Mastertitelformat bearbeiten IML Institut für Metall- und Leichtbau mageba Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner Dr.-Ing. Dominik Jungbluth Nariman Afzali, M.Sc. 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Inhalt bearbeiten Ermüdungsbeanspruchter geschraubter Fahrbahnübergang mageba Schraubenkategorien nach Eurocode 3 DASt-Richtlinie 024 Anziehen von HV-Garnituren Anziehen von Garnituren der Festigkeitsklasse 8.8 auf F p,c * Nicht genormter Verschraubungsfall Einsatz von Schraubengarnituren aus nichtrostendem Stahl Festigkeitsklassen Vorspannen Vorspannkraftverluste Gleitfeste Verbindungen Zusammenfassung 2 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Schraubenkategorien bearbeiten und Zielebenen des Vorspannens Schraubenkategorien nach DIN EN 1993-1-8 Scherverbindungen Kategorie A Scher-/Lochleibungsverbindung FK 4.6 bis 10.9 Kategorien B C Gleitfeste Verbindung im GZG GZT FK 8.8 und 10.9 Kategorie D Nicht vorgespannte Zugverbindung FK 4.6 bis 10.9 Zugverbindungen Kategorie E Vorgespannte Zugverbindung FK 8.8 und 10.9 Zielebene II Gebrauchstauglichkeitsrelevantes Vorspannen Vorspannungsfrei bemessene Kategorien A (und D) nach DIN EN 1993-1-8, die zur qualitativen Verbesserung der Gebrauchstauglichkeit dennoch vorgespannt werden Schlupfminimierung Verformungssteifigkeit Zielebene I Tragsicherheitsrelevantes Vorspannen Kategorien B, C und E nach DIN EN 1993-1-8 3 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Beispiele geschraubter Verbindungen der Mastertitelformat bearbeiten Zielebene II des Vorspannens Voranschluss eines Bühnenträgers am Unterzug Gestoßener Verbandsstab Rahmenecke Herausgezogene Rahmenecke Anschluss innerhalb der Wandscheibe eines Gerüsts Durchlaufpfette 4 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat bearbeiten DASt-Richtlinie 024 5 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat DASt-Richtlinie 024 bearbeiten Anziehen von geschraubten Verbindungen der Abmessungen M12 bis M36 Anwendungsbereich Ergänzende Regelungen zu DIN EN 1090-2 und DIN EN 1993-1-8 Handfestes Anziehen von nicht vorgespannten geschraubten Verbindungen Anziehen von vorgespannten geschraubten Verbindungen auf ein vorgegebenes Vorspannkraftniveau F p,c = 0,7 f ub A s F p,c * = 0,7 f yb A s F v < F p,c 6 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat DASt-Richtlinie 024 bearbeiten - Inhalt 1 Anwendungsbereich 2 Begriffe 3 Allgemeines 4 Nicht vorgespannte geschraubte Verbindungen aus Garnituren 5 Vorgespannte geschraubte Verbindungen aus Garnituren Anziehen von HV-Garnituren auf F p,c Anziehen von HV-Garnituren auf F p,c * Anziehen von HV-Garnituren auf beliebige Vorspannkraftniveaus F V Anziehen von Garnituren der Festigkeitsklasse 8.8 auf F p,c * 6 Verwendung von Einzelkomponenten aus Garnituren 7 Anziehen von geschraubten Verbindungen mit Bauteilen mit Innengewinde 8 Anziehen von Muttern auf Bauteilen mit Außengewinde 9 Kriterien zur Festlegung von Anziehparametern mittels einer Verfahrensprüfung 7 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat bearbeiten Anziehen von HV-Garnituren k-klasse K1 8 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Vorspannkraftniveaus bearbeiten und zulässige Anziehverfahren Grundsätzlich