Normnachweis von Schrauben und vorgespannten Schrauben nach australischen Normen

Die Kräfte in den Schrauben einschließlich der Abhebekräfte werden durch die Finite-Elemente-Analyse bestimmt. Die Schraubentragfähigkeiten werden anhand der Normanforderungen überprüft.

Schrauben

Schrauben werden gemäß Kapitel 9.2 Design of bolts nachgewiesen. Die Zug- und Querkraft in jeder Schraube wird durch die Finite-Elemente-Analyse bestimmt. Abhebekräfte werden gemäß Clause 9.1.8 berücksichtigt. Abhebekräfte werden durch die Finite-Elemente-Analyse bestimmt. Jede Scherfuge wird einzeln nachgewiesen. Das Bauteil auf Lochleibung wird gegen die Summe der Querkräfte in benachbarten Ebenen nachgewiesen.

Schraube auf Abscheren

Eine Schraube, die einer Bemessungsquerkraft ausgesetzt ist, wird gemäß Cl. 9.2.2.1 bemessen und muss folgende Bedingung erfüllen:

\[ V_f^* \le \phi V_f \]

wobei:

• V_f* – Bemessungsquerkraft
• ϕ = 0,8 – Kapazitätsfaktor (Tabelle 3.4), editierbar in den Normeinstellungen
• V_f = 0,62 f_uf A – charakteristische Abschertragfähigkeit einer Schraube
• f_uf – Mindestzugfestigkeit der Schraube gemäß Tabelle 9.2.1
• A – Querschnittsfläche einer Schraube, entweder A_c oder A_o, d. h. die Kernquerschnittsfläche der Schraube gemäß AS 1275 bzw. die Nennquerschnittsfläche des glatten Schafts der Schraube. Jede Scherfuge wird einzeln nachgewiesen.

Der Wert von A_c wird in der Software durch folgende Funktion angenähert:

A_c = 0,0000163 · A_s² + 0,91682 · A_s − 0,85375

Die maximale Abweichung beträgt 0,8 mm² bzw. 0,5 %.

Der Abminderungsfaktor gemäß Tabelle 9.2.2.1 zur Berücksichtigung der Länge einer geschraubten Überlappungsverbindung beträgt 1,0. Die Abminderung wird automatisch durch die Einzelnachweise jeder Schraube berücksichtigt.

Gemäß Cl. 9.2.2.5 ist bei Verbindungen, bei denen Futterbleche eine Dicke von mehr als 6 mm aufweisen, die charakteristische Abschertragfähigkeit einer Schraube um 15 % zu reduzieren. Bei Verbindungen mit mehreren Scherfugen wird die Abminderung auf alle Scherfugen angewendet.

Schraube auf Zug

Eine Schraube, die einer Bemessungszugkraft ausgesetzt ist, wird gemäß Cl. 9.2.2.2 bemessen und muss folgende Bedingung erfüllen:

\[ N_{tf}^* \le \phi N_{tf} \]

wobei:

• N_tf* – Bemessungszugkraft
• ϕ = 0,8 – Kapazitätsfaktor (Tabelle 3.4), editierbar in den Normeinstellungen
• N_tf = A_s f_uf – charakteristische Zugtragfähigkeit einer Schraube
• A_s – Spannungsquerschnitt einer Schraube gemäß AS 1275
• f_uf – Mindestzugfestigkeit der Schraube gemäß Tabelle 9.2.1

Schraube unter kombinierter Scher- und Zugbeanspruchung

Eine Schraube, die gleichzeitig einer Bemessungsquer- und Bemessungszugkraft standhalten muss, wird gemäß Cl. 9.2.2.3 bemessen und muss folgende Bedingung erfüllen:

\[ \left ( \frac{V_f^*}{\phi V_f} \right ) ^2 + \left ( \frac{N_{tf}^*}{\phi N_{tf}} \right ) ^2 \le 1.0 \]

wobei:

