Terrassenbruch und Z-Güte im Brückenbau: Ursache, Bestellung, Zeugnis
Wie entsteht ein Terrassenbruch?
Bleche werden gewalzt. Laut dem Brückenbau-Leitfaden P185 des britischen Steel Construction Institute (SCI) sind Einschlüsse und Ungleichmäßigkeiten im Blech dadurch im Wesentlichen flächig und liegen parallel zur Oberfläche; der Werkstoff ist anisotrop, seine mechanischen Eigenschaften sind nicht in allen Richtungen gleich. Die üblichen Lieferbedingungen wie EN 10025-2 legen laut P185 Eigenschaften senkrecht zur Blechebene nicht fest.
Wird ein solches Blech über aufgeschweißte Bauteile in Dickenrichtung gezogen, kann sich ein Riss von Einschluss zu Einschluss fortpflanzen; im Englischen heißt dieser Schaden „lamellar tearing“. Die Hauptursache sind laut P185 sehr hohe Spannungen senkrecht zur Blechebene, weil die Schrumpfung der Schweißnaht behindert wird. Der Riss zeigt sich meist während oder kurz nach dem Abkühlen der Nähte; durch die spätere Belastung entsteht er selten, solange er nicht schon angelegt ist oder Dopplungen vorhanden sind. Die SCI-Veröffentlichung P432 beschreibt denselben Mechanismus: Der Bruch liegt unter der Naht, begünstigt durch langgestreckte Einschlüsse parallel zur Oberfläche und eine geringe Verformbarkeit des Blechs in Dickenrichtung.
Für die Bemessung von Anschlüssen hält DIN EN 1993-1-8 fest, dass die Terrassenbruchgefahr in der Regel zu beachten ist, und verweist für Hinweise auf EN 1993-1-10 (Abschnitt 4.1 (4) und (5)).
Diese Seite bezieht sich auf ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 „Stahlbau“, Stand 2023/12 (Gesamtfassung 2026/01), der für Stahlbauten und Stahlbauteile des Stahlverbundbaus gilt; auf EN 10025-2:2019, die technischen Lieferbedingungen für warmgewalzte unlegierte Baustähle; auf EN 1090-2:2018+A1:2024 mit den technischen Anforderungen an die Ausführung von Stahltragwerken; auf EN 1090-1:2009+A1:2011 (DIN EN 1090-1:2012-02), das Konformitätsnachweisverfahren für tragende Bauteile; und auf DIN EN 1993-1-8:2010-12, die Bemessung von Anschlüssen. EN 10164 (aktuell DIN EN 10164:2018-12) und EN 1993-1-10 lagen für diese Seite nicht im Volltext vor; was hier über sie steht, ist als Wiedergabe einer benannten Quelle gekennzeichnet.
Was ist die Z-Güte?
Z-Güte ist die übliche Kurzform für Stahl mit verbesserten Verformungseigenschaften senkrecht zur Erzeugnisoberfläche. Die Lieferbedingungen dafür stehen in EN 10164 „Stahlerzeugnisse mit verbesserten Verformungseigenschaften senkrecht zur Erzeugnisoberfläche — Technische Lieferbedingungen“. Sie ist keine eigene Stahlsorte, sondern eine Zusatzanforderung zur Produktnorm: EN 10025-2 sieht in Abschnitt 7.3.3 vor, dass Flach- und Langerzeugnisse eine der Anforderungen nach EN 10164 erfüllen, wenn das bei der Bestellung vereinbart wird (Option 4). EN 1090-1 verlangt in Abschnitt 5.4: Werden für Stahlprodukte Eigenschaften in Dickenrichtung gefordert, sind sie nach den Güteklassen der EN 10164 festzulegen.
