AWS D1.1 Fatigue Stress Categories Erklärt — A Through F
AWS D1.1:2025 Abschnitt 4.17 mit Tabelle 4.5 ordnet Details in acht Spannungsbereichs-Kategorien ein: A, B, B*, C, D, E, E* und F. Jede hat ihren eigenen konstanten C_f und Schwellenwert F_TH, die den zulässigen zyklischen Spannungsbereich festlegen. Dies sind nicht die Vorwärmungs-Kategorie A bis G in Tabelle 5.11 oder die Grundwerkstoffgruppe I-V in Tabelle 5.6.
Zwei „Kategorien“ in D1.1 — verwechseln Sie diese nicht: Tabelle 5.11 verwendet die Vorwärmungs-Kategorie A bis G (prozessspezifische Unterteilungen der vorqualifizierten Vorwärmungs-Nachschlagetabelle; D1.1:2025 hat die Kategorien E, F und G zu den ursprünglichen A–D hinzugefügt). Tabelle 4.5 verwendet die Ermüdungsspannungsbereichs-Kategorie A/B/B*/C/D/E/E*/F, um die Ermüdungsfestigkeit von Nahtdetails zu bewerten. Sie teilen sich Buchstabenbezeichnungen, beziehen sich aber auf verschiedene Regelwerksebenen. Diese Seite behandelt Tabelle 4.5. Grundwerkstoffgüten sind separat in Gruppen I–V in Tabelle 5.6 gruppiert; siehe die D1.1 Kurzübersicht.
Tabelle 4.5 vs. Tabelle 5.11 — Die zwei „Kategorien“ in D1.1
AWS D1.1:2025 verwendet das Wort „Kategorie“ für zwei völlig unabhängige Konzepte. Die Überschneidung verursacht mehr Verwirrung als fast jede andere Terminologieüberschneidung im Regelwerk:
- Preheat Kategorie A through G (
Table 5.11): per-process subdivisions of the Vorqualifiziert Vorwärmung lookup. Category A is SMAW with other-than-Niedrigwasserstoff electrodes; Category B is SMAW with low-hydrogen electrodes plus SAW, GMAW, and FCAW. The original A–D system was extended in D1.1:2025 to A–G covering newer process and steel combinations (see the D1.1:2025 changes guide for the E/F/G addition). Used together with the steel Group I–V classification inTable 5.6(governed by§ 5.3Grundwerkstoff) to look up Minimum preheat per Table 5.11, plus filler metals perTable 5.7and essential variables perTable 5.5. - Fatigue stress range Category A through F (
Section 4.17+Table 4.5+Figure 4.16): rates the fatigue strength of welded joint details. Category A is plain base metal away from welds. Category E* is the most-penalized configuration. Determines the allowable stress range a detail can carry over the design cycle count.
Die beiden Systeme sind nicht aufeinander abbildbar. A572 Gr 50 in Stahlgruppe I (Tabelle 5.6), geschweißt mit Niedrigwasserstoff-SMAW (Vorwärmungs-Kategorie B in Tabelle 5.11) am Nahtübergang einer querliegenden Kehlnaht an einem Zugflansch, fällt in die Ermüdungs-Kategorie C in Tabelle 4.5 — drei unabhängige Buchstabenbezeichnungen für drei unabhängige Entscheidungen an der gleichen physischen Naht. Die Vorwärmungs-Kategorie bestimmt die Werkstatttemperatur; die Ermüdungs-Kategorie bestimmt die Detailbemessung und die Rissinitiierungslebensdauer. Diese Seite behandelt die zweite — Tabelle 4.5.
So finden Sie die Kategorie Ihres Details
Gemäß Abschnitt 4.17.2 darf der berechnete Spannungsbereich F_SR, berechnet aus den Formeln (4-12) bis (4-19), nicht überschreiten. Das Verfahren:
- Identify the detail configuration — what kind of Schweiß, what joint type, where the load applies. Then locate the matching row in
Table 4.5. The table has six sections: (1) plain material away from Schweißen, (2) connected material in mechanically fastened joints, (3) welded joints joining components of built-up members, (4) longitudinal fillet welded end connections, (5) welded joints transverse to direction of stress, (6) base metal at welded transverse member connections. - Read the stress category for that row. Some rows have multiple categories depending on a sub-condition (flange Dicke, transition radius, weld termination grinding).
