MB 322 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau

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16 Merkblatt 322 3 Herstellen von geschraubten Verbindungen 3.1 Vorbemerkungen Das Herstellen von geschraubten Verbindungen kann in die Herstellung im Werk und das Herstellen auf der Baustelle unterteilt werden. Die Arbeitsvorgänge, die im Werk oder in einer Fertigungshalle ausgeführt werden, z.B. das Herstellen der Löcher und das Aufbringen des Korrosionsschutzes, können als Herstellung im Werk bezeichnet werden. Die Herstellung auf der Baustelle umfasst u.a. das Ausrichten der Bauteile und das Verbinden mit den Schrauben. Dazu gehören z.B. das Aufbringen der planmäßigen Vorspannung und die Kontrolle der geschraubten Verbindungen. Die normative Grundlage zur Herstellung von geschraubten Verbindungen ist DIN EN 1090-2. In dieser Norm sind die Regelungen enthalten, die für die Herstellung geschraubter Verbindung von Bedeutung sind. Darüber hinaus enthält der nationale Anhang der DIN EN 1993-1-8 ergänzende Regelungen, die bei der Herstellung von geschraubten Verbindungen zu beachten sind. 3.1 Schraubenlöcher Um eine Schraube durch das vorbereitete Loch stecken zu können, ist es erforderlich, Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen. Aus diesem Grund werden die Schraubenlöcher etwas größer gebohrt als der Durchmesser des Schraubenschaftes beträgt. Die Differenz wird als Lochspiel Dd bezeichnet und ist vom Durchmesser der Schraube abhängig. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Langlöcher auszubilden, um Verschiebungen der geschraubten Verbindung in einer festgelegten Richtung zuzulassen. In Tabelle 3.1 sind die Nennlochspiele von normalen runden und übergroßen runden Löchern sowie von kurzen und langen Langlöchern angegeben. Für normale runde Schraubenlöcher bei kleinen Schraubendurchmessern (M12) sind nach DIN EN 1090-2 etwas kleinere Löcher zu bohren als nach DIN 18800-7. Werden jedoch die Schraubenlöcher für Schrauben M12 wie in DIN 18800-7 mit einem Lochspiel von 2 mm ausgeführt, so muss der Bemessungswert der Abschertragfähigkeit kleiner sein als der Bemessungswert der Lochleibungstragfähigkeit. Zusätzlich ist bei hochfes - ten Schrauben die Abschertragfähigkeit um 15 % zu reduzieren. Bei geschraubten Verbindungen mit übergroßen runden Löchern ist die Lochleibungstragfähigkeit um den Faktor 0,8 abzumindern, bei Langlöchern quer zur Längsachse um den Faktor 0,6. Nach DIN EN 1993-1-1 ist der Schlupf in Schraubenlöchern bei der Tragwerksberechnung zu berücksichtigen, falls er maßgebend ist. Für Passschraubenverbindungen haben die Schraubenlöcher den gleichen Nenndurchmesser wie der Schaft (Dd = 0 mm). Während sich für die normalen Löcher kaum Änderungen ergeben, sind die Regelungen bei Passschraubenverbindungen gegenüber der DIN 18800-7 (Dd = 0,3 mm) in der Form so verändert worden, dass sie nun der Toleranzklasse H11 entsprechen müssen. Die Abweichungen dürfen dementsprechend bis zu Dd = 0,16 mm je nach Durchmesser betragen. Aufgrund der hohen Passgenauigkeit und des damit verbundenen hohen Montageaufwands werden in der Regel normale Schrauben den Passschrauben vorgezogen. Lochdefinition Schraubengröße Normale runde Löcher Übergroße runde Löcher Kurze Langlöcher (in der Länge) Lange Langlöcher (in der Länge) M12 M16 und M24 M27 und M20 größer 1 2 2 3 3 4 6 8 4 6 8 10 1,5 · d Tabelle 3.1: Nennlochspiel Dd in mm bei Schrauben und Bolzen nach DIN EN 1090-2 Bezüglich Tabelle 3.1 sind folgende Anmerkungen zu beachten: Bei Anwendungsfällen, wie z.B. bei Türmen oder Masten, muss das Nennlochspiel für normale runde Löcher um 0,5 mm abgemindert werden, sofern nichts anderes festgelegt wird. Bei beschichteten Verbindungsmitteln M12 mit normalen runden Löchern kann das Nennlochspiel von 1 mm um die Überzugdicke des Verbindungsmittels erhöht werden. Bei Schrauben in Langlöchern muss das Nennlochspiel in Querrichtung gleich dem für normale runde Löcher beim entsprechenden Durchmesser sein.