gilt: Alle Vorspannkraftniveaus F V F p,c sind ansetzbar Vorspannkraftniveau F p,c Vorspannkraftniveau F p,c * Von F p,c und F p,c * abweichende Vorspannkraftniveaus F V Fp,C = 0,7 fub AS Kombiniertes Verfahren nach DIN EN 1090-2 Genauigkeit des Anziehgeräts für den ersten Anziehschritt ± 10 % gemäß Kalibrierbescheinigung F p,c * = 0,7 fyb AS Modifiziertes Drehmoment- Vorspannverfahren Genauigkeit des Anziehgeräts ± 4% gemäß Kalibrierbescheinigung FV < F p,c und FV F p,c * F p,c * < FV < F p,c Verfahrensprüfung F V < F p,c * Modifiziertes Drehmoment- Vorspannverfahren mit proportional reduziertem Anziehdrehmoment Entspricht der traditionellen Vorgehensweise nach DIN 18800-7 und DIN EN 1993-1-8/NA Die Höhe der tatsächlich erzielten Vorspannkraft variiert und kann auch oberhalb von F p,c liegen. 9 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Vorspannkraftniveau F Mastertitelformat bearbeiten p,c Kontrolle und Prüfung Zielebene I des Vorspannens Gesamtanzahl der in einem Tragwerk zu kontrollierenden geschraubten Verbindungen Ausführungsklasse 1. Anziehschritt (1) 2. Anziehschritt EXC2-5 % EXC3/4 5 % 10 % (1) Der erste Anziehschritt muss durch Sichtprüfung der Verbindungen überprüft werden, um sicherzustellen, dass das Klemmpaket vollständig zusammengezogen ist. Kontrolle nach dem ersten Anziehschritt Parameter Kriterium Bewertung Voranziehdrehmoment M Vor Zustand der Fuge Kontrolle vor dem zweiten Anziehschritt Weiterdrehwinkel 15 Weiterdrehwinkel > 15 vollständig zusammengezogen nicht vollständig zusammengezogen Sichtprüfung der Markierungen aller Muttern relativ zu den Schraubengewinden Kontrolle nach dem zweiten Anziehschritt 10 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag Ok fehlerhaft Ok fehlerhaft Parameter Kriterium Bewertung Ausgeführter Weiterdrehwinkel θ ausgef. θ -15 θ ausgef. θ + 30 θ ausgef. < θ - 15 θ ausgef. > θ + 30 (oder Schrauben- oder Mutterversagen) Ok fehlerhaft Korrektur des Drehwinkels fehlerhaft Ersatz der Garnitur
Vorspannkraftniveau F Mastertitelformat bearbeiten p,c * Kontrolle und Prüfung Zielebene I des Vorspannens Gesamtanzahl der in einem Tragwerk zu kontrollierenden geschraubten Verbindungen Ausführungsklasse 1. Anziehschritt (1) 2. Anziehschritt EXC2-5 % EXC3/4-10 % (1) Der erste Anziehschritt muss durch Sichtprüfung der Verbindungen überprüft werden, um sicherzustellen, dass diese vollständig zusammengezogen sind. Kontrolle nach dem ersten Anziehschritt Parameter Kriterium Bewertung Zustand der Fuge Kontrolle nach dem zweiten Anziehschritt vollständig zusammengezogen nicht vollständig zusammengezogen 11 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag Ok fehlerhaft Parameter Kriterium Bewertung Ausgeführter Weiterdrehwinkel θ ausgef. bei Ansatz des Kontrollanziehdrehmoments 1,10 M A θ ausgef. < 30 30 θ ausgef. 60 θ ausgef. > 60 Ok fehlerhaft Garnitur belassen und zwei benachbarte Verbindungen im gleichen Anschluss prüfen fehlerhaft Ersatz der Garnitur und zwei benachbarte Verbindungen im gleichen Anschluss prüfen
