42
Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner Dr.-Ing. Dominik Jungbluth Nariman Afzali, M.Sc. 39. Deutscher Stahlbautag 11. Oktober 2018 Duisburg Institut für Metall- und Leichtbau Fort York Bridge, Toronto, Kanada Fußgängerbrücke © Juan A. Sobrino, pedelta

Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Alternativlose Schraubverbindungen:

Innovative Konzeptionierung und Ausführung

Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner

Dr.-Ing. Dominik Jungbluth

Nariman Afzali, M.Sc.

39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Institut für

Metall- und LeichtbauFort York Bridge, Toronto, KanadaFußgängerbrücke© Juan A. Sobrino, pedelta

Page 2: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali2 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Inhalt

▪ Schraubenkategorien nach Eurocode 3

▪ DASt-Richtlinie 024

▪ Anziehen von HV-Garnituren

▪ Anziehen von Garnituren der

Festigkeitsklasse 8.8 auf Fp,C*

▪ Nicht genormter Verschraubungsfall

▪ Einsatz von Schraubengarnituren aus

nichtrostendem Stahl

▪ Festigkeitsklassen

▪ Vorspannen

▪ Vorspannkraftverluste

▪ Gleitfeste Verbindungen

▪ Zusammenfassung

Ermüdungsbeanspruchter

geschraubter Fahrbahnübergang

© mageba

Page 3: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali3 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Schraubenkategorien und Zielebenen des Vorspannens

Schraubenkategorien nach DIN EN 1993-1-8

Zielebene ITragsicherheitsrelevantes Vorspannen

Zielebene IIGebrauchstauglichkeitsrelevantes Vorspannen

Kategorien B, C und E nach

DIN EN 1993-1-8

Vorspannungsfrei bemessene Kategorien A (und D) nach

DIN EN 1993-1-8, die zur qualitativen Verbesserung der

Gebrauchstauglichkeit dennoch vorgespannt werden

Schlupfminimierung

Verformungssteifigkeit

Kategorie AScher-/Lochleibungs-

verbindungFK 4.6 bis 10.9

Kategorien BCGleitfeste Verbindung

im GZG GZTFK 8.8 und 10.9

Kategorie DNicht vorgespannte

ZugverbindungFK 4.6 bis 10.9

Kategorie EVorgespannte

ZugverbindungFK 8.8 und 10.9

Zugverbindungen

Scherverbindungen

Page 4: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali4 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Beispiele geschraubter Verbindungen der

Zielebene II des Vorspannens

Voranschluss eines Bühnenträgers

am UnterzugGestoßener Verbandsstab Rahmenecke

Herausgezogene Rahmenecke Anschluss innerhalb der

Wandscheibe eines GerüstsDurchlaufpfette

Page 5: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali5 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

DASt-Richtlinie 024

Page 6: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali6 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

DASt-Richtlinie 024

Anziehen von geschraubten Verbindungen der Abmessungen M12 bis M36

Anwendungsbereich

▪ Ergänzende Regelungen zu

▪ DIN EN 1090- 2 und

▪ DIN EN 1993-1-8

▪ Handfestes Anziehen von nicht vorgespannten

geschraubten Verbindungen

▪ Anziehen von vorgespannten geschraubten

Verbindungen auf ein vorgegebenes

Vorspannkraftniveau

▪ Fp,C = 0,7 fub As

▪ Fp,C* = 0,7 fyb As

▪ Fv < Fp,C

Page 7: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali7 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

DASt-Richtlinie 024 - Inhalt

1 Anwendungsbereich

2 Begriffe

3 Allgemeines

4 Nicht vorgespannte geschraubte Verbindungen aus Garnituren

5 Vorgespannte geschraubte Verbindungen aus Garnituren

▪ Anziehen von HV-Garnituren auf Fp,C

▪ Anziehen von HV-Garnituren auf Fp,C*

▪ Anziehen von HV-Garnituren auf beliebige Vorspannkraftniveaus FV

▪ Anziehen von Garnituren der Festigkeitsklasse 8.8 auf Fp,C*

6 Verwendung von Einzelkomponenten aus Garnituren

7 Anziehen von geschraubten Verbindungen mit Bauteilen mit Innengewinde

8 Anziehen von Muttern auf Bauteilen mit Außengewinde

9 Kriterien zur Festlegung von Anziehparametern mittels einer Verfahrensprüfung

Page 8: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali8 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Anziehen von HV-Garnituren

k-Klasse K1

Page 9: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali9 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Vorspannkraftniveaus und zulässige Anziehverfahren

