Förderpreis des Deutschen Stahlbaues 2008 - Bauen mit Stahl

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Förderpreis des Deutschen Stahlbaues 2008 26 Nichtlinearer Längskraft- und Biegemomentverlauf in den Schrauben vorgespannter T-Stummel Lob Daniel König Technische Universität Darmstadt/ Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik Dipl.-Ing. Tomas Göpfert Bild 1: In Prüfmaschine eingespannter Prüfkörper mit Anschluss DAST-typisierte Verbindung IH 3.1 A 20 20 Bild 2: Starkes Klaffen der Kontaktfuge im Zustand des Kantentragens bei Anschluss DAST-typisierte Verbindung ICH 3.1 A 28 24 Bild 3: Krümmung der Stirnplatte durch Schweißeigenspannungen bei Anschluss DAST-typisierte Verbindung ICH 3.1 A 60 27 Laudatio der Jury In der Arbeit wird der Geltungsbereich des von Lehmann für Ringflanschverbindungen vorgeschlagenen Modells des elastisch gebetteten Balkens auf die Quantifizierung des Längskraftund Biegemomentenverlaufs in den Schrauben vorgespannter T-Stummel ausgeweitet. Hierfür wurden als Ansatzfunktion Parabeln 4. bzw. 3. Ordnung gewählt, deren Parameter durch Versuche angepasst wurden. Mit dem entwickelten, nichtlinearen Verfahren kann der Schnittkraftzustand in den Schrauben vorgespannter T-Stummel in erster Näherung quantifiziert werden. Die klar strukturierte, methodische Untersuchung regt zur Fortsetzung der Forschungsaktivität an. Konzept Bisher gibt es kein Modell, in dem der Zusammenhang zwischen der äußeren Zugkraft an einem vorgespannten T-Stummel und den in den Schrauben herrschenden Normalkräften und Biegemomenten erfasst wird. Ausgehend von dem Berechnungsmodell von LEHMANN für L-Flansche wurde das Modell des elastisch gebetteten Balkens auf T-Stummel übertragen. Dies konnte durch Anbringen einer verschieblichen Einspannung auf der vertikalen Symmetrieachse, anstatt des von LEHMANN verwendeten freien Endes, erreicht werden. Im Stabwerksprogramm RSTAB wurde das Modell für drei verschiedene Geometrien umgesetzt und es wurden die Schraubenkraft und das Moment in der Schraube für verschiedene äußere Zugbelastungen berechnet. Die sich ergebenden Verläufe entsprachen qualitativ den Verläufen von L-Flanschen. Anhand von je einem Zugversuch pro Versuchsgeometrie sollte die Qualität des Berechnungsmodells bestimmt werden. Für zwei Versuchskörper konnte eine gute Übereinstimmung der Schraubenkräfte von Rechnung und Versuch festgestellt werden, wenn die durch Schweißeigenspannungen aufgetretenen Imperfektionen (Krümmung der Flansche) berücksichtigt wurden. Bei den Biegemomenten waren die Übereinstimmungen geringer, was aber auch auf die unsicheren Messergebnisse zurückzuführen war. Des Weiteren wurde nach einer analytischen, nichtlinearen Näherungslösung gesucht. Die Verläufe teilen sich in vier Bereiche mit unterschiedlichen statischen Systemen auf. Für die drei Versuchskörper wurden die Verläufe aus einem Parabelteil mit anschließender Geraden nachgebildet. Es wurde eine Parabel 4. Ordnung für die Längskraft und einer Parabel 3. Ordnung für das Biegemoment der Schraube angenähert. Die Steigungen der linearen Verläufe wurden aus dem Modell des Kantentragens gewonnen. Die Näherungslösung liefert für die drei Versuchskörper akzeptable, aber nicht auf der sicheren Seite liegende Ergebnisse. Durch die Suche weiterer Fixpunkte auf dem Kurvenverlauf kann die Güte der Näherungslösung verbessert werden. Zusätzlich sollte in das Modell die Möglichkeit zur Berücksichtigung von Imperfektionen eingebaut werden. Weitere Versuche mit unterschiedlichen Geometrien werden angeregt.
