Berechnung großer Flanschverbindungen von ... - GL Group

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7 Schlußfolgerung Die Berücksichtigung des nichtlinearen Schraubenkraftverhaltens bei einseitig klaffenden Verbin- dungen ist nicht zu vernachlässigen und gewinnt an Bedeutung, da man bestrebt ist, die Flanschgrö- ßen in Grenzen zu halten. Anhand der derzeitigen VDI 2230 ist eine nichtlineare Berechnung der Schraubenkräfte mit einer detaillierten Berücksichtigung der elasto-mechanischen Grundlagen möglich. Dies führt jedoch zu einem aufwendigen Berechnungsverfahren und ist für die meisten Anwendungsfälle in der Praxis zu aufwendig. Der Ansatz von THOMALA [ 2 ], den nichtlinearen Bereich durch eine Kreisfunktion an- zunähern, vereinfacht die Berechnung der Schraubenkräfte erheblich, die iterative Berechnung ent- fällt. Der Vergleich mit Versuchsergebnissen macht jedoch deutlich, daß mit dem Kreisbogenansatz die Schraubenkräfte systematisch unterschätzt werden. Der von den Verfassern vorgeschlagene Para- belansatz erzielt eine bessere Annäherung an die Versuchswerte. Die Parabel steigt im Vergleich zum Kreisbogen ( bei gleichen Randbedingungen) progressiver an und führt dementsprechend nicht zu einer systematischen Unterschätzung der Schraubenkräfte. Die Verfasser schlagen vor, den Parabel- ansatz in die Neufassung der VDI 2230 aufzunehmen. Ein Vergleich der VDI-Verfahren mit den im Rahmen der DIN 18 800 verwendeten Verfahren macht folgendes deutlich: Die VDI 2230 gibt detaillierte elasto-mechanische Modelle an, während das Ver- fahren von Petersen von einem einfachen Balkenmodell ausgeht. Die Verfahren beider Bereiche wenden für den Nachweis der Tragfähigkeit und der Ermüdung (durch die Verwendung unterschied- licher Parameter) unterschiedliche Rechenmodelle an. Das nicht immer auf der sicheren Seite liegende lineare Verfahren von PETERSEN wurde inzwischen durch nichtlineare Verfahren erweitert, die ebenfalls vom Balkenmodell ausgehen. Dabei sind jedoch bestimmte Annahmen bezüglich der verschiedenen Parameter zu treffen. Die DIN 18 800 verwendet das Konzept der Teilsicherheitsbeiwerte. Unsicherheiten und Ungenauig- keiten der vereinfachten Verfahren (z.B. keine Berücksichtigung der Schraubenbiegung) werden durch die Sicherheitsbeiwerte abgedeckt. In der VDI 2230 sind dagegen keine Hinweise auf Sicher- heitsbeiwerte enthalten. Die Verifizierung der gewählten Ansätze durch Versuche läßt nach Aussage der Verfasser keine allgemeingültige Aussage zu, daß man mit diesen Berechnungsansätzen immer auf der sicheren Seite liegt. Es wird daher vorgeschlagen für den Nachweis der Ermüdung für die vorhandenen Modell- Unsicherheiten den üblicherweise verwendeten Teilsicherheitsbeiwert von F = 1.0 auf F = 1.1 zu erhöhen, bzw. für die Berechnungen nach VDI 2230 einen Sicherheitsbeiwert von 1.1 einzuführen. Analog sollte auch für mit Hilfe der FE-Methode nachgewiesene Flansche dieser Sicherheitsbeiwert angewendet werden, da auch hier Unsicherheiten bezüglich der Modellabbildung bestehen. Sowohl in den Modellen für Nachweise gemäß DIN 18 800 als auch im nichtlinearen Ansatz der VDI 2230 bleiben die Biegespannungen in der Schraube unberücksichtigt. 24
8 Literatur [ 1 ] VDI 2230: Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen. Berlin und Köln: Beuth-Verlag, (1986) [ 2 ] THOMALA, W.: Erläuterungen zur Richtlinie VDI 2230 Blatt 1 (1986). Beispiel: Pkw- Pleuelverschraubung. Der nichtlineare Berechnungsansatz. VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, VDI-Z 129 Nr. 9, S.79-84, (1987) [ 3 ] SCHMIDT, H., NEUPER, M.: Zum elastostatischen Tragverhalten exzentrisch gezogener L-Stöße mit vorgespannten Schrauben. Stahlbau 66, Heft 3, (1997) [ 4 ] PETERSEN, CH.: Stahlbau. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft, 3. Auflage, (1993) [ 5 ] PETERSEN, CH.: Nachweis der Betriebsfestigkeit exzentrisch beanspruchter Ringflanschver bindungen. Stahlbau 67, Heft 3, (1998) [ 6 ] PETERSEN, CH.: Tragfähigkeit imperfektionsbehafteter geschraubter Ringflansch- Verbindungen, Stahlbau 1990, S. 97 - 104 [ 7 ] DEUTSCHES INSTITUT FÜR BAUTECHNIK (DIBT): Richtlinie für Windkraftanlagen Einwirkun gen und Standsicherheitsnachweise für Turm und Gründung. Juni (1993), 2. überarbeitete Auflage (1995) [ 8 ] DOMBROWSKI, A.: Berechnung von vorgespannten Flanschverbindungen mit Hilfe der FE- Methode. Interner Bericht WE 60/96. Germanischen Lloyd Hamburg, (1996) [ 9 ] ROST, S.: Bericht zur FEM-Berechnung von Turmflanschverbindungen. Germanischen Lloyd Hamburg, (1996) [ 10 ] GERMANISCHER LLOYD: Richtlinie für die Zertifizierung von Windkraftanlagen. Germanischer Lloyd Hamburg, Ausgabe (1993) [ 11 ] DIN 18 800 STAHLBAUTEN. Beuth-Verlag, November (1990) [ 12 ] DUBBEL: Taschenbuch für den Maschinenbau. 18. Auflage, Springer- Verlag Berlin. (1995) [ 13 ] EGGERT, H.: Aus der Arbeit des Auslegungsausschusses zu DIN 18 800 Stahlbau. Stahlbau 65, S. 460, (1996) [ 14 ] EUROCODE 3 (EC 3) bzw. DIN V ENV 1993 Teil 1-1 Bemessung und Konstruktion von Stahl bauten, April (1993) 25
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