Vorspannkraftniveau

Fp,C

p,C ub SF 0,7 f A

▪ Kombiniertes Verfahren

nach DIN EN 1090-2

▪ Genauigkeit des

Anziehgeräts für den

ersten Anziehschritt

10 % gemäß

Kalibrierbescheinigung

Vorspannkraftniveau

Fp,C*

p,C yb SF * 0,7 f A

▪ Modifiziertes Drehmoment-

Vorspannverfahren

▪ Genauigkeit des Anziehgeräts

4% gemäß

Kalibrierbescheinigung

Von Fp,C und Fp,C* abweichende

Vorspannkraftniveaus FV

V p,C V p,CF F und F F *

Verfahrensprüfung

p,C V p,CF * F F

V p,CF F *

Modifiziertes Drehmoment-

Vorspannverfahren mit

proportional reduziertem

Anziehdrehmoment

Grundsätzlich gilt: Alle Vorspannkraftniveaus FV Fp,C sind ansetzbar

Entspricht der traditionellen

Vorgehensweise nach

DIN 18800-7 und

DIN EN 1993-1-8/NA

Die Höhe der tatsächlich erzielten Vorspannkraft variiert und kann auch oberhalb von Fp,C liegen.

Page 10: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali10 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Vorspannkraftniveau Fp,C – Kontrolle und Prüfung

Zielebene I des Vorspannens

Gesamtanzahl der in einem Tragwerk zu kontrollierenden geschraubten Verbindungen

Ausführungsklasse 1. Anziehschritt (1) 2. Anziehschritt

EXC2 - 5 %

EXC3/4 5 % 10 %

(1) Der erste Anziehschritt muss durch Sichtprüfung der Verbindungen überprüft werden, um sicherzustellen, dass das Klemmpaket vollständig

zusammengezogen ist.

Kontrolle nach dem ersten Anziehschritt

Parameter Kriterium Bewertung

Voranziehdreh-

moment

MVor

Weiterdrehwinkel

15°Ok

Weiterdrehwinkel

> 15°fehlerhaft

Zustand der

Fuge

vollständig zusammengezogen Ok

nicht vollständig zusammengezogen fehlerhaft

Kontrolle vor dem zweiten Anziehschritt

Sichtprüfung der Markierungen aller Muttern relativ zu den Schraubengewinden

Kontrolle nach dem zweiten Anziehschritt

Parameter Kriterium Bewertung

Ausgeführter

Weiterdrehwinkel

Dqausgef.

Dq -15° Dqausgef. Dq + 30° Ok

Dqausgef. < Dq - 15°fehlerhaft

Korrektur des Drehwinkels

Dqausgef. > Dq + 30°

(oder Schrauben- oder Mutterversagen)

fehlerhaft

Ersatz der Garnitur

Page 11: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali11 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Vorspannkraftniveau Fp,C* – Kontrolle und Prüfung

Zielebene I des Vorspannens

Gesamtanzahl der in einem Tragwerk zu kontrollierenden geschraubten Verbindungen

Ausführungsklasse 1. Anziehschritt (1) 2. Anziehschritt

EXC2 - 5 %

EXC3/4 - 10 %

(1) Der erste Anziehschritt muss durch Sichtprüfung der Verbindungen überprüft werden, um sicherzustellen, dass diese

vollständig zusammengezogen sind.