Beliebige Vorspannkraftniveaus Kontrolle und Prüfung Mastertitelformat bearbeiten Zielebene II des Vorspannens Aus Gebrauchstauglichkeitsgründen vorgespannte Verbindungen der Zielebene II sind wie nicht vorgespannte Verbindungen zu behandeln. Danach gilt DIN EN 1090-2 mit Alle Verbindungen sind einer Sichtprüfung zu unterziehen. Überprüfung auf fehlende Garnituren, zu geringe Gewindeüberstände und zu große Restspalte. 12 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat bearbeiten Anziehen von Garnituren der Festigkeitsklasse 8.8 auf F p,c * 13 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
DIN EN 14399-1 Mastertitelformat bearbeiten Vorgespannte Schraubenverbindungen Schirm-Produktnorm Fixiert alle aus der Sicht des Stahlbaus wichtigen technischen Anforderungen an Garnituren aus Schrauben, Muttern und Scheiben ähnlich wie DIN EN 15048-1. Verweist auf Normenteile DIN EN 14399-3 bis -10 (Systeme HR, HV, HVP, HRC, DTI). Aber: Vorspannen von Standard-Metallbauschrauben FK 8.8 nach DIN EN ISO 4014 und 4017 möglich! Untersuchungen von Valtinat in 2000/2001 Valtinat, G., Anziehen von 8.8-Schrauben, Forschungsbericht 5/2001, Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt, Stahlbau Verlags- und Service GmbH 14 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Valtinat-Untersuchungen bearbeiten (2000/2001) Im Auftrag und in Absprache mit der Ad-hoc-Gruppe 8.8-Schrauben des NABau-Arbeitsausschusses 08.14.00 Experimentelle Untersuchungen zum Vorspannen von feuerverzinkten 8.8-Metallbauschrauben der Durchmesser M16 bis M36 nach DIN EN ISO 4014 Valtinat, G., Anziehen von 8.8-Schrauben, Forschungsbericht 5/2001, Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt, Stahlbau Verlags- und Service GmbH 15 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Valtinat-Untersuchungen bearbeiten (2000/2001) Valtinat, G., Anziehen von 8.8-Schrauben, Forschungsbericht 5/2001, Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt, Stahlbau Verlags- und Service GmbH 16 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Oberflächenpressung bearbeiten ISO 4014, FK 8.8 vs. HV 10.9 17 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Oberflächenpressung bearbeiten ISO 4014, FK 8.8 vs. 10.9 18 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Vorspannkraftniveau F Mastertitelformat bearbeiten p,c * Garnituren der FK 8.8 Garnituren der Festigkeitsklasse 8.8 aus Schrauben nach DIN EN ISO 4014 oder DIN EN ISO 4017 in Kombination mit Muttern nach DIN EN ISO 4032 und zwei Scheiben nach DIN EN ISO 7089 oder DIN EN ISO 7090 mit einer Härte von mindestens HV 200 Modifiziertes Drehmoment-Vorspannverfahren Oberflächenzustände in Kombination mit der k-klasse K1 nach DIN EN 14399-1: (a) feuerverzinkt und Muttern mit Molybdänsulfid oder gleichwertigem Schmierstoff geschmiert oder (b) wie hergestellt und Muttern mit Molybdänsulfid oder gleichwertigem Schmierstoff geschmiert. Prüfung der Eignung der Garnitur zum Vorspannen sowie die k-klasse K1 mittels Verfahrensprüfung nach DIN EN 14399-1 und DIN EN 14399-2 (Prüflos aus mindestens 10 Schraubengarnituren) Genauigkeit des Anziehgeräts: ± 4 % gemäß Kalibrierbescheinigung Angabe von tabellierten Vorspannkräften und Anziehdrehmomenten 19 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat bearbeiten Nicht genormter Verschraubungsfall mageba 20 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat bearbeiten Verfahrensprüfung mageba 21 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali mageba 39. Deutscher Stahlbautag 11. Oktober 2018 Duisburg