- Read the constant C_f and the threshold F_TH from the same row.
- If the live load stress range is below F_TH, no fatigue evaluation is required (per
Section 4.15.1). Otherwise, compute F_SR from Formulas (4-12) and (4-13) using C_f and the design cycle count N. - Verify F_SR is at least F_TH (the formulas have F_TH as a floor).
- Plot the operating point against the curves in
Figure 4.16for sanity check.
Berechnete Spannungen sind nominell — gemäß Abschnitt 4.16.1, „Spannungen müssen nicht durch Spannungskonzentrationsfaktoren für lokale geometrische Ungänzen verstärkt werden.“ Die Kategorie selbst berücksichtigt den Geometrie-Effekt (siehe Kommentar C-4.17.2 zur NCHRP-Basis).
Kategorien A bis F — Schritt-für-Schritt-Anleitung pro Kategorie
Die acht Spannungsbereichs-Kategorien in Tabelle 4.5, in der Reihenfolge von am wenigsten bis am stärksten bestraft:
| Category | C_f | F_TH ksi [MPa] | Representative configuration |
|---|---|---|---|
| A | 250 × 10⁸ | 24 [165] | Plain base metal away from any welding (line 1.1) |
| B | 120 × 10⁸ | 16 [110] | Non-coated weathering steel base metal (1.2); continuous longitudinal CJP groove or fillet welds in built-up members (3.1); CJP transverse splices ground parallel to stress and inspected (5.1) |
| B* | 61 × 10⁸ | 12 [83] | Continuous longitudinal CJP with Badsicherung left in place (3.2); continuous longitudinal PJP groove welds (3.2); CJP transverse splices with F_y ≥ 90 ksi at slope transitions (5.2) |
| C | 44 × 10⁸ | 10 [69] | Members with reentrant corners (1.3); rolled cross sections with ground weld access holes R ≥ 1 in (1.4); base metal at drilled holes (1.5); CJP T- or corner joints with reinforcement not removed (5.4); transverse fillet pair on tension plate, toe Riss (5.7); transverse fillet on rolled beam flange adjacent to stiffeners (5.8) |
| D | 22 × 10⁸ | 7 [48] | Drilled or reamed holes, lower limit (1.5); base metal at ends of longitudinal welds at weld access holes (3.3); CJP butt splices with backing left in place, tack welds inside groove (5.5) |
| E | 11 × 10⁸ | 4.5 [31] | Base metal at ends of longitudinal intermittent Kehlnaht segments (3.4); ends of partial-length cover plates (3.5, 3.6 thin flange); longitudinal fillet end connections, plate t ≤ 0.5 in (4.1); CJP butt splices with tack welds outside groove (5.5 lower) |
| E* | 3.9 × 10⁸ | 2.6 [18] | Cover plates wider than the flange with welds across the ends, flange thickness > 0.8 in [20 mm] (3.6); cover plates wider than the flange without welds across ends (3.7) for thin flanges — not permitted for thick flanges; longitudinal fillet end connections, t > 0.5 in [12 mm] (4.1); base metal at ends of longitudinal welds at weld access holes R < 1 in (3.3) |
| F | (separate formula 4-14, 4-15) | (see formulas) | Shear stress on the throat of fillet welds — uses Formulas (4-14) and (4-15), a different fatigue exponent than Categories A through E* |
Die Reihenfolge ist nicht willkürlich. Jeder Zwei-Kategorien-Schritt halbiert ungefähr den Schwellenwert des Spannungsbereichs — A→C fällt von 24 auf 10 ksi (58%), B→D fällt von 16 auf 7 ksi (56%), C→E fällt von 10 auf 4.5 ksi (55%). Ein Detail der Kategorie A mit einem Schwellenwert von 24 ksi toleriert ungefähr eine Größenordnung mehr zyklische Spannung als ein Detail der Kategorie E* mit einem Schwellenwert von 2.6 ksi (9.2× Verhältnis) — für die gleiche nominelle Spannung auf dem Querschnitt.