Kontrolle nach dem ersten Anziehschritt

Parameter Kriterium Bewertung

Zustand der Fugevollständig zusammengezogen Ok

nicht vollständig zusammengezogen fehlerhaft

Kontrolle nach dem zweiten Anziehschritt

Parameter Kriterium Bewertung

Ausgeführter

Weiterdrehwinkel

Dqausgef. bei Ansatz des

Kontrollanziehdreh-

moments 1,10 MA

Dqausgef. < 30° Ok

30° Dqausgef. 60°

fehlerhaft

Garnitur belassen und zwei

benachbarte Verbindungen im

gleichen Anschluss prüfen

Dqausgef. > 60°

fehlerhaft

Ersatz der Garnitur und zwei

benachbarte Verbindungen im

gleichen Anschluss prüfen

Page 12: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali12 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Beliebige Vorspannkraftniveaus – Kontrolle und Prüfung

Zielebene II des Vorspannens

Aus Gebrauchstauglichkeitsgründen vorgespannte Verbindungen der Zielebene II

sind wie nicht vorgespannte Verbindungen zu behandeln.

Danach gilt DIN EN 1090-2 mit

▪ Alle Verbindungen sind einer Sichtprüfung zu unterziehen.

▪ Überprüfung auf

▪ fehlende Garnituren,

▪ zu geringe Gewindeüberstände und

▪ zu große Restspalte.

Page 13: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali13 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Anziehen von Garnituren

der Festigkeitsklasse 8.8 auf Fp,C*

Page 14: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali14 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

DIN EN 14399-1Vorgespannte Schraubenverbindungen

Schirm-Produktnorm

Fixiert alle aus der Sicht des Stahlbaus wichtigen technischen Anforderungen an Garnituren

aus Schrauben, Muttern und Scheiben ähnlich wie DIN EN 15048-1.

Verweist auf Normenteile DIN EN 14399-3 bis -10 (Systeme HR, HV, HVP, HRC, DTI).

Aber: Vorspannen von Standard-Metallbauschrauben FK 8.8 nach DIN EN ISO 4014

und 4017 möglich!

Valtinat, G., Anziehen von 8.8-Schrauben, Forschungsbericht 5/2001, Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt, Stahlbau Verlags- und Service GmbH

Untersuchungen von

Valtinat in 2000/2001

Page 15: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali15 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Valtinat-Untersuchungen (2000/2001)

▪ Im Auftrag und in Absprache mit der Ad-hoc-Gruppe „8.8-Schrauben“ des NABau-Arbeits-

ausschusses 08.14.00

▪ Experimentelle Untersuchungen zum Vorspannen von feuerverzinkten 8.8-Metallbau-

schrauben der Durchmesser M16 bis M36 nach DIN EN ISO 4014

Valtinat, G., Anziehen von 8.8-Schrauben, Forschungsbericht 5/2001, Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt, Stahlbau Verlags- und Service GmbH

Page 16: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali16 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Valtinat-Untersuchungen (2000/2001)

Valtinat, G., Anziehen von 8.8-Schrauben, Forschungsbericht 5/2001, Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt, Stahlbau Verlags- und Service GmbH

Page 17: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali17 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Oberflächenpressung – ISO 4014, FK 8.8 vs. HV 10.9

Page 18: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali18 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Oberflächenpressung – ISO 4014, FK 8.8 vs. 10.9

Page 19: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali19 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Vorspannkraftniveau Fp,C*

Garnituren der FK 8.8

Garnituren der Festigkeitsklasse 8.8 aus

▪ Schrauben nach DIN EN ISO 4014 oder DIN EN ISO 4017 in Kombination mit

▪ Muttern nach DIN EN ISO 4032 und

▪ zwei Scheiben nach DIN EN ISO 7089 oder DIN EN ISO 7090 mit einer Härte von

mindestens HV 200

▪ Modifiziertes Drehmoment-Vorspannverfahren

▪ Oberflächenzustände in Kombination mit der k-Klasse K1 nach DIN EN 14399-1:

(a) feuerverzinkt und Muttern mit Molybdänsulfid oder gleichwertigem Schmierstoff

geschmiert oder

(b) wie hergestellt und Muttern mit Molybdänsulfid oder gleichwertigem Schmierstoff

geschmiert.