Mastertitelformat Verfahrensprüfungbearbeiten mageba mageba mageba 22 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Erfordernis einer Verfahrensprüfung bearbeiten Verfahrensprüfung bei Verwendung von Einzelkomponenten einer CE-gekennzeichneten Garnitur, Zu einer Garnitur abweichenden Rahmenbedingungen im geplanten Einsatz. Sack- und Durchgangslöcher Kopfseitiger Anzug Abweichende Schmierung Mehrfachverwendungen keine Garnitur nach DIN EN 14399 nicht definierte Anziehparameter etc. 23 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Verfahrensprüfung bearbeiten mittels Anziehversuche Kriterien zur Festlegung geeigneter Anziehparameter Sicheres Einbringen der Zielvorspannkraft F v Vermeidung von Plastizierungen Nr. Grenzkriterium Nr. Grenzkriterium 1 F b min 1,03 F V 2 F Rk,5% 1,03 F V 4 F Rk,95% 0,97 F Mzul 5 F b max 0,97 F Mzul 3 F bm 1,1 F V Erzielte Vorspannkräfte für festgelegte Anziehparameter F b min F b max F bm F Rk,5% F Rk,95% kleinster Messwert größter Messwert Mittelwert der Messwerte 5% Fraktile aller Messwerte 95% Fraktile aller Messwerte F V F Mzul Zielvorspannkraft zulässige Montagevorspannkraft aus Vergleichsspannung infolge Vorspannung und Schubspannung aus Torsionsmoment nach VDI 2230-1 Nach: Hasselmann, U., Valtinat, G., Geschraubte Verbindungen. In: Kuhlmann, U. (Hsg.), Stahlbau Kalender 2002, Berlin, Ernst & Sohn, S. 343 421 24 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Verfahrensprüfungbearbeiten Beispiel: Kopfseitiges Anziehen von HV-Schrauben in Muttern 1 F b min 1,03 F V 2 F Rk,5% 1,03 F V 3 F bm 1,1 F V 4 F Rk,95% 0,97 F mzul 5 F b max 0,97 F Mzul 25 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Verfahrensprüfungbearbeiten Beispiel: Kopfseitiges Anziehen von HV-Schrauben in Muttern F Rk,95% F bm F Rk,5% 1 F b min 1,03 F V 2 F Rk,5% 1,03 F V 3 F bm 1,1 F V 4 F Rk,95% 0,97 F mzul 5 F b max 0,97 F Mzul 26 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Auswertung von Anziehversuchen Mastertitelformat bearbeiten unter Mehrfachverwendung des Innengewindes Beispiel: Vierfaches kopfseitiges Anziehen von HV-Schrauben in HV-Muttern Vorspannkraft-Anziehdrehmoment-Fraktilkurven Anforderungen: F(M) 5 % 1.03 F p,c * F(M) bm 1.1 F p,c * 0.97 F Mzul F(M) 95 % 0.97 F Mzul F p,c * 1.03 F p,c * 1.1 F p,c * Vorspannkraft M A M A,mod = 1.15 M A Eine pauschalisierte Anwendung der hier exemplarisch angegebenen Verhältniswerte auf andere Schraubfälle ist weder zielführend noch zulässig! F(M) 5 % F(M) bm F(M) 95 % Erstanzug 1. Wiederverwendung 2. Wiederverwendung 3. Wiederverwendung Anziehdrehmoment 27 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Auswertung von Anziehversuchen Mastertitelformat bearbeiten unter Mehrfachverwendung des Innengewindes Beispiel: Vierfaches kopfseitiges Anziehen von HV-Schrauben Sacklöcher Vorspannkraft-Anziehdrehmoment-Fraktilkurven Anforderungen: F(M) 5 % 1.03 F p,c * F(M) bm 1.1 F p,c * 0.97 F Mzul F(M) 95 % 0.97 F Mzul Vorspannkraft F p,c * 1.03 F p,c * 1.1 F p,c * M A,mod = 1.1 M A M A Eine pauschalisierte Anwendung der hier exemplarisch angegebenen Verhältniswerte auf andere Schraubfälle ist weder