MB 322 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau

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28 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
der Breite b und der Dicke t nach der Plastizitätstheorie wie folgt bestimmt: Mpl,Rd = 0,25 · b · t 2 · fy / g M0 Einzelheiten der Nachweisführung werden in Abschnitt 5.12 behandelt. 5.6 Kombination Scher-/Lochleibung und Zug Sofern Schrauben durch Scherkräfte (Kat. A) und gleichzeitig durch Zugkräfte (Kat. D und E) beansprucht werden, ist diese Kombination mit der folgenden Bedingung nachzuweisen: Fv,Ed Ft,Ed –––––– + ––––––––––––– ≤ 1,0 Fv,Rd 1,4 · Ft,Rd 5.7 Scherverbindungen der Kategorien B und C Gemäß Tabelle 1.1 handelt es sich um gleitfeste Verbindungen, bei denen die Kräfte durch Reibung übertragen werden. Sie werden in der Baupraxis relativ selten eingesetzt und daher hier nicht im Detail behandelt (siehe auch Abschnitt 4.3). 5.8 Lange Scherverbindungen Wenn der Abstand Lj zwischen den Achsen des ersten und des letzten Verbindungsmittels in einem langen Anschluss, gemessen in Richtung der Kraftübertragung, mehr als 15 · d be- Abb. 5.1: Abminderungsfaktor für lange Scherverbindungen Geschraubte Verbindungen im Stahlbau trägt, so ist in der Regel der Bemessungswert der Abschertragfähigkeit Fv,Rd (siehe Abschnitt 5.4) aller Verbindungsmittel mit einem Abminderungsbeiwert bLf abzumindern. Er kann wie in Abb. 5.1 angegeben bestimmt werden. Wenn man eine Abminderung so weit wie möglich vermeiden will, sollten für den Lochabstand p1 die kleinsten Abstände, also p1 = 2,2 · d0, gewählt werden. Die Abminderung wird erst dann wirksam, wenn mehr als n = 1 + 6,8 d / d0 Schrauben nebeneinander angeordnet werden. 5.9 Einschnittige Scherverbindungen mit einer Schraubenreihe In einschnittigen Anschlüssen mit nur einer Schraubenreihe sollten Scheiben sowohl unter dem Schraubenkopf als auch unter der Mutter eingesetzt werden. Die Lochleibungstragfähigkeit Fb,Rd der Schrauben ist zu begrenzen auf: Fb,Rd ≤ 1,5 fu · d · t / gM2 Im Vergleich zur Ermittlung von Fb,Rd in Abschnitt 5.4 bedeutet dies, dass ab · k1 = 1,5 angesetzt wird, also 60 % des maximal möglichen Wertes. Bei Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8 und 10.9 in einschnittigen Anschlüssen mit nur einer Schraube oder einer Schraubenreihe sind in der Regel gehärtete Scheiben zu verwenden. Abb. 5.2: Einschnittige Verbindung mit einer Schraubenreihe 5.10 Einschenklig angeschlossene Winkel unter Zugbelastung Die Exzentrizität von Anschlüssen sowie die Einflüsse von Loch- und Randabständen der Schrauben sind in der Regel bei der Bestimmung der Tragfähigkeiten von unsymmetrischen Bauteilen und symmetrischen Bauteilen, deren Anschluss unsymmetrisch erfolgt, z.B. bei einseitig angeschlossenen Winkeln, zu berücksichtigen. Einschenklig mit einer Schraubenreihe angeschlossene Winkel, siehe Abb. 5.3, dürfen wie zentrisch belastete Winkel bemessen werden, wenn die Tragfähigkeit Nu,Rd mit einem effektiven Nettoquerschnitt wie folgt bestimmt wird: 29
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