▪ Prüfung der Eignung der Garnitur zum Vorspannen sowie die k-Klasse K1 mittels

Verfahrensprüfung nach DIN EN 14399-1 und DIN EN 14399-2

(Prüflos aus mindestens 10 Schraubengarnituren)

▪ Genauigkeit des Anziehgeräts: 4 % gemäß Kalibrierbescheinigung

Angabe von tabellierten Vorspannkräften und Anziehdrehmomenten

Page 20: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali20 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Nicht genormter

Verschraubungsfall

© mageba

Page 21: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali21 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Verfahrensprüfung

© mageba© mageba

Page 22: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali22 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Verfahrensprüfung

© mageba

© mageba

© mageba

Page 23: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali23 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Verfahrensprüfung bei

▪ Verwendung von Einzelkomponenten einer CE-gekennzeichneten Garnitur,

▪ Zu einer Garnitur abweichenden Rahmenbedingungen im geplanten Einsatz.

Erfordernis einer Verfahrensprüfung

Abweichende

Schmierung

Kopfseitiger

Anzug

Sack- und Durchgangslöcher

▪ Mehrfachverwendungen

▪ keine Garnitur nach DIN EN 14399

▪ nicht definierte Anziehparameter

▪ etc.

Page 24: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali24 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Verfahrensprüfung mittels Anziehversuche

Nr. Grenzkriterium

4 FRk,95% ≤ 0,97 FMzul

5 Fb max ≤ 0,97 FMzul

Nach: Hasselmann, U., Valtinat, G., Geschraubte Verbindungen. In: Kuhlmann, U. (Hsg.), Stahlbau Kalender 2002, Berlin, Ernst & Sohn, S. 343–421

FV Zielvorspannkraft

FMzul zulässige Montagevorspannkraftaus Vergleichsspannung infolge Vorspannung und

Schubspannung aus Torsionsmoment

nach VDI 2230-1

Fb min kleinster Messwert

Fb max größter Messwert

Fbm Mittelwert der Messwerte

FRk,5% 5% Fraktile aller Messwerte

FRk,95% 95% Fraktile aller Messwerte

Erzielte Vorspannkräfte für

festgelegte Anziehparameter

Sicheres Einbringen der

Zielvorspannkraft Fv

Nr. Grenzkriterium

1 Fb min ≥ 1,03 FV

2 FRk,5% ≥ 1,03 FV

3 Fbm ≥ 1,1 FV

Vermeidung

von Plastizierungen

Kriterien zur Festlegung geeigneter Anziehparameter

Page 25: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali25 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Verfahrensprüfung

Beispiel: Kopfseitiges Anziehen von HV-Schrauben in Muttern

1 Fb min ≥ 1,03 FV

2 FRk,5% ≥ 1,03 FV

3 Fbm ≥ 1,1 FV

4 FRk,95% ≤ 0,97 Fmzul

5 Fb max ≤ 0,97 FMzul

Page 26: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali26 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Verfahrensprüfung

FRk,5%

Fbm

FRk,95%

1 Fb min ≥ 1,03 FV

2 FRk,5% ≥ 1,03 FV

3 Fbm ≥ 1,1 FV

4 FRk,95% ≤ 0,97 Fmzul

5 Fb max ≤ 0,97 FMzul

Beispiel: Kopfseitiges Anziehen von HV-Schrauben in Muttern

Page 27: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali27 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Auswertung von Anziehversuchen

unter Mehrfachverwendung des Innengewindes

Beispiel: Vierfaches kopfseitiges Anziehen von HV-Schrauben in HV-Muttern

Eine pauschalisierte Anwendung der hier exemplarisch

angegebenen Verhältniswerte auf andere Schraubfälle

ist weder zielführend noch zulässig!

Page 28: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali28 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Auswertung von Anziehversuchen

unter Mehrfachverwendung des Innengewindes

Beispiel: Vierfaches kopfseitiges Anziehen von HV-Schrauben Sacklöcher

Eine pauschalisierte Anwendung der hier exemplarisch

angegebenen Verhältniswerte auf andere Schraubfälle

ist weder zielführend noch zulässig!

