Stahlbau Grundlagen. Verbindungen im Stahlbau. Prof. Dr.-Ing. Uwe E. Dorka

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1 Stahlbau Grundlagen Verbindungen im Stahlbau Prof. Dr.-Ing. Uwe E. Dorka

2 Leitbauwerk Halle: Verbindung in einer Rahmenecke

3 Verbindungen im Stahlbau Nieten (heute nicht mehr) Schrauben Bild: Georg Slickers Bild: Marcel Kaupmann Schweißen Kleben (mehr in der Zukunft?) Bild: Marcel Kaupmann Bild: BTU Cottbus 3

4 Schraubverbindungen Garnituren Nicht vorgespannte Schrauben: Vorgespannte Schrauben: Schrauben: DIN EN ISO 4014 und 4016 DIN EN ISO 7411 Muttern: DIN EN ISO 403, 4034 und 7413 DIN EN ISO 4775 Unterlegscheiben: DIN EN ISO 7089, 7090 und 7091 DIN EN ISO 7415 und

5 Schraubverbindungen Bezeichnungssystem der Festigkeitsklassen Tabelle 1 DIN EN ISO

6 Schraubverbindungen Mechanische und physikalische Eigenschaften, Tab. 3 DIN EN ISO

7 Schraubverbindungen Scher-/Lochleibungsverbindung Keine Vorspannung erforderlich Festigkeitsklassen: 4.6 bis 10.9 Gleitfeste Verbindung Vorspannung erforderlich Festigkeitsklasse: 8.8 und 10.9 (gem. EC 3) aus [3] 7

8 Schraubverbindungen Versagensarten Scher-/Lochleibungsverbindungen Abscheren aus [7] σ = 1 Von Mises Spannung: [( σ σ ) + ( σ σ ) + ( σ σ ) ]

9 Schraubverbindungen Versagensarten Scher-/Lochleibungsverbindungen Lochleibung 1 Von Mises Spannung: [ ] σ = ( σ ) ( ) ( ) aus [7] 1 σ + σ σ3 + σ3 σ1 9

10 Schraubverbindungen Versagensarten Scher-/Lochleibungsverbindungen Lochleibung: Einfluss der Loch- und Randabstände σ = 1 Von Mises Spannung: [( σ σ ) + ( σ σ ) + ( σ σ ) ]

11 Schraubverbindungen Versagensarten Scher-/Lochleibungsverbindungen Nettoquerschnitt σ = 1 Von Mises Spannung: [( σ σ ) + ( σ σ ) + ( σ σ ) ]

12 Schraubverbindungen Versagensarten Scher-/Lochleibungsverbindungen Endquerschnitt (Schub) σ = 1 Von Mises Spannung: [( σ σ ) + ( σ σ ) + ( σ σ ) ]

13 Schraubverbindungen Kraft-Verformungsbeziehungen Kraft- Verschiebungsdiagramm für Scherverbindungen aus [3] 13

14 Schraubverbindungen Abscheren je Scherfuge nach DIN EN , Tab. 3.4 F v,rd α = v f γ ub M A f ub : Charakteristischer Wert der Zugfestigkeit des Schraubenwerkstoffes γ M : Teilsicherheitsbeiwert 14

15 Schraubverbindungen Lochleibung nach DIN EN , Tab. 3.4 F b,rd k = 1 αb f γ u M d t 15

16 Schraubverbindungen Zugversuch aus [7] aus [3] 16

17 Schraubverbindungen Nachweis auf Zug nach DIN EN , Tab. 3.4 F t,rd = k f γ ub M A s A S : Spannungsquerschnittsfläche f ub : Charakteristischer Wert der Zugfestigkeit des Schraubenwerkstoffes γ M : Teilsicherheitsbeiwert Nachweis auf Durchstanzen nach DIN EN , Tab. 3.4 B p,rd 0,6 π d = γ m M t p f u d m : t p : f u : γ M : Mittelwert aus Eckmaß und Schlüsselweite des Schraubenkopfes oder der Schraubenmutter (maßgebend ist der kleinere Wert) Blechdicke der Unterlegscheibe Zugfestigkeit des Blechs Teilsicherheitsbeiwert 17

18 Schraubverbindungen Kombination von Scher-/ Lochleibung und Zug F F v,ed v,rd F + 1,4 F t,ed t,rd 1 Stirnplattenstoß mit mehreren Schraubenreihen 18

