MB 322 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau

Abb. 4.2: Ein- und zweischnittige SL-Verbindungen
Die Tragfähigkeit von SL-Verbindungen wird
bei vorwiegend ruhender Belastung durch drei
mögliche Versagensarten begrenzt. Sie sind anhand
eines Beispiels in Abb. 4.3 dargestellt.
Wenn man dicke, breite Bleche mit Schrauben
verbindet, die im Vergleich zu den Blechen
kleine Durchmesser haben, kommt es zum Abscheren
der Schraubenschäfte. Bei vergleichs-
Abb. 4.3: Mögliche Versagensarten bei einer SL-Verbindung
Geschraubte Verbindungen im Stahlbau
weise dünnen Blechen kann der Lochleibungsdruck
auf die Bleche so groß werden, dass ein
unzulässiges Aufweiten der Löcher bzw. Aus -
reißen der Bleche das maßgebende Versagenskriterium
ist. Die Rand- und Lochabstände müssen
daher ausreichend groß sein. Die dritte Versagensart
ergibt sich, wenn Schrauben mit großem
Durchmesser im Vergleich zur Breite der
Bleche die Tragfähigkeit der Bleche so stark
reduzieren, dass das Blech im Nettoquerschnitt
versagt.
Aufgrund der drei möglichen Versagensarten
in Abb. 4.3 ergeben sich Schubspannungen im
Schraubenschaft (a), Lochleibungsdruckspannungen
zwischen Blech und Schraubenschaft
(b) sowie Zugnormalspannungen im Blech mit
Lochschwächung (c). Die Spannungen haben
nach der Elastizitätstheorie stark nichtlineare
Verläufe in den Schrauben und Blechen. Zur anschaulichen
Erläuterung sind die qualitativen
Spannungsverläufe in Abb. 4.4 skizziert.
Da geschraubte Verbindungen duktiles Verhalten
aufweisen, plastizieren bei Steigerung
der Belastung Teile der Konstruktion, so dass
Spannungsspitzen abgebaut und die Spannungsverteilungen
vergleichmäßigt werden. Bei weiterer
Laststeigerung bis hin zur Grenztragfähigkeit
ergeben sich näherungsweise konstante
Spannungsverteilungen (Abb. 4.4c). Für die Bemessung
von geschraubten Verbindungen werden
daher folgende Verteilungen angenommen:
a) konstante Schubspannungen ta im Schraubenschaft
b) konstanter Lochleibungsdruck σl im Blech
über Blechdicke und Schraubenschaftdurchmesser
c) konstante Normalspannungen σx im Nettoquerschnitt
des Bleches
Die Annahme konstanter Spannungen ist
eine Näherung, die die Berechnung erleichtern
soll. Sie führt zu einer ausreichend sicheren Bemessung,
da die zulässigen Beanspruchbarkeiten,
Konstruktionsregeln und Bemessungsvorschriften
auf diese Annahme abgestimmt sind. Zu
beachten ist jedoch, dass ausreichend duktiles
Tragverhalten nur bei vorwiegend ruhender Belastung
vorausgesetzt werden kann. Wenn die
Ermüdung eine Rolle spielt, haben Spannungsspitzen
große Bedeutung.
Das in diesem Abschnitt beschriebene Tragverhalten
gilt für Schrauben mit glattem Schaft
(„Stahlbauschrauben“) und Schrauben mit Gewinde
bis zum Schraubenkopf. Die Berechnung
der Schraubenkräfte in SL-Verbindungen wird
in Abschnitt 4.5 behandelt, die Bemessung in
Abschnitt 5.4.
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