Page 29: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali29 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Vorspannen von

Garnituren aus nichtrostendem Stahl

© Bumax

Page 30: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali30 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Überarbeitung der EN ISO 3506

Überarbeitung der EN ISO 3506-1 und -2 Mechanische Eigenschaften für Schrauben und Muttern

neu

Auch verfügbar:

Hochfeste nichtrostende Schrauben vergleichbar

mit hochfesten Kohlenstoffschrauben

fub = 800 MPa

fyb = 600 MPa

fub = 1000 MPa

fyb = 800 MPa

© IML

Bumax 88/109 (A) oder LDX/DX/SDX

mit

fub = 800 MPa, fyb = 640 MPa oder

fub = 1000 MPa, fyb = 900 MPa

Page 31: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali31 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

DIN EN 15048-1Nicht vorgespannte Schraubenverbindungen

Schirm-Produktnorm Fixiert alle aus der Sicht des Stahlbaus wichtigen technischen Anforderungen an Garnituren

aus Schrauben, Muttern und Scheiben, ohne auf einzelne spezielle Produkte einzugehen.

▪ Maße und Toleranzen sind in

einer europäischen oder

internationalen Produktnorm

beschrieben

▪ in Garnituren lieferbar

▪ CE-Kennzeichnung

▪ Zusatzkennzeichen „SB“

(Structural Bolting) auf

Schrauben und Muttern

Zentrale Forderungen

▪ M12 – M36

▪ Nichtrostender austenitischer Stahl

▪ Festigkeitsklassen 50, 70, 80 (nach EN ISO 3506-1/-2)

▪ (Noch) kein Duplex-Stahl

Beschränkungen hier nur mit Bezug auf nichtrostenden Stahl

Page 32: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali32 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Allgemeines zur Ausführung

▪ Gute Praxis: Anordnung von Scheiben unter

dem Schraubenkopf und unter der Mutter

▪ Korrosionswiderstand der Schrauben sollte

mindestens genauso gut sein wie der

Korrosionswiderstand der zu verbindenden

Teile

z. B. zur Verschraubung von 1.4401

sollten A4- Schrauben oder besser

verwendet werden

▪ Werkstoffwahl nach DIN EN 1993-1-4

Schraube nach EN ISO 4014

Mutter nach EN ISO 4032

Scheibe nach EN ISO 7089

Scheibe nach EN ISO 7089

Garnitur

Komponente Stahlsorte CRC Einschätzung

Schraube 1.4567 IIkeine ausreichende CRC

starke, die Tragfähigkeit

gefährdende Korrosion

Mutter 1.4301 II

Rechteck-

scheibe1.4404 III

Unterleg-

scheibe1.4529 V

richtige Auswahl

keine Korrosion

Falsche Werkstoffwahl für Komponenten

einer Befestigung aus einem Straßentunnel

© Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung, Berlin

Page 33: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali33 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Bumax LDX – M16x100 – Gleitmo 1952V

Bumax LDX – M16x100 – Molykote 1000 S

Anzieheigenschaften

bolt force-angle of rotation-curves bolt force-tightening torque-curves

Figure Fehler! Kein Text mit angegebener Formatvorlage im Dokument.-1: Comparison of BU_M16_LDX

tightening curves between gleitmo 1952V standard lubrication (black curves) and Molykote 1000 spray (yellow

curves)

Fp,C

Fp,C*

Fbi,max

Fp,C

Fp,C*

Fbi,max

▪ Mit einer nicht kalibrierten Standardschmierung (Gleitmo 1952V), die ab Werk

appliziert wird, lassen sich die Schrauben zwar vorspannen, allerdings nicht gezielt

auf ein definiertes Vorspannkraftniveau

▪ Darüber hinaus wird in der Regel die maximal erforderliche Vorspannkraft

Fbi,max ≥ 0.9·fub·As nicht erreicht

▪ Allerdings: mit einer geeigneten Schmierung, z. B. Molykote 1000 S, lassen

sich die Vorspanneigenschaften deutlich verbessern!

FressenISO 4017 Schraubenkraft-Drehwinkel-Kurven Schraubenkraft-Drehmoment-Kurven

Schra

ub

en

kra

ft [k

N]

Sch

rau

ben

kra

ft [k

N]

Drehwinkel (aufsummiert) [°] Drehmoment [Nm]

Page 34: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali34 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Fressen / Kaltverschweißen bei hohen

Vorspannkräften

▪ Fressen tritt in der Regel erst bei vergleichsweise hohen Vorspannkräften auf.