B* und E* — Die Sternchen-Kategorien
Das Sternchen bei B* und E* signalisiert eine verschärfte Version der unmarkierten Kategorie. Beide sind echte Kategorien mit ihren eigenen C_f- und F_TH-Werten in Tabelle 4.5, keine typografischen Artefakte.
B* (C_f = 61 × 10⁸, F_TH = 12 ksi [83 MPa]) is the version of B applied when a longitudinal Durchgeschweißte Stumpfnaht has backing left in place, or when the joint is a longitudinal PJP rather than CJP. The backing or the PJP root reduces the fatigue Festigkeit below clean CJP without backing (which is straight Category B). Same family of details, different sub-condition.
E* (C_f = 3.9 × 10⁸, F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]) is the version of E applied when the configuration combines geometric Ungänze, transverse weld termination, and a thicker base metal section. The most common E* triggers: cover plates wider than the flange (lines 3.6 and 3.7), longitudinal fillet end connections on thick plates (line 4.1, t > 0.5 in [12 mm]), and weld access hole reentrant corners with smaller radius (line 3.3, R < 1 in [25 mm]).
Für dicke Flansche mit Deckblechen, die breiter als der Flansch sind und keine Nähte über die Enden aufweisen, lautet Zeile 3.7: „Flanschdicke > 0.8 in [20 mm] ist nicht zulässig.“ Die Konfiguration ist nicht zu retten — das Design muss die Breite des Deckblechs ändern, Nähte über die Enden hinzufügen (was es für dünne Flansche von E* zu E anhebt) oder eine andere Verbindung verwenden.
F_TH-Grenzwert und F_SR-zulässiger Spannungsbereich
Zwei Werte steuern die Ermüdungsprüfung. Sie haben unterschiedliche Bedeutungen und unterschiedliche Entscheidungspunkte.
F_TH ist der Schwellenwert des Ermüdungsspannungsbereichs — der maximale Spannungsbereich für unendliche Lebensdauer. Gemäß Abschnitt 4.15.1: „Eine Bewertung der Ermüdungsfestigkeit ist nicht erforderlich, wenn der Spannungsbereich der Nutzlast kleiner ist als der Schwellenwert des Spannungsbereichs, F_TH (siehe Tabelle 4.5).“ Wenn der berechnete Spannungsbereich der Nutzlast für die Kategorie des Details unter F_TH bleibt, hat die Verbindung eine unendliche Zyklenlebensdauer und die Ermüdungsprüfung ist erfüllt.
F_SR ist der zulässige Spannungsbereich für endliche Lebensdauer. Wenn der Spannungsbereich der Nutzlast F_TH überschreitet, muss das Design F_SR aus den Formeln (4-12) und (4-13) unter Verwendung der kategoriebezogenen Konstante C_f und der Auslegungszyklusanzahl N (Zyklen pro Tag × 365 × Jahre der Auslegungslebensdauer) berechnen. Der tatsächliche Spannungsbereich darf F_SR nicht überschreiten.
Formula (4-12) for ksi units: F_SR = (C_f / N)^0.107 ≥ F_TH. Formula (4-13) is the metric equivalent. Figure 4.16 plots these curves graphically for all categories from A through E*.
Kategorie F — Scherspannung am Kehlnahtübergang — verwendet die Formeln (4-14) und (4-15) mit einem anderen Ermüdungsexponenten (0.067 anstelle von 0.107). Der Scherversagensmodus weist andere Statistiken auf als der Zugversagensmodus, der die Kategorien A bis E* antreibt.
Warum E und E* am stärksten bestraft werden
Details der Kategorien E und E* weisen drei gemeinsame Strafbedingungen auf, die zusammen die steilsten zulässigen Spannungsbereiche in Tabelle 4.5 ergeben:
- Geometric discontinuity at the weld termination: an abrupt change in cross section, such as the end of a cover plate or the termination of a longitudinal fillet weld. The discontinuity concentrates stress at the toe.
