Verbindungstyp: Stegfahnenblech-Verbindung
Einheitensystem: Metrisch
Bemessen nach: AS 4100
Untersucht: Schrauben, Grundwerkstoff, Schweißnähte
Plattenwerkstoff: Grade 300
Schrauben: M20 Grade 8.8
Schweißnähte: Kehlnähte mit einer Nahtdicke von 8 mm und einer Festigkeit von 490 MPa
Beispiel entnommen aus: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Kapitel 9.4.1.3
Geometrie
Träger UB 406×178×60 wird mittels eines Stegfahnenblechs mit den Abmessungen 280×90 mm an die Stütze UC 254×254×89 angeschlossen. Es werden vier Schrauben M20 Grade 8.8 mit einem Schraubenabstand von 70 mm verwendet. Es wird angenommen, dass der Träger aufgrund der Spreizträger und Decken keine Verdrehung erfahren und kein Biegemoment um die schwache Achse aufnehmen kann.
Einwirkende Last
Der Träger wird durch eine Querkraft belastet. Um auf der sicheren Seite zu liegen, sollte für die Bemessung der Schrauben die Querkraft an der Position der Stützenflanschfläche angesetzt werden, sodass die Schraubengruppe auch durch ein Biegemoment beansprucht wird – Kräfte in Position 130 mm wählen. Für die Bemessung des Fahnenbleches und der Schweißnähte sollte die Querkraft am Schwerpunkt der Schrauben im Trägersteg angesetzt werden – Kräfte in Schrauben wählen.
Ergebnisse der Handrechnung
Als Handrechnung werden die Ergebnisse aus B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Kapitel 9.4.1.3 verwendet. Die maximale Querkraft auf eine Schraube beträgt 85,9 kN. Dieser Wert liegt nahe an der Quertragfähigkeit der Schraube von 92,6 kN. Die Tragfähigkeiten der Platte – Lochleibungstragfähigkeit und Ausreißtragfähigkeit – sind nahezu doppelt so hoch. Die Quertragfähigkeit des Stegbleches beträgt 322,6 kN, was nahe an der einwirkenden Last liegt. Die Kehlnähte haben eine Nahtdicke von 8 mm und eine Festigkeit von 490 MPa; die Tragfähigkeit beträgt \( \phi V_w = \phi \cdot 0.6 \cdot 490 \cdot \frac{8}{\sqrt{2}} = 1.33\, \textrm{kN/mm} \), die Kraft je vertikaler Längeneinheit beträgt 0,84 kN/mm, sodass eine Reserve von 37 % vorhanden ist. Das maßgebende Bauteil sind die Schrauben. Unter der Annahme einer linearen Kraftverteilung in den Schrauben kann die maximale einwirkende Kraft 270 kN betragen.
Ergebnisse von IDEA StatiCa
Die maßgebende Lastposition für diese Verbindung liegt an der Stützenflanschfläche. Die Schraubengruppe wird durch Querkraft und Biegemoment beansprucht. Bei einer Querlast von 270 kN wird die am stärksten beanspruchte Schraube durch eine Querkraft V*f = 92,1 kN und eine geringe Zugkraft N*f = 13,5 kN infolge der Verformung des einseitigen Fahnenbleches belastet. Bei dieser Last von 270 kN ist die am stärksten beanspruchte Schraube zu 99,9 % ausgenutzt und die Verbindung hat ihre maximale Tragfähigkeit erreicht. Diese Lastposition der Querkraft ist auch maßgebend für die Tragfähigkeit des Fahnenblech-Stahls; die Dehnung von 5 % wird bei einer Last von 305 kN erreicht.
Die Querlastposition an der Position der Schrauben ist maßgebend für die Bemessung der Schweißnähte. Die Tragfähigkeit des Fahnenbleches ist geringer als die der Schweißnähte und versagt bei einer einwirkenden Querlast von 335 kN. Die plastische Dehnung des Fahnenbleches ist an der verformten Gestalt in der nachfolgenden Abbildung dargestellt.
Bei Verbindungen, die durch extreme Querkräfte beansprucht werden, ist es wichtig, die Position der Querlast sorgfältig zu wählen, da verschiedene Bauteile auch durch erhebliche Biegemomente beansprucht werden, die durch diese Querkraft auf einem Hebelarm entstehen.
Vergleich
Die Quertragfähigkeit der Stegfahnenblech-Verbindung wurde sowohl in der Handrechnung als auch in IDEA StatiCa aufgrund der Quertragfähigkeit der Schrauben mit 270 kN bestimmt. Sowohl die Handrechnung als auch die Softwarebewertung ergaben identische Tragfähigkeit und Versagensform.