▪ Fresserscheinungen lassen sich durch Peaks in den Anziehdrehmoment-

Drehwinkel-Kurven anhand von unregelmäßigen Kurvenverläufen erkennen.

Fressen beim Anziehen in

den plastischen Bereich

Molykote® 1000 Spray

Fgal >> Fp,C

Page 35: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali35 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Relaxationsversuche - Vorspannkraftverluste

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1E-09 0,0000001 0,00001 0,001 0,1 10

loss o

f p

relo

ad

[%

]

Log (time) [a]

SS28_P03-04_B09

SS28_P05-06_B10

SS28_P07-08_B11

SS28_P09-10_B12

50

7.7 %

8.1 %

7.1 %

7.8 %

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1E-09 0,0000001 0,00001 0,001 0,1 10

loss o

f p

relo

ad

[%

]

Log (time) [a]

SS28_P01-02_B05

SS28_P01-02_B06

SS28_P01-02_B07

SS28_P01-02_B08

50

7.3 % 7.1 %

7.7 % 8.6 %

Bumax 109 – M16x100 – Fp,C = 109.9 kN

Duplex EN 1.4462 300x150x8 mm plates

Bumax 109 – M16x100 – Fp,C = 109.9 kN

Duplex EN 1.4462 75x75x8 mm plates

Höchste Vorspannkraft-Verlustrate

Versuchsbeginn, danach abnehmend

Kriech-/Relaxationsverhalten

vergleichbar mit HV-Schrauben

Page 36: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali36 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Gleitfeste Verbindungen

aus nichtrostendem Stahl

Bestimmung der Haftreibungszahl nach Anhang G der DIN EN 1090-2

© Juan A. Sobrino, pedelta

Page 37: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali37 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Gleitfeste Verbindungen nach

DIN EN 1993-1-8 und DIN EN 1090-2

OberflächenbehandlungGleitflächen-

klasse

Haftreibungs-

zahl m

Oberflächen mit Kugeln oder kantigem Strahlmittel gestrahlt, loser Rost entfernt, nicht körnig. A 0.5

Oberflächen feuerverzinkt nach EN ISO 1461, gesweept und mit Alkali-Zink-Silikat-Beschichtung mit

einer Nenndicke von 60 μm.B 0.4

Oberflächen mit Kugeln oder kantigem Strahlmittel gestrahlt:

a) mit Alkali-Zink-Silikat-Beschichtung mit einer Nenndicke von 60 μm;

b) thermisch spritzaluminiert oder spritzverzinkt oder beides kombiniert auf eine Nenndicke von nicht

mehr als 80 µm.

B 0.4

Oberflächen feuerverzinkt nach EN ISO 1461 und gesweept (oder gleichwertiger Abrasionsprozess) C 0.35

Oberflächen mittels Drahtbürsten oder Flammstrahlen gereinigt, loser Rost entfernt C 0.3

Oberflächen im Walzzustand D 0.2

Fv,Ed(,ser)

Fv,Ed(,ser)

FS,Rd(,ser)

FS,Rd(,ser)

Ft,Ed(,ser)

Ft,Ed(,ser)

s t,Eds,Rd

M

p,C

3

k n 0,8 FF

( 1,25)

F

mFp,C

EN 1090-2, 8.4

Gleitfeste Verbindungen - Kategorien BCGleitfest im GZG – Kat. B und GZT – Kat. C - Festigkeitsklassen 8.8 und 10.9

Grenzzustand der

Tragfähigkeit

Beiwert für Lochdetail ks

Normales Lochspiel: ks = 1,0

Anzahl der Gleitfugen

Haftreibungszahl m

Vorspannkraft Fp,C

Externe Zugkraft Ft,Ed

Teilsicherheistbeiwert M3

Page 38: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali38 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