- Tension loading across the discontinuity: the stress concentration drives crack initiation from the Nahtübergang or the weld termination into the base metal.
- Thicker base metal section: thicker sections constrain stress redistribution. A thin flange can yield locally and shed stress; a thick flange cannot. This is why line 3.6 splits E (flange thickness ≤ 0.8 in [20 mm]) from E* (flange thickness > 0.8 in [20 mm]) for the same physical cover plate detail.
Das Ermüdungskonzept ist konsistent mit der Metallurgie: Risse entstehen an der höchsten Spannungskonzentration, breiten sich unter zyklischer Last aus und führen zu Sprödbruch, wenn der Abschnitt den Riss nicht umverteilen oder stoppen kann. Die Kategorienkonstanten in Tabelle 4.5 wurden aus dem NCHRP-Testprogramm an realen Proben mit realistischen Geometrien (gemäß Kommentar C-4.17.2) abgeleitet — sie kodieren die tatsächliche Ermüdungsleistung, nicht theoretische Vorhersagen.
AASHTO Detail E' = D1.1 E*
Die AASHTO LRFD Bridge Design Specifications verwenden das Symbol E' (mit Prime/Apostroph) für die am stärksten bestrafte Ermüdungsdetail-Kategorie. AWS D1.1:2025 Tabelle 4.5 verwendet E* (mit Sternchen) für die gleiche zulässige Spannungsbereichskurve. Gleiche Konstante C_f = 3.9 × 10⁸, gleicher Schwellenwert F_TH = 2.6 ksi [18 MPa].
Die beiden Notationen sind austauschbar. AASHTO und AWS veröffentlichen parallele Dokumente mit einem konsistenten Ermüdungskonzept, sodass ein Kommentar, der E' (AASHTO-Kontext, typischerweise Brückenarbeiten, die durch D1.5 geregelt sind) zitiert, direkt auf E* (D1.1-Kontext, typischerweise Bauarbeiten im Hochbau) abgebildet wird. Im Zweifelsfall, welche Notation eine Quelle verwendet, sind die C_f- und F_TH-Werte die kanonischen Identifikatoren.
Querverweis: Tabelle 4.5 (Konstruktion) vs. Tabelle 8.1 (Inspektion)
Tabelle 4.5 ist eine Konstruktionstabelle. Sie steuert den zulässigen Spannungsbereich, den ein Detail über seine Auslegungslebensdauer tragen darf, berechnet vor der Fertigung. Der Entscheidungspunkt ist, ob der F_SR des Details für den Lastfall ausreicht — wenn nicht, ändert sich das Design (anderes Detail, größerer Querschnitt, weniger Zyklen durch Lastabwurf).
Tabelle 8.1 ist eine Inspektionstabelle. Sie steuert die visuellen Zulässigkeitskriterien (Risse, Einbrandkerbe, Porosität, Profil, Fusion) für fertige Nähte, getrennt nach statisch und zyklisch geladenen Strukturen. Der Entscheidungspunkt ist die Abnahme/Ablehnung nach der Fertigung.
Praktiker verwechseln die beiden häufig, weil beide auf „zyklische Belastung“ verweisen und beide separate statische vs. zyklische Kriterien haben. Es handelt sich um verschiedene Ebenen von D1.1, die zu unterschiedlichen Zeiten im Projektlebenszyklus angewendet werden:
| Table 4.5 (Section 4.17) | Table 8.1 (Section 8.9) | |
|---|---|---|
| Code layer | Design of welded connections (Abschnitt 4 Part C) | Inspection (Clause 8) |
| Decision point | Pre-Fertigung: detail selection + section sizing | Post-fabrication: accept or reject the weld |
| Who applies it | Engineer of Record at design stage | CWI / qualified Prüfer after welding |
| Output | Allowable stress range F_SR; required detail category | Pass/fail per item: Risse, Einbrandkerbe, Porosität, profile, fusion, weld size |
| Cyclic vs static | Cyclic: full Table 4.5 framework. Static: framework does not apply (no fatigue check). | Cyclic: tighter Grenzwerte per Item 7 (undercut), Item 8 (porosity), Item 1 (cracks zero either way). Static: looser limits. |
Verknüpfte Detail-seitige Abdeckung der Inspektionsschicht: Einbrandkerbe, Risse, Porosität, Profil, Sichtprüfung.
