastizitätsmoduli wie sie DIN 4133:1991-11 »Schornsteine aus Stahl« angibt und ist auf alle austenitischen, nicht rostenden Stähle bei Temperaturen bis 500 °C anwendbar. Es scheint vertretbar zu sein, die Nachweisprozedur auch bei den Stabilitätsfällen »Schalenbeulen unter Umfangsdruck« und »Schalenbeulen unter Torsion« anzuwenden.