Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einfluss von fertigungs- und montagebedingten Imperfektionen auf das Tragverhalten geschraubter gleitfester Verbindungen im Stahlbau

Sowohl die derzeitige Prüfprozedur der DIN EN 1090-2, Anhang G als auch aktuell laufende Untersuchungen der Forschungsstellen zur Ermittlung der Tagfähigkeit gleitfester Verbindungen sind auf das grundlegende Tragverhalten unter Laborbedingungen beschränkt. Seitens der Industrie treten wiederkehrend Fragestellungen auf, inwieweit fertigungs-, montage- und betriebsbedingte Einflüsse bei der Ausführung von gleitfesten Verbindungen zu berücksichtigen sind, da diese die Wirtschaftlichkeit dieser Verbindungsform beeinträchtigen.

Das Forschungsvorhaben wird umfassende Kenntnisse zum Einfluss fertigungs- und montagebedingter Imperfektionen sowie von Betriebsbedingungen auf das Tragverhalten gleitfest geschraubter Stahlbauverbindungen liefern und zu einer Verringerung der Produktionskosten und der Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der Stahlbauweise beitragen. Die methodische Vorgehensweise sieht Referenzversuche in Anlehnung an die Vorgehensweise nach DIN EN 1090-2, Anhang G ohne Imperfektionen vor. Anschließend werden die Einflüsse von konstruktiven (Kantenversatz, Futterbleche), logistischen (Transportschäden, Alterung von Beschichtungen) und fertigungsbedingten (Schichtdickenschwankungen) Imperfektionen sowie witterungs- (Feuchtigkeit, Vereisung, Temperaturschwankungen), betriebs- (Ermüdungs- und Dauerstandbelastung) als auch montagebedingte (verschiedene Anziehverfahren, Beiziehen von Blechen) Einflüsse auf das Tragverhalten der gleitfesten Verbindung untersucht.

Die Forschungsergebnisse werden in die Überarbeitung der EN 1090-2 zur Ausführung von Stahltragwerken und der EN 1993-1-8 zur Bemessung von Anschlüssen von Stahltragwerken einfließen, da die Forschungsstellenleiterin der FSt 1 in diesen Normenausschüssen auf nationaler/europäischer Ebene aktiv ist. Von den Ergebnissen werden insbesondere Stahlbaufirmen und Ingenieurbüros profitieren, die üblicherweise als KMUs eingestuft sind und die Forschungstätigkeiten nicht eigenständig durchführen können.

Ergebniszusammenfassung:

Mit den vorliegenden Versuchsergebnissen wurde der Einfluss fertigungs- und montagebedingter Imperfektionen sowie betriebsbedingter Einflüsse auf das Tragverhalten gleitfester Schraubverbindungen im Stahlbau erfasst.

Je nach untersuchten Imperfektion konnte eine Reduktion der Haftreibungszahl (im Vergleich zu Referenzversuchen) von bis zu 30 % beobachtet werden. Dies betrifft sowohl die fertigungsbedingten Imperfektionen wie Schichtdicke, Blechdickensprünge, mechanische Beschädigungen der Reibflächen, Alterung der Beschichtung als auch die Einflüsse aus der Witterung.

Eine Bewertung der Imperfektionen hinsichtlich der Erreichbarkeit der normativ geforderten Haftreibungszahlen zeigt, dass die Referenzprüfkörper mit HDG-ASI die Haftreibungszahl µ = 0,4 nur mit ca. 10 % überschreiten, sodass die zu erwartenden Einflüsse aus verschiedenen Imperfektionen deutlich kritischer zu sehen sind. So können beispielsweise geringere Schichtdicken (µect = 0,37) oder Kantenversätze zu einer Unterschreitung der in der Bemessung angesetzten Haftreibungszahl führen und somit die Verbindung gefährden.

Deutlich höhere Reserven hinsichtlich der festgelegten Haftreibungszahl µ = 0,4 bieten die Beschichtungssysteme ASI (ca. +45 %) und SM-Al (ca. +70 %), sodass es bei keiner der untersuchten Imperfektionen zu einer Unterschreitung der Reibflächenklasse B gekommen ist, wodurch sich die auf den ersten Blick konservativen Einstufungen für die Reibflächen der DIN EN 1090 2 als sinnvoll erweisen. Unter Berücksichtigung der besonders kritischen Imperfektionen wie die geringe Schichtdicke und der Kantenversatz (sowohl 1 mm als auch 2 mm) könnte jedoch für das Beschichtungssystem SM-Al zukünftig eine Erhöhung der Reibflächenklasse in Erwägung gezogen werden.

Das Anziehen mittels Kombiniertem Vorspannverfahren führt zu einer Steigerung des Gleitwiderstandes von bis zu 30 %, wobei dieser günstige Einfluss aktuell normativ unberücksichtigt bleibt.