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​​Im Bauwesen werden geschraubte Verbindungen aus nichtrostendem Stahl hauptsächlich als nicht vorgespannte Scher-/Lochleibungsverbindungen, zugbeanspruchte Verbindungen oder als zugbeanspruchte Scher-/Lochleibungs-verbindungen überwiegend aus austenitischem und in den letzten Jahren auch vermehrt als austenitisch-ferritischer (Duplex-) Stahl eingesetzt. Die aktuellen normativen Regelungen zur Bemessung von zugbeanspruchten Scher-/Lochleibungsverbindungen aus nichtrostendem Stahl, den sogenannten Kategorie A- und Kategorie D-Verbindungen nach DIN EN 1993-1-8, basieren im Wesentlichen auf den Regelungen für Verbindungen aus Kohlenstoffstahl. Welche Regelung das tatsächliche Tragverhalten nichtrostender Schrauben abbildet, war allerdings völlig unklar und daher Gegenstand des Forschungsvorhabens.

Neben der reinen Abschertragfähigkeit wurden im Forschungsvorhaben auch die Zug-Abscher-Interaktion und die Zugtragfähigkeit geschraubter Verbindungen aus nichtrostendem Stahl untersucht. Da nichtrostende austenitische Schrauben aufgrund der Kaltverfestigung im Gewindebereich bei Zugbeanspruchung nicht im Gewinde, sondern im Schaft durch Bruch versagen, war ein deutlich anderes Tragverhalten im Vergleich zu Kohlenstoffstahlschraubengarnituren zu erwarten. Ebenfalls wurde das Lochleibungstragverhalten von nichtrostenden austenitischen und Duplex-Blechen zur Verifikation der bestehenden normativen Regelungen aufgegriffen.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens konnte aufgezeigt werden, dass wirtschaftlichere Bemessungen der Zug-, Abscher- und kombinierten Zug-Abscher-Tragfähigkeit nichtrostender Schrauben möglich sind.

Eine Erhöhung der Zugtragfähigkeit F_t,Rd nichtrostender Schrauben mittels k₂ = 1,0 ist statistisch abgesichert und folgt damit der ohnehin bereits bestehenden normativen Anforderung der DIN EN ISO 3506-1 hinsichtlich der Mindestbruchkraft F_mf nichtrostender Schrauben mit f_ub ∙ A_s und des Bemessungsansatzes des Australian Standard AS 4100. Basierend auf den experimentellen Untersuchungen zur Abschertragfähigkeit F_v,Rd wurden neue Scherfestigkeitskoeffizienten a für die Bemessung von nicht vorgespannten Schraubverbindungen aus nichtrostendem austenitischem und Duplex-Stahl für FK 50 bis 100 vorgeschlagen. Es konnte ferner gezeigt werden, dass für alle vorgeschlagenen Scherfestigkeitskoeffizienten a die ermittelten Teilsicherheitsbeiwerte g_M* für alle Untergruppen unter g_M2 = 1,25 liegen. Im Falle der kombinierten Zug-Abscher-Beanspruchung nichtrostender Schrauben wurden unterschiedliche Interaktionsgleichungen bewertet und sowohl für den Fall „Schraubenschaft in der Scherfuge“ als auch „Schraubengewinde in der Scherfuge“ eigene, wirtschaftlichere Interaktionsgleichungen entwickelt. Die bilineare Interaktion nach DIN EN 1993-1-4 liegt für beide Belastungsfälle auf der sicheren, aber auch deutlich unwirtschaftlichen Seite.

Eine wirtschaftlichere Bemessung der Lochleibungstragfähigkeit F_b,Rd von Blechen aus nichtrostendem Stahl ist durch den Ansatz der Bemessungshilfe für nichtrostende Stähle im Bauwesen (4. Auflage) bei gleichzeitig ausreichend hohen Sicherheits-reserven möglich.

Das IGF-Vorhaben 20651 N der FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das Vorhaben wurde vom Institut für Metall- und Leichtbau der Universität Duisburg-Essen durchgeführt. Die Projektlaufzeit betrug 24 Monate (01.04.2019 – 31.03.2021). Der Schlussbericht befindet sich in Vorbereitung und wird voraussichtlich in diesem Jahr veröffentlicht.

Ansprechpartner am Institut für Metall- und Leichtbau: Herr Christoph Abraham, M.Sc.

Förderung:

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​Forschungseinrichtung:

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