„Zwei Tabellen, beide mit zyklisch-vs-statischen Unterteilungen, beide mit Buchstabenbezeichnungen. Sie zu verwechseln ist der häufigste Fehler bei der CWI-Teil-C-Prüfung. Tabelle 4.5 ist das, wonach der Ingenieur während des Entwurfs greift; Tabelle 8.1 ist das, wonach der CWI an der Inspektionsstation greift. Gleiches Regelwerk, unterschiedliche Entscheidungen.“
— CWI exam preparation, structural welding instruction
Verwandte Normenleitfäden
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen der Vorwärmungs-Kategorie A bis G nach AWS D1.1 und der Ermüdungsspannungsbereichs-Kategorie A bis F?
Es handelt sich um zwei völlig unterschiedliche Konzepte, die in AWS D1.1 Buchstabenbezeichnungen teilen. Die Vorwärmungs-Kategorie A bis G befindet sich in Tabelle 5.11 und unterteilt die vorqualifizierte Vorwärmungs-Nachschlagetabelle nach Schweißverfahren — Kategorie A ist SMAW mit anderen als Niedrigwasserstoff-Elektroden, Kategorie B ist SMAW mit Niedrigwasserstoff plus SAW/GMAW/FCAW. Die ursprüngliche A-D wurde in D1.1:2025 auf A-G erweitert. Wird zusammen mit der Stahlgruppen-I-V-Klassifizierung in Tabelle 5.6 verwendet, um die Minimum-Vorwärmung nachzuschlagen. Die Ermüdungsspannungsbereichs-Kategorie A bis F befindet sich in Abschnitt 4.17 mit Tabelle 4.5 und Abbildung 4.16 und bewertet die Ermüdungsfestigkeit von Nahtdetails — Kategorie A ist reiner Grundwerkstoff abseits von Nähten, Kategorie E* ist das am stärksten bestrafte Nahtdetail. Die beiden Systeme sind nicht aufeinander abbildbar. A572 Gr 50 in Stahlgruppe I, geschweißt mit Niedrigwasserstoff-SMAW (Vorwärmungs-Kategorie B) am Nahtübergang einer querliegenden Kehlnaht an einem Zugflansch, fällt in die Ermüdungs-Kategorie C in Tabelle 4.5 — drei unabhängige Buchstabenbezeichnungen für drei unabhängige Entscheidungen.
Was ist F_TH und was ist F_SR?
F_TH ist der Schwellenwert des Ermüdungsspannungsbereichs — der maximale Spannungsbereich für unendliche Lebensdauer. Gemäß AWS D1.1:2025 Abschnitt 4.15.1 ist keine Bewertung der Ermüdungsfestigkeit erforderlich, wenn der Spannungsbereich der Nutzlast kleiner als F_TH ist. Der F_TH-Wert hängt von der Spannungskategorie des Details ab und wird aus Tabelle 4.5 abgelesen: Kategorie A ist 24 ksi [165 MPa], Kategorie B ist 16 ksi [110 MPa], Kategorie C ist 10 ksi [69 MPa], Kategorie D ist 7 ksi [48 MPa], Kategorie E ist 4.5 ksi [31 MPa], Kategorie E* ist 2.6 ksi [18 MPa]. F_SR ist der zulässige Spannungsbereich für endliche Lebensdauer und wird aus den Formeln (4-12) und (4-13) unter Verwendung der kategoriebezogenen Konstante C_f und der Auslegungszyklusanzahl N berechnet. F_SR muss immer mindestens F_TH sein. Abbildung 4.16 stellt die Spannungsbereich-vs-Zyklen-Kurven grafisch für alle Kategorien dar.
Warum ist Kategorie E* die am stärksten bestrafte?