zielführend noch zulässig! F(M) 5 % F(M) bm F(M) 95 % Erstanzug 1. Wiederverwendung 2. Wiederverwendung 3. Wiederverwendung Anziehdrehmoment 28 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat bearbeiten Vorspannen von Garnituren aus nichtrostendem Stahl Bumax 29 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Überarbeitung der bearbeiten EN ISO 3506 Überarbeitung der EN ISO 3506-1 und -2 Mechanische Eigenschaften für Schrauben und Muttern neu f ub = 800 MPa f yb = 600 MPa f ub = 1000 MPa f yb = 800 MPa Auch verfügbar: Hochfeste nichtrostende Schrauben vergleichbar mit hochfesten Kohlenstoffschrauben Bumax 88/109 (A) oder LDX/DX/SDX mit f ub = 800 MPa, f yb = 640 MPa oder f ub = 1000 MPa, f yb = 900 MPa 30 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag IML
DIN EN 15048-1 Mastertitelformat bearbeiten Nicht vorgespannte Schraubenverbindungen Schirm-Produktnorm Fixiert alle aus der Sicht des Stahlbaus wichtigen technischen Anforderungen an Garnituren aus Schrauben, Muttern und Scheiben, ohne auf einzelne spezielle Produkte einzugehen. Zentrale Forderungen Maße und Toleranzen sind in einer europäischen oder internationalen Produktnorm beschrieben in Garnituren lieferbar CE-Kennzeichnung Zusatzkennzeichen SB (Structural Bolting) auf Schrauben und Muttern Beschränkungen hier nur mit Bezug auf nichtrostenden Stahl M12 M36 Nichtrostender austenitischer Stahl Festigkeitsklassen 50, 70, 80 (nach EN ISO 3506-1/-2) (Noch) kein Duplex-Stahl 31 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Allgemeines zur Ausführung bearbeiten Gute Praxis: Anordnung von Scheiben unter dem Schraubenkopf und unter der Mutter Korrosionswiderstand der Schrauben sollte mindestens genauso gut sein wie der Korrosionswiderstand der zu verbindenden Teile z. B. zur Verschraubung von 1.4401 sollten A4- Schrauben oder besser verwendet werden Werkstoffwahl nach DIN EN 1993-1-4 Falsche Werkstoffwahl für Komponenten einer Befestigung aus einem Straßentunnel Schraube nach EN ISO 4014 Scheibe nach EN ISO 7089 Garnitur Mutter nach EN ISO 4032 Scheibe nach EN ISO 7089 Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung, Berlin Komponente Stahlsorte CRC Einschätzung Schraube 1.4567 II Mutter 1.4301 II Rechteckscheibe 1.4404 III Unterlegscheibe 1.4529 V keine ausreichende CRC starke, die Tragfähigkeit gefährdende Korrosion richtige Auswahl keine Korrosion 32 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Anzieheigenschaften Mastertitelformat bearbeiten Bumax LDX M16x100 Gleitmo 1952V Bumax LDX M16x100 Molykote 1000 S bolt force-angle of rotation-curves bolt force-tightening torque-curves ISO 4017 Schraubenkraft-Drehwinkel-Kurven Schraubenkraft-Drehmoment-Kurven 160 Fbi,max 140 160 Fbi,max 140 Fressen Schraubenkraft [kn] bolt force in kn 120 100 80 60 40 Fp,C Fp,C* Schraubenkraft [kn] bolt force in kn 120 100 80 60 40 Fp,C Fp,C* 20 20 0-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Drehwinkel (aufsummiert) [ ] angle of rotation (summed - F p,c) in 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Drehmoment [Nm] tightening torque in Nm Mit einer nicht kalibrierten Standardschmierung (Gleitmo 1952V), die ab Werk appliziert wird, lassen sich die Schrauben zwar vorspannen, allerdings nicht gezielt auf ein definiertes Vorspannkraftniveau Darüber hinaus wird in der Regel die maximal erforderliche Vorspannkraft F bi,max 0.9 f ub A s nicht erreicht Allerdings: mit einer geeigneten Schmierung, z. B. Molykote 1000 S, lassen sich die Vorspanneigenschaften deutlich verbessern! 