• ϕ = 0,8 – Kapazitätsfaktor (Tabelle 3.4), editierbar in den Normeinstellungen

Bauteil auf Lochleibung

Ein Bauteil, das einer Bemessungslochleibungskraft infolge einer auf Abscheren beanspruchten Schraube ausgesetzt ist, wird gemäß Cl. 9.2.2.4 bemessen und muss folgende Bedingung erfüllen:

\[ V_b^* \le ϕ V_b \]

wobei:

• ϕ = 0,9 – Kapazitätsfaktor (Tabelle 3.4), editierbar in den Normeinstellungen
• \( V_b = 3.2 d_f t_p f_{up} \le a_e t_p f_{up} \) – charakteristische Lochleibungstragfähigkeit eines Bauteils
• d_f – Schraubendurchmesser
• t_p – Bauteildicke
• f_up – Zugfestigkeit des Bauteils
• a_e – Mindestabstand vom Lochrand zum Bauteilrand, gemessen in Richtung der Kraftkomponente, zuzüglich des halben Schraubendurchmessers. Als Bauteilrand gilt auch der Rand eines benachbarten Schraubenlochs

Gleitfeste Verbindungen

Bei gleitfesten Verbindungen ist das Gleiten im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit zu begrenzen und gemäß Cl. 9.2.3 zu bemessen. Diese Schrauben sind auch als lochleibungsbeanspruchte Verbindungen für den Grenzzustand der Tragfähigkeit nachzuweisen. Eine auf Querkraft beanspruchte Schraube muss folgende Bedingung erfüllen:

\[ V_{sf}^* \le ϕ V_{sf} \]

wobei:

• ϕ = 0,7 – Kapazitätsfaktor (Kapitel 3.5.5), editierbar in den Normeinstellungen
• V_sf = μ N_ti k_h – charakteristische Abschertragfähigkeit einer Schraube
• μ = 0,35 – Gleitbeiwert gemäß Clause 9.2.3.2, editierbar in den Normeinstellungen
• N_ti – Mindestschraubenvorspannung bei der Montage gemäß Clause 15.2.2.2

• k _h – Faktor für verschiedene Lochtypen gemäß Clauses 9.2.3.1 und 14.3.2
  • k _h = 1 für Standardlöcher (+2 mm für d _f ≤ 24 mm, sonst +3 mm)
  • k _h = 0,85 für kurze Langlöcher (Lochlänge ≤ max(1,33 d _f, d _f + 10 mm)) und übergroße Löcher
  • k _h = 0,70 für lange Langlöcher

Die Anzahl der wirksamen Kontaktflächen, n_ei, ist stets gleich 1, da jede Kontaktfläche einzeln nachgewiesen wird.

Schrauben in gleitfesten Verbindungen, die durch kombinierte Scher- und Zugbeanspruchung belastet werden, müssen folgende Bedingung erfüllen:

\[ \left ( \frac{V_{sf}^*}{ϕ V_{sf}} \right ) + \left ( \frac{N_{tf}^*}{ϕ N_{tf}} \right ) \le 1.0 \]

wobei:

• V_sf* – Bemessungsquerkraft auf die Schraube in der Ebene der Kontaktflächen
• N_tf* – Bemessungszugkraft auf die Schraube
• ϕ = 0,7 – Kapazitätsfaktor (Kapitel 3.5.5), editierbar in den Normeinstellungen
• V_sf – charakteristische Abschertragfähigkeit der Schraube
• N_tf = N_ti – charakteristische Zugtragfähigkeit der Schraube, gleich der Mindestvorspannkraft bei der Montage

Gleitfeste Verbindungen sind auch für den Grenzzustand der Tragfähigkeit nachzuweisen. Der Schraubentyp sollte auf lochleibungsbeansprucht – Zug-/Scherwechselwirkung geändert, die Lasten entsprechend erhöht und die Verbindung erneut nachgewiesen werden.