stahlbau grundlagen 7

Stahlbau Grundlagen

Verbindungen im Stahlbau

Prof. Dr.-Ing. Uwe E. Dorka

Leitbauwerk Halle: Verbindung in einer Rahmenecke

2Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau

Nieten (heute nicht mehr) Schrauben

Verbindungen im Stahlbau

3

Bild: Georg Slickers Bild: Marcel Kaupmann

Schweißen Kleben (mehr in der Zukunft ?)

Bild: Marcel Kaupmann Bild: BTU Cottbus

Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau

Schraubverbindungen

Garnituren

4

Nicht vorgespannte Schrauben: Vorgespannte Schrauben:

Schrauben: DIN EN ISO 4014 und 4016 DIN EN ISO 7411

Muttern: DIN EN ISO 4032, 4034 und 7413 DIN EN ISO 4775

Unterlegscheiben: DIN EN ISO 7089, 7090 und 7091 DIN EN ISO 7415 und 7416


Schraubverbindungen

Bezeichnungssystem der Festigkeitsklassen

5

Tabelle 1 DIN EN ISO 898-1


Mechanische und physikalische Eigenschaften, Tab. 3 DIN EN ISO 898-1

Schraubverbindungen


Scher-/Lochleibungsverbindung

Keine Vorspannung erforderlich

Festigkeitsklassen: 4.6 bis 10.9

Schraubverbindungen

7

Gleitfeste Verbindung

Vorspannung erforderlich

Festigkeitsklasse: 8.8 und 10.9 (gem. EC 3)


aus [3]

Abscheren

Versagensarten Scher-/Lochleibungsverbindungen

Schraubverbindungen

8

aus [7]


( ) ( ) ( )Von Mises Spannung :

σ σ σ σ σ σ σ = − + − + −

2 2 21

1 2 2 3 3 12

Lochleibung

Schraubverbindungen


9


σ σ σ σ σ σ σ = − + − + −

2 2 21

1 2 2 3 3 12

aus [7]


Lochleibung: Einfluss der Loch- und Randabstände


Schraubverbindungen

10


σ σ σ σ σ σ σ = − + − + −

2 2 21

1 2 2 3 3 12


Nettoquerschnitt


Schraubverbindungen

11


σ σ σ σ σ σ σ = − + − + −

2 2 21

1 2 2 3 3 12


Endquerschnitt (Schub)


Schraubverbindungen

12


σ σ σ σ σ σ σ = − + − + −

2 2 21

1 2 2 3 3 12


Kraft-Verformungsbeziehungen

Schraubverbindungen

13

Kraft- Verschiebungsdiagramm für Scherverbindungen


aus [3]

αγ⋅ ⋅= v ub

v,RdM

f AF

2

Schraubverbindungen

Abscheren je Scherfuge nach DIN EN 1993-1-8, Tab. 3.4

14

γub

M

f : Charakteristischer Wert der Zugfestigkeit des Schraubenwerkstoffes

: Teilsicherheitsbeiwert2


αγ

⋅ ⋅ ⋅ ⋅= b ub,Rd

M

k f d tF 1

2

Schraubverbindungen

Lochleibung nach DIN EN 1993-1-8, Tab. 3.4


α

α α

b

ubb d

u

u

t : Maßgebende Blechdicke

d : Schaftdurchmesser der Schraube

: Beiwert zur Berücksichtigung der Rand und Lochabstände

f wobei der kleinste Wert von ; oder ,

f

f : Charakteristischer Wert der Zu

10

γM

gfestigkeit


Schraubverbindungen

Zugversuch


aus [7] aus [3]

γ

S

u,b,k

M

A : Spannungsquerschnittsfläche

f : Charakteristischer Wert der Zugfestigkeit des Schraubenwerkstoffes


Schraubverbindungen

γ⋅ ⋅= ub S

t,RdM

k f AF 2

2

Nachweis auf Zug nach DIN EN 1993-1-8, Tab. 3.4

17

γM : Teilsicherheitsbeiwert2


Nachweis auf Durchstanzen nach DIN EN 1993-1-8, Tab. 3.4

π γ= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅p,Rd m p u MB , d t f /2