EN 10164 kennt laut SCI-Leitfaden P185 (Ausgabe 2015, bezogen auf EN 10164:2004) drei Güteklassen: Z15, Z25 und Z35; ein SCI-Fachbeitrag von 2019 nennt dieselben drei Klassen. Gemessen wird im Zugversuch in Dickenrichtung, die Zahl steht laut P185 für die geforderte mittlere Brucheinschnürung in Prozent. Je größer die Brucheinschnürung, desto geringer ist die Gefahr eines Terrassenbruchs. Gilt EN 10164 für eine Lieferung, erhält der Betrieb laut P185 einen feinkörnigen Stahl mit niedrigerem Schwefelgehalt als bei üblichen Baustählen und einer zugesicherten Verformbarkeit in Dickenrichtung.
Die aktuelle Ausgabe EN 10164:2018 (in Deutschland DIN EN 10164:2018-12, ersetzt DIN EN 10164:2005-03) gilt laut den Katalogtexten des estnischen Normungsinstituts EVS und der British Standards Institution für Flach- und Profilerzeugnisse aus vollberuhigten Stählen (ausgenommen nicht rostende Stähle) mit einer Nenndicke von 15 bis 400 mm und einer Mindeststreckgrenze bis 960 MPa; andere Dicken lassen sich laut BSI bei der Bestellung vereinbaren.
Kreuzstöße, Lagersteifen, Querträger: wo die Gefahr liegt
Im Brückenbau entstehen die kritischen Stellen dort, wo große Nähte auf die Oberfläche eines dicken Blechs gesetzt werden und dessen Schrumpfung behindert ist. Der SCI-Leitfaden P185 nennt ausdrücklich:
- Kreuzstöße mit großem Kraftfluss durch das durchlaufende Blech, etwa bei integralen Querträgern, und Teile, die gegen die Nahtschrumpfung eingespannt verschweißt werden.
- Lagersteifen: Sitzen Steifen auf beiden Seiten des Stegs, entsteht ein Kreuzstoß, der beim Schweißen Einspannung erzeugt und zu Terrassenbruch führen kann; durchgeschweißte Stumpfnähte am Steg sind dort laut P185 kaum nötig und unerwünscht, Kehlnähte reichen meist aus. Für kritische Details wie Anschlüsse von Lagersteifen an den Steg nennt P185 eine Ultraschallprüfung vor der Fertigung als Vorsichtsmaßnahme.
- Eckstöße: Ob die Nahtvorbereitung am richtigen Blech sitzt, entscheidet mit; wird das obere Blech angearbeitet, schneidet die Vorbereitung die meisten flächigen Fehlstellen.
Als konstruktive Gegenmittel beschreibt P185: bei einem Kreuzstoß das dickere Blech durchlaufen lassen und das dünnere daran anschweißen, durchgeschweißte Nähte vermeiden, wo es geht — Kehlnähte und nicht durchgeschweißte Nähte machen seltener Probleme — und, wo Details mit hohen Spannungen in Dickenrichtung nicht vermeidbar sind, nach dem Schweißen örtlich per Ultraschall auf Risse prüfen. Das Muster-Leistungsverzeichnis P382 des SCI für Brücken empfiehlt, Z-Güte bei Kreuz-, T- und Eckstößen zu erwägen, aber nur dort zu verlangen, wo sie nötig ist, und die betroffenen Bereiche in den Zeichnungen anzugeben.
Wann wird Z-Güte bestellt?
Ist die ZTV-ING Teil 4 vertraglich vereinbart, gibt Abschnitt 1 Nr. 3 (7) zwei Regeln vor: Die erforderliche Z-Güte ist statisch nachzuweisen. Und für Flachstähle mit Werkstoffdicken ab 15 mm sind für tragende Bauteile von Straßenbrücken mindestens Stähle mit der zusätzlichen Anforderung Z15 zu verwenden. Ob ein Bauteil eine höhere Klasse braucht, ergibt sich also aus dem statischen Nachweis. Tragende Bauteile von Brücken sind nach Nr. 1 (3) alle Tragwerksteile, die nicht zu den sekundären Konstruktionselementen nach DIN EN 1993-2 gehören.