Untersuchung des Setzverhaltens von hochfest vorgespannten Schraubenverbindungen unter zyklischer Beanspruchung Lob Sebastian Proff Technische Universität Darmstadt/ Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange Dipl.-Ing. Roland Friede Laudatio der Jury Die Arbeit untersucht das unterschiedlicheVorspannungsabfallverhalten von planmäßig vorgespannten Schraubenverbindungen im Stahlbau unter Berücksichtigung der gängigen Beschichtungssysteme und deren Zähigkeit. Die mit Experimenten sorgfältig unterlegte Ausarbeitung gibt bedenkenswerte Anstöße, das Verhalten weiterer Beschichtungsstoffe und Schichtdicken bei Verbindungen unter 100 % Vorspannung und vorwiegend nicht ruhender Beanspruchung weiter systematisch zu untersuchen. Konzept Bei der Korrosionsbeschichtung von Stahlbauteilen im Werk wird auch Beschichtungsstoff auf die Kontaktflächen von planmäßig vorgespannten Scher-Lochleibungs- Verbindungen (SLV-Verbindungen) aufgetragen. Die Dicke der im Kraftfluss liegenden Beschichtung kann die Längenänderung der Schraube durch das Vorspannen um ein Vielfaches übertreffen. Hierdurch kann es zu einem Abfall der Vorspannkraft durch Her- ausquetschen der Beschichtung aus der Trennfuge der Verbindung (Setzen) kommen. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss einer wechselnden Scherbeanspruchung mit Gleitung in der Trennfuge von hochfest vorgespannten (HV) Schraubenverbindungen zu untersuchen. Dabei wurden zwei verschiedene Beschichtungssysteme (auf Epoxidharzbasis bzw. Alkydharzbasis) in je zwei Schichtdicken (70 bzw. 80 µm) und unbeschichtete Probekörper betrachtet. Der Einfluss der Schichtdicke bestätigte sich, bei den dickeren Beschichtungen wurde mehr Material aus der Trennfuge herausgerieben, als bei den dünneren. Der höhere Abfall der Vorspannung entsprach aber nicht dem Verhältnis der Schichtdicken, sondern fiel geringer aus. Die Beschichtungen zeigten in den zyklischen Versuchen ein anderes Verhalten als in den statischen. Obwohl die weichen Beschichtungen höhere statische Verluste als die harten aufwiesen, war dies bei den zyklischen Versuchen umgekehrt. Daher kann Förderpreis des Deutschen Stahlbaues 2008 Statische und zyklische Versuchsergebnisse keine Aussage über das zyklische Verhalten einer Beschichtung anhand des Eignungsvermerkes in DIN 18800-7 getroffen werden. Vielmehr wird auf Grundlage der durchgeführten Versuche eine Abhängigkeit von der Zähigkeit bzw. Sprödigkeit der Beschichtung erwartet. Unabhängig von der Beschichtung wurde festgestellt, dass hohe Verluste bei einer Verschiebung in der Verbindung auftraten und diese bei wenigen Lastwechseln schon beachtliche Größen erreichten, nach einem Lastwechsel bereits 6–25 %. Um die Verluste so gering wie möglich zu halten, wird vorgeschlagen, der Abnahme der Vorspannkraft durch regelmäßige Wartung entgegen zu wirken. Bei SLV-Verbindungen ist nur in wenigen Fällen mit Lastwechseln mit Schlupf in der Verbindung, z. B. durch Windbeanspruchung, zu rechnen. Angesichts der Komplexität des Vorgangs sollte das Verhalten anderer Beschichtungsstoffe mit verschiedenen Schichtdicken weiter untersucht werden. 27
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