33 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Fressen / Kaltverschweißen bei hohen Mastertitelformat bearbeiten Vorspannkräften Fressen tritt in der Regel erst bei vergleichsweise hohen Vorspannkräften auf. Fresserscheinungen lassen sich durch Peaks in den Anziehdrehmoment- Drehwinkel-Kurven anhand von unregelmäßigen Kurvenverläufen erkennen. 240 Vorspannkraft/Anziehdrehmoment-Drehwinkel-Kurven Molykote 1000 Spray 2 F gal >> F p,c 180 F p,c = 172 kn 1 Vorspannkraft in kn 120 60 Fressen beim Anziehen in den plastischen Bereich 2i,min = 240 0-1 Anziehdrehmoment in knm 0-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800-2 Drehwinkel mit (F p,c ) = 0 34 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Relaxationsversuche bearbeiten - Vorspannkraftverluste loss of preload [%] loss of preload [%] 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1E-09 0,0000001 0,00001 0,001 0,1 10 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Bumax 109 M16x100 F p,c = 109.9 kn Duplex EN 1.4462 300x150x8 mm plates SS28_P01-02_B05 SS28_P01-02_B06 SS28_P01-02_B07 SS28_P01-02_B08 SS28_P03-04_B09 SS28_P05-06_B10 SS28_P07-08_B11 SS28_P09-10_B12 Log (time) [a] Bumax 109 M16x100 F p,c = 109.9 kn Duplex EN 1.4462 75x75x8 mm plates 0 1E-09 0,0000001 0,00001 0,001 0,1 10 8.6 % 7.7 % 7.3 % 7.1 % 50 50 8.1 % 7.8 % 7.7 % 7.1 % Log (time) [a] 35 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag Höchste Vorspannkraft-Verlustrate Versuchsbeginn, danach abnehmend Kriech-/Relaxationsverhalten vergleichbar mit HV-Schrauben
Mastertitelformat bearbeiten Gleitfeste Verbindungen aus nichtrostendem Stahl Bestimmung der Haftreibungszahl nach Anhang G der DIN EN 1090-2 36 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Gleitfeste Verbindungen nach Mastertitelformat bearbeiten DIN EN 1993-1-8 und DIN EN 1090-2 Gleitfeste Verbindungen - Kategorien B C Gleitfest im GZG Kat. B und GZT Kat. C - Festigkeitsklassen 8.8 und 10.9 Grenzzustand der Tragfähigkeit F t,ed(,ser) Beiwert für Lochdetail k s Normales Lochspiel: k s = 1,0 Anzahl der Gleitfugen Vorspannkraft F p,c F S,Rd(,ser) F p,c F S,Rd(,ser) F v,ed(,ser) F s,rd = s ( Fp,C t,ed ) k n µ 0,8 F γ ( = 1, 25) M3 F v,ed(,ser) Haftreibungszahl µ Externe Zugkraft F t,ed EN 1090-2, 8.4 Oberflächenbehandlung F t,ed(,ser) Teilsicherheistbeiwert γ M3 Gleitflächenklasse Haftreibungszahl µ Oberflächen mit Kugeln oder kantigem Strahlmittel gestrahlt, loser Rost entfernt, nicht körnig. A 0.5 Oberflächen feuerverzinkt nach EN ISO 1461, gesweept und mit Alkali-Zink-Silikat-Beschichtung mit einer Nenndicke von 60 μm. Oberflächen mit Kugeln oder kantigem Strahlmittel gestrahlt: a) mit Alkali-Zink-Silikat-Beschichtung mit einer Nenndicke von 60 μm; b) thermisch spritzaluminiert oder spritzverzinkt oder beides kombiniert auf eine Nenndicke von nicht mehr als 80 µm. B 0.4 B 0.4 Oberflächen feuerverzinkt nach EN ISO 1461 und gesweept (oder gleichwertiger Abrasionsprozess) C 0.35 Oberflächen mittels Drahtbürsten oder Flammstrahlen gereinigt, loser Rost entfernt C 0.3 37 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag Oberflächen im Walzzustand D 0.2