3.2 Korrosionsschutz Grundsätzlich gilt nach DIN EN 1090-2 der Grundsatz, dass eine vergleichbare Korrosionsbeständigkeit der Verbindungsmittel und der anzuschließenden Bauteile bestehen soll. Nach der Herstellung der Konstruktionsteile oder nach der Montage der Bauteile erhalten die Schrauben den gleichen Korrosionsschutz durch Überzüge (z.B. Anstrich oder Verzinkung) wie die Stahlkonstruktion. Bei verzinkten Konstruktionen sind verzinkte Schrauben zu verwenden. Immer häufiger werden auch bei nicht verzinkten Konstruktionen verzinkte Schrauben ein - gesetzt. Bei wetterfesten Stählen werden entsprechende wetterfeste Schrauben verwendet. Für mechanische Verbindungselemente aus nichtrostenden Stählen gelten gemäß der bauaufsichtlich eingeführten Zulassung Z 30.3-6 die technischen Lieferbedingungen nach DIN ISO 3506 Teil 1 und 2. Stahlbauteile werden zum Schutz gegen Korrosion häufig feuerverzinkt. Die Montage dieser Teile erfolgt mit feuerverzinkten Schrauben, deren technische Lieferbedingungen in DIN EN ISO 10684 geregelt sind. Werden feuerverzinkte oder galvanisch verzinkte Schrauben verwendet, so ist die komplette Schraubengarnitur entsprechend beschichtet. Auch hochfeste Schrauben werden vorwiegend in feuerverzinkter Ausführung verwendet. Die namhaften Schraubenhersteller sind heute in der Lage, auch hochfeste Schrauben so zu verzinken, dass Wasserstoffversprödung, Sprödbruchanfälligkeit und Spannungsrisskorrosion in der Flüssigzinkphase ausgeschlossen werden können. 3.3 Anziehen und Vorspannen von geschraubten Verbindungen 3.3.1 Handfestes Anziehen Nach DIN EN 1090-2 sind geschraubte Verbindungen mindestens „handfest“ anzuziehen. Damit ist gemeint, dass der Schraubenkopf bzw. die Mutter flächig aufliegt und das Klemmpaket keine klaffenden Fugen aufweist. Die Ausnahme sind Fälle, bei denen im mittleren Bereich der Verbindung ein Anliegen der Kontaktflächen erreicht wird und kein planmäßiger Kontaktstoß festgelegt ist. Bei diesen Verbindungen dürfen bei Konstruktionsmaterialien mit t ≥ 4 mm bei Blechen und t ≥ 8 mm bei Profilquerschnitten bis zu 4 mm große Spalte zwischen den Kanten verbleiben. Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Inwieweit durch das handfeste Anziehen fest definierte Vorspannkräfte bzw. Anziehmomente aufzubringen sind, ist in DIN EN 1090-2 nicht geregelt. Als Anhaltswert wird in [3] empfohlen, 10 % der Mindestvorspannkraft für hochfeste Schraubengarnituren zu wählen. Die dadurch aufgebrachte Vorspannkraft ist selbst bei Schrauben der Festigkeitsklasse 4.6 mit ca. 25–30 % der Streckgrenze als akzeptabel zu bewerten. 3.3.2 Vorspannung von hochfesten Schraubengarnituren Für vorgespannte geschraubte Verbindungen (Kategorien B, C und E nach Tabelle 1.1) sind Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8 und 10.9 nach DIN EN 14399 zu verwenden (siehe Tabelle 2.2). Vorspannverfahren und Anforderungen an die Vorspannung geschraubter Verbindungen sind in DIN EN 1090-2 und im nationalen Anhang zur DIN EN 1993-1-8 geregelt. Als Vorspannkraft für gleitfeste Verbindungen (Kategorien B und C) und für Verbindungen der Kategorie E ist in der Regel die Mindestvorspannkraft wie folgt anzusetzen: Fp,C = 0,7 · fub · As Für die Vorspannung als Qualitätssicherungsmaßnahme und für nicht voll vorgespannte Verbindungen der Kategorie E darf eine Vorspannkraft von bis zu Fp,C* = 0,7 · fyb · As ausgeführt werden. Sie kann mit den in Tabelle 3.4 aufgeführten Verfahren aufgebracht werden. Die geringere Vorspannkraft Fp,C* wird nach - folgend als Regelvorspannkraft und Fp,C als volle Vorspannkraft bezeichnet. Für die Sicherung der Garnitur gegen Lockern reicht in der Regel eine reduzierte Vorspannung von 50 % von Fp,C* aus. Die volle Vorspannkraft Fp,C (70 % der Zugfestigkeit) wird z.B. zur Sicherstellung der Reibungskraft für gleitfeste Verbindungen der Kategorien B und C benötigt, während die Regelvorspannkraft Fp,C* (70 % der Streckgrenze) als gebrauchstauglichkeitsorientiert angesehen werden kann. Für vorgespannte Schrauben mit voller Vorspannung Fp,C dürfen in der Regel nur Schrauben nach DIN EN 14399-3 (HR) und 14399-4 (HV) mit den zugehörigen Muttern und Scheiben verwendet werden. Zum Aufbringen der vollen Vorspannkraft sind nach DIN EN 1090-2 verschiedene Vorspannverfahren zugelassen. Hierbei sind besonders das Drehmomentverfahren und das kombinierte 17
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