Beschreibung
P 1386 – Entwicklung normativer Grundlagen zum Tragverhalten von zugbeanspruchten Scher- / Lochleibungsverbindungen aus nichtrostendem austenitischen und austenitischen-ferritischen Stahl M12 bisM36
Im Bauwesen werden geschraubte Verbindungen aus nichtrostendem Stahl hauptsächlich als nicht vorgespannte Scher-/Lochleibungsverbindungen, zugbeanspruchte Verbindungen oder als zugbeanspruchte Scher-/Lochleibungsverbindungen überwiegend aus austenitischem und in den letzten Jahren auch vermehrt als austenitischferritischer (Duplex-) Stahl eingesetzt. Die aktuellen normativen Regelungen zur Bemessung von zugbeanspruchten Scher-/Lochleibungsverbindungen aus nichtrostendem Stahl, den sogenannten Kategorie A- und Kategorie D-Verbindungen nach DIN EN 1993-1-8, basieren im Wesentlichen auf den Regelungen für Verbindungen aus Kohlenstoffstahl. Welche Regelung das tatsächliche Tragverhalten nichtrostender Schrauben abbildet, war allerdings völlig unklar und ist Gegenstand des Forschungsvorhabens.
Neben der reinen Abschertragfähigkeit wurde im Forschungsvorhaben auch die ZugAbscher-Interaktion und die Zugtragfähigkeit geschraubter Verbindungen aus nichtrostendem Stahl untersucht. Da nichtrostende austenitische Schrauben aufgrund der Kaltverfestigung im Gewindebereich bei Zugbeanspruchung nicht im Gewinde, sondern im Schaft durch Bruch versagen, ist hier ein deutlich anderes Tragverhalten im Vergleich zu Kohlenstoffstahlschraubengarnituren zu erwarten. Ebenfalls wurde das Lochleibungstragverhalten von nichtrostenden austenitischen und Duplex-Blechen zur Verifikation der bestehenden normativen Regelungen aufgegriffen, allerdings nur in einem kleinen, begrenzten Umfang.
Es konnte aufgezeigt werden, dass wirtschaftlichere Bemessungen der Zug-, Abscherund kombinierten Zug-Abscher-Tragfähigkeit nichtrostender Schrauben möglich sind. Eine Erhöhung der Zugtragfähigkeit Ft,Rd nichtrostender Schrauben mittels k2 = 1,0 ist statistisch abgesichert und folgt damit der ohnehin bereits bestehenden normativen Anforderung der DIN EN ISO 3506-1 hinsichtlich der Mindestbruchkraft Fmf nichtrostender Schrauben mit fub ? As (analog zum Bemessungsansatz des Australian Standard AS 4100). Basierend auf den experimentellen Untersuchungen zur Abschertragfähigkeit Fv,Rd wurden neue Scherfestigkeitskoeffizienten ? für die Bemessung von nicht vorgespannten Schraubverbindungen aus nichtrostendem austenitischem und DuplexStahl für FK 50 bis 100 vorgeschlagen. Es konnte ferner gezeigt werden, dass für alle vorgeschlagenen Scherfestigkeitskoeffizienten ? die ermittelten Teilsicherheitsbeiwerte ?M* für alle Untergruppen unter ?M2 = 1,25 liegen. Im Falle der kombinierten ZugAbscher-Beanspruchung nichtrostender Schrauben wurden unterschiedliche Interaktionsgleichungen bewertet und sowohl für den Fall Schraubenschaft in der Scherfuge als auch Schraubengewinde in der Scherfuge eigene, wirtschaftlichere Interaktionsgleichungen entwickelt. Die bilineare Interaktion nach DIN EN 1993-1-4 liegt für beide Belastungsfälle auf der sicheren, aber auch deutlich unwirtschaftlichen Seite.
Eine wirtschaftlichere Bemessung der Lochleibungstragfähigkeit Fb,Rd von Blechen aus nichtrostendem Stahl ist durch den Ansatz der Bemessungshilfe für nichtrostende Stähle im Bauwesen (4. Auflage) bei gleichzeitig ausreichend hohen Sicherheitsreserven möglich.
Veröffentlichung:
2021
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. habil. N. Stranghöner, Ch. Abraham, M.Sc.