19 Schraubverbindungen Kombination von Scher-/ Lochleibung und Zug Der Nachweis darf entfallen, wenn N d N R,d oder V d V R,d 0,5 ist. Stirnplattenstoß mit mehreren Schraubenreihen 19

20 Schraubverbindungen Vorgespannte Schrauben V mit g,r,d γ = µ F M v = 1,0 1 N F 1,15 γ v M und µ = 0,5 Vorspannkräfte und Anziehmomente für Garnituren der Festigkeitsklasse

21 Schraubverbindungen Vorgespannte Schrauben Normalkraft Last Vorgespannte Schraube mit gezogenem Schaft und gedrückten Kontaktflächen 1

22 Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze aus [7]

23 Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze Teiltragfähigkeit, Verbindungssteifigkeit Momenten Rotations-Charakteristik eines Riegel-Stützenanschlusses aus [1] 3

24 Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze Klassifizierung nach der Steifigkeit Klassifizierung nach der Tragfähigkeit aus [4] 4

25 Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze Versagensarten aus [1] 5

26 Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze Stirnplattenstoß mit überstehender Stirnplatte und vereinfachtes Modell zur Übertragung der Gurtkräfte aus [5] 6

27 Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze Der äquivalente T-Stummel Abmessungen aus [1] 7

28 Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze Versagensmodelle für den T-Stummel: aus [6] 8

29 Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze Fließlinien- und Fließkegelmuster Nicht kreisförmiges Muster kreisförmiges Muster aus [5] 9

30 Schweißverbindungen aus [7] 30

31 Schweißverbindungen 31

32 Schweißverbindungen- Kehlnaht σ σ τ τ β f γ II u II w : : : M : : : : Normalspannung senkrecht zur Schweißnahtachse Normalspannung parallel zur Schweißnahtachse Schubspannung (in der Ebene der Kehlnahtfläche) senkrecht zur Schweißnahtachse Schubspannung (in der Ebene der Kehlnahtfläche) parallel zur Schweißnahtachse Korrelationsbeiwert nach Tab. 4.1 (DIN EN ) Charakteristischer Wert der Zugfestigkeit des Grundwerkstoffes Teilsicherheitsbeiwert 3

33 Schweißverbindungen- Kehlnaht Nachweis an jeder Stelle nach DIN EN , 4.5.3: 0,5 [ σ + 3 ( τ + τ )] f ( β γ ) und σ = 0,9 f u γ M II u w M f : : βw Korrelationsbeiwert nach Tab. 4.1 (DIN EN ) γ u M : Charakteristischer Wert der Zugfestigkeit des Grundwerkstoffes Teilsicherheitsbeiwert 33

34 Schweißverbindungen- Kehlnaht Vereinfachter Nachweis für Kehlnaht nach : F F F w,ed w,ed w,ed F f f β w,rd w,rd u w a 3 γ M a F w,ed : F w,rd : der Bemessungswert ist die Resultierende aller auf die wirksame Kehlnahtfläche einwirkenden Kräfte je Längeneinheit der Bemessungswert der Tragfähigkeit der Schweißnaht je Längeneinheit f w,rd : der Bemessungswert der Scherfestigkeit der Schweißnaht βw : Korrelationsbeiwert nach Tab. 4.1 (DIN EN ) fu : Charakteristischer Wert der Zugfestigkeit des Grundwerkstoffes γ M : Teilsicherheitsbeiwert 34

35 Schweißverbindungen A τ II w = = l F A w w a w 35

36 Schweißverbindungen V T = τ II z S I y T = a w y 36

37 Schweißverbindungen σ = M W y y τ = V A z w 37

38 Literatur [1] DIN EN : Bemessung von Anschlüssen Beuth Verlag [] DIN EN : Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Beuth Verlag [3] Petersen Stahlbau Vieweg, 3. Auflage, 001 [4] Kuhlmann et. al. Anschlüsse im Stahl- und Verbundbau Der Prüfingenieur, April 008 [5] Kindmann Verbindungen Der Prüfingenieur, April 003 [6] Kühnemund Zum Rotationsnachweis nachgiebiger Knoten im Stahlbau Dissertation 00 [7] Videos: European Steel Design Education Programme ESDEP Stahl-Informations-Zentrum Düsseldorf 38