Ein Punkteverfahren, mit dem sich die erforderliche Z-Güte aus mehreren Einflussgrößen des Schweißanschlusses ermitteln lässt, enthält laut SCI-Veröffentlichung P432 die EN 1993-1-10. Dieses Verfahren und seine Werte geben wir hier nicht wieder, weil der Normtext für diese Seite nicht vorlag.
Für die Bestellung zählt: Nach EN 10025-2 Abschnitt 5.2 liefert das Werk nach der Grundspezifikation, wenn der Besteller keine Option angibt. Die Z-Güte kommt also nur, wenn sie ausdrücklich bestellt wird. ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 3 (9) verlangt, technisch notwendige Materialeigenschaften wie verbesserte Eigenschaften in Dickenrichtung (Z-Güte) bei der Bestellung zu vereinbaren und in den Abnahmeprüfzeugnissen anzugeben. Das Lieferprogramm des Grobblechherstellers Dillinger etwa führt Z-Eigenschaften nach EN 10164 als Zusatzanforderung nach Vereinbarung.
Dopplungen und Ultraschallprüfung
Von der Z-Güte zu unterscheiden sind größere flächige Fehlstellen im Blech, die Dopplungen. Laut P185 lassen sie sich mit Ultraschall finden; Zulässigkeitsgrenzen stehen in EN 10160. Die sehr kleinen Einschlüsse, an denen ein Terrassenbruch entlangläuft, zeigt die Ultraschallprüfung dagegen kaum — ihre Wirkung erfasst der Zugversuch in Dickenrichtung nach EN 10164.
EN 10025-2 regelt die Ultraschallprüfung als eigene Option: Für Flacherzeugnisse ab 6 mm Nenndicke (ausgenommen warmgewalztes Band und daraus geschnittenes Blech) wird die Freiheit von inneren Fehlern nach EN 10160 geprüft, wenn das bei der Bestellung vereinbart ist (Abschnitt 7.6 und 10.3, Option 6). Nach P185 schließt eine Bestellung nach EN 10164 eine Ultraschallprüfung auf flächige Fehlstellen mit ein; der Volltext von EN 10164 lag für diese Seite nicht vor, die Bestellung sollte das deshalb ausdrücklich klären.
Was ins Zeugnis gehört
- Art des Zeugnisses: EN 1090-2 Tabelle 1 verlangt für Baustähle über S275 ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204, bis S275 eine Bescheinigung 2.2 (3.1, wenn bei Streckgrenze 275 MPa die Kerbschlagarbeit unter 0 °C geprüft ist). Die Art der Bescheinigung gibt der Besteller nach EN 10025-2 Abschnitt 5.1 f) mit der Bestellung an.
- Z-Güte im Zeugnis: Ist Z-Güte vereinbart, ist sie im Abnahmeprüfzeugnis anzugeben (ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 3 (9)).
- Vorlage: Die Abnahmeprüfzeugnisse sind dem Auftraggeber vor Beginn der Fertigung vorzulegen (Nr. 3 (11)).
- Rückverfolgbarkeit: Für tragende Bauteile von Brücken verlangt die ZTV-ING eine Rückverfolgbarkeit von der Lieferung bis zur Übergabe, bezogen auf die Abnahmeprüfzeugnisse und die einzelnen Positionen (Nr. 3 (2)). EN 1090-2 fordert für EXC3 und EXC4 ebenfalls, dass Bauprodukte von der Annahme bis zur Übergabe nach dem Einbau rückverfolgbar sind.
Wie die Dokumentation der Stahlbaufertigung gegliedert ist, regelt ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 8. Werkstoffzeugnisse nach EN 10204 lassen sich in BrückenNorm der Charge und Position zuordnen.
Was im Einzelfall gilt, steht in den Vertragsunterlagen des Bauvorhabens. Über die erforderliche Z-Güte und die Abnahme der Werkstoffnachweise entscheidet die zuständige Stelle.
BrückenNorm läuft auf StahlNorm.