MB 322 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau

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Merkblatt 322
Durch die Schraubenlöcher in den Anschlusskonstruktionen
wird die Tragfähigkeit dieser Bauteile
beeinträchtigt. Die erforderlichen Nachweise
sind in der DIN EN 1993-1-1 wie folgt geregelt:
Abschnitt 6.2.3 Zugbeanspruchung
Als Bemessungswert der Zugbeanspruchbarkeit
des Nettoquerschnitts längs der kritischen
Risslinie durch die Löcher wird
Nu,Rd = 0,9 · Anet · fu / g M2
angesetzt.
Abschnitt 6.2.4 Druckbeanspruchung
Außer bei übergroßen Löchern oder Lang -
löchern nach DIN EN 1090 müssen Löcher
bei druckbeanspruchten Bauteilen nicht abgezogen
werden, wenn sie mit den Verbindungsmitteln
gefüllt sind.
Abschnitt 6.2.5 Biegebeanspruchung
Löcher für Verbindungsmittel dürfen in zugbeanspruchten
Flanschen vernachlässigt werden,
wenn folgende Bedingung für die Flansche
eingehalten wird:
Af,net · 0,9 · fu / g M2 ≥ Af · fy / g M0
Dabei ist Af die Fläche des zugbeanspruchten
Flansches. Ein Lochabzug im Zugbereich von
Stegblechen ist nicht notwendig, wenn die
o.g. Bedingung für die gesamte Zugzone, die
sich aus Zugflansch und Zugbereich des Stegbleches
zusammensetzt, sinngemäß erfüllt
wird. Außer bei übergroßen Löchern und
Langlöchern müssen Löcher in der Druck -
zone vom Querschnitt nicht abgezogen werden,
wenn sie mit den Verbindungsmitteln
gefüllt sind.
Abschnitt 6.2.6 Querkraftbeanspruchung
Bei Verbindungen ist daher der Nettoquerschnitt
anzusetzen.
5.5 Zugverbindungen der Kategorien D und E
Für Zugverbindungen der Kategorie D (nicht
vorgespannt) dürfen Schrauben der Festigkeitsklassen
4.6 bis 10.9 verwendet werden. Bei der
Kategorie E (vorgespannt) sind in der Regel
hochfeste Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8
und 10.9 einzusetzen. Die Tragfähigkeit einer
Schraube bezüglich einer Zugkraft in Richtung
der Schraubenachse ist mit
Ft,Rd = k2 · fub · As / g M2
zu ermitteln. Als Beiwert ist k2 = 0,9 bei normalen
Schraubenköpfen anzusetzen, jedoch bei
Senkschrauben nur k2 = 0,63. Tabelle 5.7 zeigt
eine Zusammenstellung von Schraubenzugkräften
für gängige Schraubengrößen. Im Ver-
Festig- Schraubengröße
keit
M12 M16 M20 M24 M27 M30
4.6 24,3 45,2 70,6 101,7 132,2 161,6
5.6 30,3 56,5 88,2 127,1 165,2 202,0
8.8 48,6 90,4 141,1 203,3 264,4 323,1
10.9 60,7 113,0 176,4 254,2 330,5 403,9
Tabelle 5.7: Tragfähigkeit Ft,Rd von Schrauben auf Zug
gleich zu den Abscherkräften in Tabelle 5.3, Fall
„Gewinde in der Scherfuge“, sind die Schraubenzugkräfte
bei den Festigkeitsklassen 4.6, 5.6
und 8.8 um 50 % größer, bei der Festigkeitsklasse
10.9 sogar um 80 %.
Bei zugbeanspruchten Schrauben besteht
die Gefahr, dass die Anschlusskonstruktionen
über die Schraubenköpfe hinweg abgerissen
werden. Die Schraubenköpfe werden dabei
durch die Bleche „gestanzt“. Die Tragfähigkeit
einer Schraube bezüglich Durchstanzen ist mit
Bp,Rd = 0,6 · p · dm · tp · fu / g M2
zu ermitteln. Dabei ist dm der Mittelwert aus
Eckmaß und Schlüsselweite des Schrauben -
kopfes oder der Schraubenmutter. Maßgebend
ist der kleinere Wert. tp ist die Blechdicke des
angeschlossenen Bleches. (Anmerkung: Gemäß
DIN EN 1993-1-8 ist tp die Blechdicke der Scheibe.
Dies ist offensichtlich nicht zutreffend.) Das
Durchstanzen ist in der Regel nicht maßgebend,
weil aufgrund der Blechbiegung entsprechend
dicke Bleche benötigt werden. Beispielsweise
erhält man für eine Schraube M30 der Festigkeitsklasse
10.9 und ein 15 mm dickes Blech
aus S 235 die folgende Durchstanzkraft:
Bp,Rd = 0,6 · p · (5,0 + 5,54) / 2 · 1,5 · 36,0 / 1,25
= 429 kN
Der Vergleich mit der maximalen Schraubenzugkraft
von 403,9 kN (siehe Tabelle 5.7)
zeigt, dass das Durchstanzen für tp ≥ 15 mm bei
Schrauben bis M30 der Festigkeitsklasse 10.9
nicht maßgebend ist.
Zugkräfte können in Schrauben nur eingeleitet
werden, wenn sie durch Bleche dorthin
übertragen werden. Die Bleche werden dabei
durch Biegemomente beansprucht (Blechbiegung).
Häufig ist die Blechbiegung das maßgebende
Tragfähigkeitskriterium und muss daher
unbedingt beachtet werden. In der Regel wird
die Biegemomententragfähigkeit eines Bleches