0 6

γ

m

p

M

d : MittelwertausEckmaßund SchlüsselweitedesSchraubenkopfes

oder der Schraubenmutter (maßgebendist derkleinere Wert)

t : BlechdickederUnterlegscheibe


0.6

0.8

1

+ ≤⋅

v,Ed t,Ed

v,Rd t,Rd

F F

F , F1

14

Der Nachweis darf entfallen, wenn

≤0.6

0.8

1

Schraubverbindungen

Kombination von Scher-/ Lochleibung und Zug

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

n v( )

v

18

Stirnplattenstoß mit mehreren Schraubenreihen

d R,d d R,d N N oder V V , ist.≤ 0 25

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

n v( )

v


t,Ed t,RdF , F14

v,Ed v,RdF F

Vorspannkräfte und Anziehmomente für

Garnituren der Festigkeitsklasse 10.9

µγ

γ µ

−= ⋅⋅

= =

Vg,R,d V

M

M

N FV F

,

mit , und ,

1

115

10 0 5

Schraubverbindungen

Vorgespannte Schrauben

19

µg,R,dV :Grenzgleitkraft

: Reibungszahl

Fv : Vorspannkraft der Schraube

N: Zugkraf tan teil der Schraube


Normalkraft

Schraubverbindungen

Vorgespannte Schrauben

20

Vorgespannte Schraube mit gezogenem

Schaft und gedrückten Kontaktflächen

Last


Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze


aus [7]

Teiltragfähigkeit, VerbindungssteifigkeitMj,Rd Anschlußgrenzmoment

MEd Bemessungsmoment

Sj,ini Anfangssteifigkeit

Sj Sekantensteifigkeit

ΦCd Rotationskapazität


22

Momenten –Rotations-Charakteristik eines Riegel-Stützenanschlusses


aus [1]


23

Klassifizierung nach der Steifigkeit Klassifizierung nach der Tragfähigkeit


aus [4]


Versagensarten

aus [1]



25

Stirnplattenstoß mit überstehender Stirnplatte und vereinfachtes Modell zur Übertragung der Gurtkräfte


aus [5]


Abmessungen

Der äquivalente T-Stummel


aus [1]


Versagensmodelle für den T-Stummel:

Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau 27

aus [6]


Fließlinien- und Fließkegelmuster

Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau 28

Nicht kreisförmiges Muster kreisförmiges Muster aus [5]

Schweißverbindungen


aus [7]

Schweißverbindungen- Kehlnaht


σστ

τ

II

I

I

II

: Normalspannung senkrecht zur Schweißnahtachse

: Normalspannung parallel zur Schweißnahtachse

: Schubspannung (in der Ebene der Kehlnahtfläche)

senkrecht zur Schweißnahtachse

: Schubspannung (in d

β

γ

− −−

w

u

M

er Ebene der Kehlnahtfläche)

parallel zur Schweißnahtachse.

:Korrelationsbeiwert nachTab. . (EN )

f : Charakteristischer Wert der Zugfestigkeit des Schrauben

werkstoffes

:Teilsicherheitsbeiwert2

4 1 1993 1 8


( ) ( )σ τ τ β γ

σ γ

+ ⋅ + ≤ ⋅

= ⋅

,

I I I I u w M

I u M

f /

u n d

, f /

0 52 2 2

2

2

3

0 9

Nachweis an jeder Stelle nach DIN EN 1993-1-8, 4.5.3:


β γ

≤≤ ⋅

≤ ⋅⋅

w ,E d w ,R d

w ,E d w ,R d

uw ,E d

w M

F F

F f a

fF a

2

3


Vereinfachter Nachweis für Kehlnaht nach 4.5.3.3:


w ,E d

w ,R d

w ,R

F : d e r B e m e s s u n g s w e rt is t d ie R e s u lt ie re n d e a lle r

a u f d ie w irk s a m e K e h ln a h tf lä c h e e in w irk e n d e n

K rä fte je L ä n g e n e in h e it

F : d e r B e m e s s u n g s w e rt d e r T ra g fä h ig k e it d e r

S c h w e iß n a h t je L ä n g e n e in h e it

f d : d e r B e m e s s u n g s w e rt d e r S c h e rfe s t ig k e it d e r

S c h w e iß n a h t


34

w w w

IIw

A l a

FA

τ

= ⋅ ⋅

=

2



35

z y

y

IIw

V ST

I

Ta

τ

⋅=

=⋅2


yI

y

M

Wσ =


36

zI

w

VA

τ =


[1] DIN EN 1993-1-8: Bemessung von Anschlüssen

Beuth Verlag

[2] DIN EN 1993-1-1: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten

Beuth Verlag

[3] Petersen –

Stahlbau

Vieweg, 3. Auflage, 2001

[4] Kuhlmann et. al. –

Schrifttum

37

[4] Kuhlmann et. al. –

Anschlüsse im Stahl- und Verbundbau

Der Prüfingenieur, April 2008

[5] Kindmann –

Verbindungen

Der Prüfingenieur, April 2003

[6] Kühnemund –

Zum Rotationsnachweis nachgiebiger Knoten im Stahlbau

Dissertation 2002

[7] Videos: European Steel Design Education Programme ESDEP

Stahl-Informations-Zentrum Düsseldorf


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