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EFB-Forschungsbericht Nr. 355

Bemessungskonzept für SRB-Verbindungen in Stahl- und Aluminiumblechen

efb355

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner, Dipl.-Ing. Ralf Glienke, Fraunhofer Anwendungszentrum Großstrukturen in der Produktionstechnik Rostock

216 Seiten (sw 114, teils farbige Abb., 68 Tab. )

ISBN: 978-3-86776-395-0

Preis (Digital) EUR 61,50

Preis (Print) EUR 69,00

Zusammenfassung

Zur Beschreibung des Tragverhaltens und zur Ableitung eines Bemessungskonzeptes von Verbindungen mit Schließringbolzen (SRB) in Stahl- und Aluminiumblechen wurden im Rahmen des Forschungsprojektes erstmalig grundlegende und systematische experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die zu einem allgemeinen Bemessungskonzept für Schließringbolzen führen.

Ausgehend von den umfassenden Auslegungsrichtlinien für Standardschraubenverbindungen aus dem Stahlbau und Maschinenbau, musste ein Konzept zur Durchführung und Bewertung von Versuchen zur Ermittlung von Bemessungsregeln für Schließringbolzen unter Quer- und Axialkraftbeanspruchung entwickelt werden. Der rechnerische Nachweis für die Tragsicherheit erfolgt auf der Basis moderner Bemessungskonzepte getrennt für Fügeteilwerkstoff und Fügeelement. Zu beachten sind hier der Eurocode 3 (DIN EN 1993-1-1, -3, -9 [1]) für die stahlbaulichen Anwendungen und die VDI-Richtlinie 2230 [2] für den Maschinenbau.

Zwischen den beiden Normenkonzepten gibt es einen wesentlichen Unterschied: Eine Schraubenverbindung nach der VDI 2230 hat die Aufgabe, Bauteile so miteinander zu verbinden, dass das Auftreten von Schlupf oder das Auseinanderklaffen verhindert wird. Im Stahlbau hingegen ist das Abheben der Bauteile (Auseinanderklaffen) infolge Längszugbeanspruchung (Kopfzug) zugelassen. Zur Ermittlung der Tragfähigkeitskennwerte planmäßig und nicht planmäßig vorgespannter Schließringbolzenverbindungen wurde ein umfassendes Prüfprogramm entwickelt, welches sich an früheren Untersuchungen zur Charakterisierung von Schraubenverbindungen orientiert. Hiermit konnten statistisch abgesicherte Versuche durchgeführt und bewertet werden.

Im Vorfeld der Erarbeitung eines allgemeinen Bemessungskonzeptes mussten folgende Untersuchungen organisiert werden:
-    Definition der Montagevorspannkraft und des Spannungsquerschnittes von Schließringbolzen,
-    Charakterisierung des Tragverhaltens bei Quer- und Axialkraftverbindungen sowie
-    Ermittlung von Haftreibungszahlen nach DIN EN 1090-2, Anhang G [3].

Zur Bewertung der Versuchsergebnisse wurde das jeweilige Tragverhalten in den Eurocode 3 eingeordnet, so dass es erstmalig möglich ist Schließringbolzenverbindungen und Schraubenverbindungen gleichermaßen rechnerisch auszulegen. Auf derartige Versuchsergebnisse konnte bislang noch nicht zurückgegriffen werden.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Bemessungskonzept für SRB-Verbindungen in Stahl- und Aluminiumblechen“ wurde unter der Fördernummer AiF 16288BR von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF)
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 355 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Formelzeichen
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielstellung des Projektes
1.3 Begriffliches
2 Stand der Technik
2.1 Ausführungsformen von Schließringbolzenverbindungen
2.2 Bemessung mechanisch gefügter Verbindungen
2.2.1 Bemessung im Bauwesen
2.2.2 Bemessung im Maschinen- und Schienenfahrzeugbau
2.3 Grundlagen der Kraftübertragung
2.3.1 Allgemeines
2.3.2 Scherbeanspruchte Verbindungen
2.3.3 Zugbeanspruchte Verbindungen
2.4 Anforderungen an die Konstruktion
2.4.1 Loch- und Randabstände
2.4.2 Schnittigkeit der Verbindung
2.4.3 Dauerhaftigkeit
3 Konzept zur Ermittlung von Bemessungskennwerten
3.1 Versuchsgestützte Bemessung
3.2 Methoden zur Ermittlung der Vorspannkraft
3.3 Kennwertermittlung zum Nachweis von Scherverbindungen
3.4 Scher-Lochleibungsverbindungen
3.4.1 Tragversuche nach PETERSEN
3.4.2 Versuchsprogramm
3.4.2.1 Zugversuche am Grundwerkstoff der Mittellaschen
3.4.2.2 Zug- und Scherversuche an Schließringbolzen
3.4.2.3 Tragversuche an zweischnittigen SL-Verbindungen
3.4.3 Versuchseinrichtung und -durchführung
3.4.3.1 Zugversuche am Grundwerkstoff nach DIN EN ISO 6892-1
3.4.3.2 Zugversuche an SRB nach PETERSEN
3.4.3.3 Scherversuche an SRB in Anlehnung an DIN 50141
3.4.3.4 Tragversuch an SL-Verbindungen nach PETERSEN
3.5 gleitfest vorgespannte Verbindungen
3.5.1 Bestimmung der Haftreibungszahl nach DIN EN 1090-2
3.5.2 Versuchsprogramm
3.5.3 Dimensionierung der Prüfkörper
3.5.4 Versuchseinrichtung und –durchführung
3.6 Längszugverbindungen
3.6.1 Versuchsprogramm
3.6.2 Versuchseinrichtung und –durchführung
4 Experimenteller Befund
4.1 planmäßiges Vorspannen mit Schließringbolzen
4.1.1 Charakteristik des Vorspannens
4.1.2 Publizierte Vorspannkräfte bei Schließringbolzen
4.1.3 Bewertung der Versuchsergebnisse
4.2 Tragversuche an Scher-Lochleibungsverbindungen
4.2.1 Ergebnisse der Zug- und Scherversuche an Schließringbolzen
4.2.2 Ergebnisse der Versuche zur Ermittlung der Lochleibungstragfähigkeit
4.2.3 Bewertung der Versuchsergebnisse
4.2.3.1 Abscherbeiwert αa
4.2.3.2 Lochleibungsbeiwert αl
4.3 Tragversuche an gleitfest vorgespannten Verbindungen
4.3.1 Bewertung der Versuchsergebnisse
4.4 Tragversuche an Längszugverbindungen
4.4.1 Bewertung der Versuchsergebnisse
5 Bemessungsvorschlag
5.1 Allgemeines
5.2 Kategorien von Schließringbolzenverbindungen
5.3 Vorspannkraft
5.4 Rand- und Lochabstände
5.5 Lochen
5.6 Scherverbindung
5.6.1 Kategorie A: Scher-Lochleibungsverbindung
5.6.2 Kategorie B: gleitfeste Verbindung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit
5.6.3 Kategorie C: gleitfeste Verbindung im Grenzzustand der Tragfähigkeit
5.7 Zugverbindungen
5.7.1 Kategorie D: nicht vorgespannt
5.7.2 Kategorie E: vorgespannt
5.8 Oberflächenvorbehandlung
5.9 Ergänzende Regelungen und Einschränkungen
6 Zusammenfassung und Ausblick
Literaturverzeichnis
Anhangverzeichnis