DIN EN 1090-2, Anhang G

Prüfung einer

GV-Verbindung

M20 nach

DIN EN 1090-2,

Anhang G

Erweiterte

Kriechversuche

nach

DIN EN 1090-2,

Anhang G

Page 39: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali39 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Nichtrostender Stahl

Statische Versuche mit Bumax 88/109-Schrauben (EN ISO 4017)

▪ Austenit (1.4404) - A

▪ Duplex (1.4462) - D

▪ Lean-Duplex (1.4162) - LD

▪ Ferrit (1.4003) - F

Austenitische Schrauben

M16, FK 8.8/10.9 (Bumax 88/109)

8.8

1D

SB

GB0.5

▪ 1D

▪ Shot Blasted (SB)

▪ Grit Blasted (GB)

0.5

© TU Delft

GB

SB

1D

▪ Statische Versuche

▪ Kriechversuch

▪ Erweiterte Kriechversuche

Bumax 88 Bumax 109

Bleche aus nichtrostendem Stahl Typische Oberflächenbeschaffenheiten

© IML

Page 40: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali40 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

(Vorläufige) Haftreibungszahlen für nichtrostenden Stahl

Gleitflächen-

klasseStahlsorte

Oberflächenbehandlung Haftreibungs-

zahl

m [-]Oberfläche Rz [μm]

A++

Duplex 1.4462/

Lean Duplex

1.4162

Aluminium Spray MetalizedGemessene Trockenschichtdicke (DFT)

100 mm 20 mm

≥ 40

(vor Beschichung)0,7

A+

Austenitic

1.4404/

Ferritic 1.4003

Aluminium Spray MetalizedGemessene Trockenschichtdicke (DFT)

100 mm 20 mm

≥ 40

(vor Beschichung)0,6

ADuplex 1.4462

Strahlen (kantiges Strahlgut)≥ 50

0,5Ferritic 1.4003 ≥ 45

B

Austenitic

1.4404Strahlen (kantiges Strahlgut)

≥ 45

0,4Lean Duplex

1.4162≥ 40

C - - - 0,3

DAustenitic

1.4404Strahlen (rundes Strahlgut) ≥ 35 0,2

EAustenitic

1.4404Wie hergestellt ≥ 25 0,15

Page 41: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali41 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Zusammenfassung

▪ DASt-Richtlinie 024 für das Anziehen von geschraubten Verbindungen

Definition der Anziehparameter in Ergänzung zu DIN EN 1090-2

▪ Vorspannkraftniveaus Fp,C nach DIN EN 1090-2 möglich!

▪ Kombiniertes Vorspannverfahren zwingend für Fp,C* < FV Fp,C

▪ Modifiziertes Drehmoment-Vorspannverfahren für FV Fp,C*

▪ Vorgespannte geschraubte Verbindungen aus nichtrostendem Stahl

prinzipiell möglich bei geeigneter Einstellung der Parameter

▪ Haftreibungszahlen für gleitfeste Verbindungen sind unter Berücksichtigung der

Kriecheigenschaften zu ermitteln.

▪ Gleitfeste Verbindungen aus nichtrostendem Stahl liefern ohne Beschichtung

für mit kantigem Strahlmittel gestrahlte Oberflächen (Grit Blasted – GB)

Haftreibungszahlen m 0,5

▪ Der Charme einer Verfahrensprüfung liegt in der Möglichkeit, Lösungen für

alternative Verschraubungsfälle zu kreieren.

Page 42: Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative ... · 29.10.2018 · Mastertitelformat bearbeiten Alternativlose Schraubverbindungen: Innovative Konzeptionierung und Ausführung Prof

Mastertitelformat bearbeiten

Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali42 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg

Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit !

Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner

Dr.-Ing. Dominik Jungbluth

Nariman Afzali, M.Sc.Universität Duisburg-EssenFakultät Ingenieurwissenschaften

Abteilung Bauwissenschaften

Institut für Metall- und LeichtbauPrüf- und Zertifizierungsstelle NRW71

Universitätsstr. 15

45141 Essen

Fon: 0201 183-2757

Fax: 0201 183-2710

E-Mail: [email protected]

[email protected]

[email protected]

Internet: www.uni-due.de/iml

© Juan A. Sobrino, pedelta