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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
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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
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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
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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
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DASt-Richtlinie 024
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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
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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
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Anziehen von HV-Garnituren
k-Klasse K1
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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.
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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
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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
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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.
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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*
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali20 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg
Nicht genormter
Verschraubungsfall
© mageba
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Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali21 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg
Verfahrensprüfung
© mageba© mageba
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Prof. Dr. Natalie Stranghöner | Dr. Dominik Jungbluth | Nariman Afzali22 www.uni-due.de/iml 39. Deutscher Stahlbautag11. Oktober 2018 Duisburg
Verfahrensprüfung
© mageba
© mageba
© mageba
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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.
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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
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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
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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
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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!
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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!
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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
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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
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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
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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
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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]
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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(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
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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.
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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]
Internet: www.uni-due.de/iml
© Juan A. Sobrino, pedelta