Stahlbau Grundlagen - uni- · PDF fileDorka| Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 24....
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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
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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
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Schraubverbindungen
Bezeichnungssystem der Festigkeitsklassen
5
Tabelle 1 DIN EN ISO 898-1
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Mechanische und physikalische Eigenschaften, Tab. 3 DIN EN ISO 898-1
Schraubverbindungen
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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)
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aus [3]
Abscheren
Versagensarten Scher-/Lochleibungsverbindungen
Schraubverbindungen
8
aus [7]
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( ) ( ) ( )Von Mises Spannung :
σ σ σ σ σ σ σ = − + − + −
2 2 21
1 2 2 3 3 12
Lochleibung
Schraubverbindungen
Versagensarten Scher-/Lochleibungsverbindungen
9
( ) ( ) ( )Von Mises Spannung :
σ σ σ σ σ σ σ = − + − + −
2 2 21
1 2 2 3 3 12
aus [7]
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Lochleibung: Einfluss der Loch- und Randabstände
Versagensarten Scher-/Lochleibungsverbindungen
Schraubverbindungen
10
( ) ( ) ( )Von Mises Spannung :
σ σ σ σ σ σ σ = − + − + −
2 2 21
1 2 2 3 3 12
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Nettoquerschnitt
Versagensarten Scher-/Lochleibungsverbindungen
Schraubverbindungen
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( ) ( ) ( )Von Mises Spannung :
σ σ σ σ σ σ σ = − + − + −
2 2 21
1 2 2 3 3 12
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Endquerschnitt (Schub)
Versagensarten Scher-/Lochleibungsverbindungen
Schraubverbindungen
12
( ) ( ) ( )Von Mises Spannung :
σ σ σ σ σ σ σ = − + − + −
2 2 21
1 2 2 3 3 12
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Kraft-Verformungsbeziehungen
Schraubverbindungen
13
Kraft- Verschiebungsdiagramm für Scherverbindungen
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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
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αγ
⋅ ⋅ ⋅ ⋅= b ub,Rd
M
k f d tF 1
2
Schraubverbindungen
Lochleibung nach DIN EN 1993-1-8, Tab. 3.4
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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
: Teilsicherheitsbeiwert2
Schraubverbindungen
Zugversuch
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aus [7] aus [3]
γ
S
u,b,k
M
A : Spannungsquerschnittsfläche
f : Charakteristischer Wert der Zugfestigkeit des Schraubenwerkstoffes
: Teilsicherheitsbeiwert2
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
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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
: Teilsicherheitsbeiwert2
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
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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
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µg,R,dV :Grenzgleitkraft
: Reibungszahl
Fv : Vorspannkraft der Schraube
N: Zugkraf tan teil der Schraube
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Normalkraft
Schraubverbindungen
Vorgespannte Schrauben
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Vorgespannte Schraube mit gezogenem
Schaft und gedrückten Kontaktflächen
Last
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Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze
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aus [7]
Teiltragfähigkeit, VerbindungssteifigkeitMj,Rd Anschlußgrenzmoment
MEd Bemessungsmoment
Sj,ini Anfangssteifigkeit
Sj Sekantensteifigkeit
ΦCd Rotationskapazität
Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze
22
Momenten –Rotations-Charakteristik eines Riegel-Stützenanschlusses
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aus [1]
Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze
23
Klassifizierung nach der Steifigkeit Klassifizierung nach der Tragfähigkeit
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aus [4]
Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze
Versagensarten
aus [1]
24Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau
Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze
25
Stirnplattenstoß mit überstehender Stirnplatte und vereinfachtes Modell zur Übertragung der Gurtkräfte
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aus [5]
Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze
Abmessungen
Der äquivalente T-Stummel
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aus [1]
Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze
Versagensmodelle für den T-Stummel:
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aus [6]
Anschlusskonstruktion: Riegel-Stütze
Fließlinien- und Fließkegelmuster
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Nicht kreisförmiges Muster kreisförmiges Muster aus [5]
Schweißverbindungen
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aus [7]
Schweißverbindungen
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Schweißverbindungen- Kehlnaht
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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
Schweißverbindungen- Kehlnaht
( ) ( )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:
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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
Schweißverbindungen- Kehlnaht
Vereinfachter Nachweis für Kehlnaht nach 4.5.3.3:
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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
Schweißverbindungen
34
w w w
IIw
A l a
FA
τ
= ⋅ ⋅
=
2
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Schweißverbindungen
35
z y
y
IIw
V ST
I
Ta
τ
⋅=
=⋅2
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yI
y
M
Wσ =
Schweißverbindungen
36
zI
w
VA
τ =
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[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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