Vorspannkraftverluste vorgespannter Schraubenverbindungen in allseits beschichteten Stahlbauteilen

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Kernthesen

  • Eine geschraubte Verbindung mit allseitiger stahlbautypischer Beschichtung überschreitet erwartungsgemäß die nach DIN EN 1090-2 vorausgesetzte 10 %-Systemreserve, die mittels verschiedener Anziehverfahren erreicht werden soll.
  • Das Kombinierte Vorspannverfahren nach DIN EN 1090-2/DASt-Richtlinie 024 führt im Mittel zu Systemreserven von ca. 30 % nach dem Vorspannen.
  • Das Nachziehen einer durch das modifizierte Drehmoment-Vorspannverfahren nach DASt Richtlinie 024 angezogenen Verbindung gleicht die hohen anfänglichen Vorspannkraftverluste nahezu aus. Außerdem führt dieser Vorgang zu bis zu 60 % geringeren Vorspannkraftverlusten im Vergleich zum Anziehvorgang ohne Nachziehen.

Zusammenfassung

Geschraubte Verbindungen im Stahlbau werden entweder aus Tragfähigkeitsgründen (Zielebene I des Vorspannens) oder aus Gebrauchstauglichkeitsgründen (Zielebene II des Vorspannens) vorgespannt. Bei Verbindungen der Zielebene I geht die Vorspannkraft in den rechnerischen Nachweis ein, sodass zwingend zu gewährleisten ist, dass ein ausreichendes Vorspannkraftniveau über die Lebensdauer in den ausgeführten Verbindungen verbleibt.

Verbindungen der Zielebene II werden in der Regel zur Vermeidung von Schlupf und Verformungen vorgespannt.
Der Nennwert der Vorspannkraft wird in der Regel mittels verschiedener Anziehverfahren nach der Montage von geschraubten Verbindungen erreicht.

Es ist jedoch bekannt, dass verschiedene Anziehverfahren unterschiedlich hohe Systemreserven (Vorspannkraftüberschuss im Vergleich zum Nennwert der Vorspannkraft) aufweisen. Direkt nach der Montage einer geschraubten Verbindung kommt es zu Vorspannkraftverlusten, die insbesondere beim Vorhandensein eines kriechanfälligen Beschichtungssystems hoch ausfallen können und damit unbedingt noch in der Planungsphase berücksichtigt werden sollten. Ein Teil solcher Verluste können idealerweise durch die bereits erwähnten Systemreserven abgedeckt werden.

Im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens Nr. 21196 BG „Entwicklung normativer Grundlagen zur Berücksichtigung von Vorspannkraftverlusten in vorgespannten Schraubenverbindungen im Stahlbau mit allseits beschichteten Oberflächen" werden aktuell systematische Untersuchungen zu verfahrensbedingten Systemreserven verschiedener Anziehmethoden und zum zeitabhängigen Vorspannkraftverlust infolge stahlbautypischer Beschichtungssysteme durchgeführt. Das Vorhaben wird vorgestellt und die bereits verfügbaren wichtigsten Ergebnisse und Schlussfolgerungen werden diskutiert.


Projekt

FOSTA P 1455, IGF 21196 BG

Referent: Lukas Makevičius, M.Sc., Institut für Metall- und Leichtbau, Universität Duisburg-Essen


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