Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung normativer Grundlagen zur Berücksichtigung von Vorspannkraftverlusten in vorgespannten Schraubenverbindungen im Stahlbau mit allseits beschichteten Oberflächen

Im Stahlbau werden geschraubte Verbindungen entweder aus Tragfähigkeitsgründen: Zielebene I – gleitfeste Verbindungen (Kat. B/C) und auf Ermüdung beanspruchte Zugverbindungen (Kat. E), oder aus Gebrauchstauglichkeitsgründen: Zielebene II - Scher/Lochleibungsverbindungen (Kat. A) und statische Zugverbindungen (Kat. D) vorgespannt. Bei Verbindungen der Zielebene I geht die Vorspannkraft in den rechnerischen Nachweis ein, sodass zwingend zu gewährleisten ist, dass sie über die Lebensdauer in den ausgeführten Verbindungen verbleibt. Verbindungen der Zielebene II werden in der Regel zur Vermeidung von Schlupf und Verformungen vorgespannt.

Bereits nach der Montage einer geschraubten Verbindung kommt es zu ersten Vorspannkraftverlusten infolge von Setzerscheinungen. Diese sowie die Einflüsse aus Kriecherscheinungen oder zyklischen Belastungen bedingen eine Reduzierung der Vorspannkraft. Um die Betriebssicherheit einer vorgespannten Verbindung gewährleisten zu können, müssen diese Einflussfaktoren auf das Vorspannkraftniveau sinnvoll abgeschätzt und berücksichtigt werden. Dafür sind Untersuchungen zu verfahrensbedingten Systemreserven verschiedener Anziehmethoden und zum zeitabhängigen Vorspannkraftverlust notwendig.

Für die Bemessung stahlbautypischer Verbindungen aller Kategorien nach DIN EN 1993-1-8, insbesondere aber zur Gewährleistung der Tragsicherheit der Verbindungen der Kategorien B/C und E soll im Rahmen des Forschungsvorhabens die Höhe der zu erwartenden Vorspannkraftverluste für die Vielzahl der im Stahlhoch- und -brückenbau sowie in der On- und Offshore-Windenergie üblichen Beschichtungssysteme experimentell bestimmt, statistisch nach DIN EN 1990 bewertet und in ein Bemessungskonzept überführt werden. Hierbei werden sowohl anziehverfahrensbedingte Besonderheiten als auch u. a. Überschichtdicken berücksichtigt. Die Untersuchungen sollen auch als Basis für die Formulierung von Handlungsempfehlungen dienen, von denen vor allem der Stahlbau (KMU) profitiert.

Ergebniszusammenfassung:

Insgesamt wurde experimentell eine grundlegende Basis für die zukünftige Konzeptionierung der Berücksichtigung von Vorspannkraftverlusten in der Bemessung und Ausführung geschaffen. Weiterhin wurden Erkenntnisse über die unterschiedlichen Einflüsse wie Beschichtungssystem, Anziehverfahren, Verbindungsmittel sowie äußerer Belastung gewonnen. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden in Abstimmung mit den beteiligten Industriepartnern für die Praxis relevante Beschichtungsstoffe untersucht, sodass mit den gewonnenen Erkenntnissen zunächst eine gute Basis zur Beurteilung typischer Beschichtungssysteme vorliegt, die in die zukünftige Überarbeitung der DIN EN 1090-2 einfließen kann.