Details der Kategorie E* kombinieren drei Strafbedingungen: eine geometrische Ungänze am Nahtende (die Spannung konzentriert), Zugbelastung über diese Ungänze (die Rissinitiierung vom Nahtübergang oder Ende antreibt) und einen dickeren Grundwerkstoffabschnitt (der die Fähigkeit der Geometrie zur Spannungsverteilung begrenzt). Die Konstante ist C_f = 3.9 × 10⁸ und der Schwellenwert ist F_TH = 2.6 ksi [18 MPa] — ungefähr eine Größenordnung geringerer zulässiger Spannungsbereich als Kategorie B. E*-Konfigurationen umfassen Deckbleche, die breiter als der Flansch sind, mit Nähten über die Enden und einer Flanschdicke von mehr als 0.8 in [20 mm] (Zeile 3.6), Längskehlnaht-Endverbindungen an Blechen, die dicker als 0.5 in [12 mm] sind (Zeile 4.1), und Grundwerkstoff an den Enden von Längsnähten an Schweißzugangslöchern mit R kleiner als 1 in (Zeile 3.3). Bei Details mit dicken Flanschen sind Deckbleche, die breiter als der Flansch sind, ohne Nähte über die Enden überhaupt nicht zulässig.
Warum verstärkt AWS D1.1 die Spannung für die Nahtgeometrie nicht?
Gemäß Abschnitt 4.16.1 sind berechnete Spannungen und Spannungsbereiche nominell — basierend auf der elastischen Spannungsanalyse auf Bauteilebene. Spannungen müssen nicht durch Spannungskonzentrationsfaktoren für lokale geometrische Ungänzen verstärkt werden. Der Kommentar C-4.17.2 erklärt, warum: Die Kurven der Spannungsbereich-Zyklenlebensdauer in den Formeln (4-12) bis (4-23) und Abbildung 4.16 wurden vom National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) an tatsächlichen Proben entwickelt, die realistische geometrische Ungänzen enthielten. Die Kategorienkonstante C_f berücksichtigt bereits die Spannungskonzentration der Nahtgeometrie, sodass die Anwendung eines separaten Kerbfaktors den Effekt doppelt zählen würde. Aus diesem Grund können zwei physische Nähte mit der gleichen nominellen Spannung sehr unterschiedliche Ermüdungslebensdauern aufweisen — die Kategorie erfasst die Geometrie, die nominelle Spannung erfasst die Last.
Wie hängt AASHTO Detail E' mit D1.1 E* zusammen?
Die AASHTO LRFD Bridge Design Specifications verwenden das Symbol E' (mit Prime/Apostroph) für die am stärksten bestrafte Ermüdungsdetail-Kategorie. AWS D1.1:2025 Tabelle 4.5 verwendet E* (mit Sternchen) für die gleiche zulässige Spannungsbereichskurve. Gleiche Konstante C_f = 3.9 × 10⁸, gleicher Schwellenwert F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]. Die beiden Notationen sind austauschbar — sie beziehen sich auf die gleiche Ermüdungsfestigkeitskurve. AASHTO und AWS veröffentlichen parallele Dokumente mit einem konsistenten Ermüdungskonzept, sodass ein Kommentar, der E' (AASHTO) zitiert, direkt auf E* (D1.1) abgebildet wird.
CWI Exam Tipp: Bei der CWI Teil C Open-Book-Prüfung verlieren Kandidaten Zeit mit der Suche nach „Kategorie C“ in Tabelle 5.11, wenn es um Ermüdung geht, oder in Tabelle 4.5, wenn es um Vorwärmung geht. Die beiden Tabellen befinden sich in verschiedenen Abschnitten und verwenden die gleichen Buchstabenbezeichnungen für unabhängige Konzepte. Lesen Sie die Frage sorgfältig — wenn es „Vorwärmung“ heißt, gehen Sie zu Tabelle 5.11. Wenn es „Grundwerkstoff“ oder „Stahlsorte“ heißt, gehen Sie zu Tabelle 5.6. Wenn es „Ermüdung“, „Spannungsbereich“, „zyklische Last“ oder ein Detail (Deckblech, Querkehlnaht, Schweißzugangsloch) nennt, gehen Sie zu Tabelle 4.5. Siehe CWI Exam Prep für die Open-Book-Navigationsdisziplin.