DIN Mastertitelformat EN 1090-2, Anhang bearbeiten G Prüfung einer GV-Verbindung M20 nach DIN EN 1090-2, Anhang G Erweiterte Kriechversuche nach DIN EN 1090-2, Anhang G 38 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Nichtrostender Stahl Mastertitelformat bearbeiten Statische Versuche mit Bumax 88/109-Schrauben (EN ISO 4017) 8.8 Bleche aus nichtrostendem Stahl Austenit (1.4404) - A Duplex (1.4462) - D Lean-Duplex (1.4162) - LD Ferrit (1.4003) - F Austenitische Schrauben M16, FK 8.8/10.9 (Bumax 88/109) Typische Oberflächenbeschaffenheiten 1D Shot Blasted (SB) Grit Blasted (GB) Statische Versuche Kriechversuch Erweiterte Kriechversuche Bumax 88 IML Bumax 109 TU Delft 0.5 1D SB GB 0.5 1D SB GB 39 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat (Vorläufige) Haftreibungszahlen bearbeiten für nichtrostenden Stahl A++ A+ Stahlsorte Duplex 1.4462/ Lean Duplex 1.4162 Austenitic 1.4404/ Ferritic 1.4003 Duplex 1.4462 Oberflächenbehandlung Oberfläche Aluminium Spray Metalized Gemessene Trockenschichtdicke (DFT) 100 mm ± 20 mm Aluminium Spray Metalized Gemessene Trockenschichtdicke (DFT) 100 mm ± 20 mm R z [μm] 40 (vor Beschichung) 40 (vor Beschichung) Gleitflächenklasse Haftreibungszahl A 50 Strahlen (kantiges Strahlgut) Ferritic 1.4003 45 0,5 B Austenitic 45 1.4404 Strahlen (kantiges Strahlgut) Lean Duplex 40 1.4162 0,4 C - - - 0,3 D Austenitic 1.4404 Strahlen (rundes Strahlgut) 35 0,2 E Austenitic 1.4404 Wie hergestellt 25 0,15 µ [-] 0,7 0,6 40 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat Zusammenfassung bearbeiten DASt-Richtlinie 024 für das Anziehen von geschraubten Verbindungen Definition der Anziehparameter in Ergänzung zu DIN EN 1090-2 Vorspannkraftniveaus F p,c nach DIN EN 1090-2 möglich! Kombiniertes Vorspannverfahren zwingend für F p,c * < F V F p,c Modifiziertes Drehmoment-Vorspannverfahren für F V F p,c * Vorgespannte geschraubte Verbindungen aus nichtrostendem Stahl prinzipiell möglich bei geeigneter Einstellung der Parameter Haftreibungszahlen für gleitfeste Verbindungen sind unter Berücksichtigung der Kriecheigenschaften zu ermitteln. Gleitfeste Verbindungen aus nichtrostendem Stahl liefern ohne Beschichtung für mit kantigem Strahlmittel gestrahlte Oberflächen (Grit Blasted GB) Haftreibungszahlen µ 0,5 Der Charme einer Verfahrensprüfung liegt in der Möglichkeit, Lösungen für alternative Verschraubungsfälle zu kreieren. 41 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag
Mastertitelformat bearbeiten Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner Dr.-Ing. Dominik Jungbluth Nariman Afzali, M.Sc. Universität Duisburg-Essen Fakultät Ingenieurwissenschaften Abteilung Bauwissenschaften Institut für Metall- und Leichtbau Prüf- und Zertifizierungsstelle NRW71 Universitätsstr. 15 45141 Essen Bumax Fon: 0201 183-2757 Fax: 0201 183-2710 E-Mail: natalie.stranghoener@uni-due.de dominik.jungbluth@uni-due.de nariman.afzali@uni-due.de Internet: www.uni-due.de/iml 42 www.uni-due.de/iml Prof. Dr. Natalie Stranghöner Dr. Dominik Jungbluth Nariman Afzali 39. Deutscher Stahlbautag