Geschraubte Verbindung – Interaktion von Querkraft und Zug

Beschreibung

Ziel dieses Kapitels ist die Verifikation der komponentenbasierten Finite-Elemente-Methode (CBFEM) für die Interaktion von Querkraft und Zug in einer Schraube anhand eines analytischen Modells (AM). Für die Verifikation wurde ein Träger-Träger-Anschluss mit Stirnplatten und zwei Schraubenreihen ausgewählt; siehe Abb. 5.5.1. Die Biegesteifigkeit des Anschlusses ist hoch genug, um als starr eingestuft zu werden.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}$$

Analytisches Modell

Die Schraubentragfähigkeit bei Interaktion von Querkraft und Zug wird gemäß Tab. 3.4 in Abschnitt 3.6.1 der EN 1993-1-8:2005 bemessen. Es wird eine bilineare Beziehung verwendet. Die Geometrie und die Stirnplattenabmessungen des Anschlusses sind so gewählt, dass die Bemessungstragfähigkeit des Anschlusses durch Schraubenversagen begrenzt wird. Die Bemessungstragfähigkeit des äquivalenten T-Stummels auf Zug wird gemäß Tab. 6.2 in Abschnitt 6.2.4 der EN 1993‑1‑8:2005 modelliert.

Verifikation der Tragfähigkeit

Die Parameter des Modells sind der Schraubendurchmesser und die Trägerabmessung; siehe Abb. 5.5.2 bis 5.5.5. Die Abmessungen der Stirnplatte und die Schraubenabstände werden so angepasst, dass die Anschlusstragfähigkeit durch Schraubenversagen begrenzt wird. Die Querkraft- und Biegetragfähigkeit des Anschlusses wird beim Schraubenversagen unter Belastung verglichen. Die Ergebnisse sind in Tab. 5.5.1 und 5.5.2 zusammengefasst.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}$$

Tab. 5.5.1 Sensitivitätsstudie zur Tragfähigkeit mit Variation des Schraubendurchmessers

Tab. 5.5.2 Sensitivitätsstudie zur Tragfähigkeit mit Variation der Trägerabmessung

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}$$

Die Ergebnisse der Sensitivitätsstudien sind in den Diagrammen in Abb. 5.5.6 und 5.5.7 zusammengefasst. Die Ergebnisse zeigen, dass die Unterschiede zwischen den beiden Berechnungsmethoden unter 10 % liegen. Das analytische Modell liefert im Allgemeinen höhere Tragfähigkeiten.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}$$

Benchmark-Beispiel

Eingaben

Angeschlossene Bauteile

• Stahl S355
• Träger HEA300
• Stirnplattendicke t_p = 40 mm
• Stirnplattenabmessungen 300 × 330 mm

Schrauben

• 4 × M24 8.8
• Abstände e₁ = 85 mm; p₁ = 160 mm; w₁ = 75 mm; w = 150 mm

Ergebnisse

• Bemessungstragfähigkeit auf Biegung M_Rd = 93 kNm
• Bemessungstragfähigkeit auf Querkraft V_Rd = 291 kN
• Versagensmode ist Schraubenversagen bei Interaktion von Querkraft und Zug