TSchrauGe - Tragfähigkeit und Tragverhalten von Schraubverbindungen mit Gewindebohrungen

Motivation und Problemstellung

Geschraubte Anschlüsse stellen eine übliche Verbindungstechnik des Stahl- bzw. Metallbaus dar. Im Regelfall kommen Schraubengarnituren zum Einsatz, wobei Einflüsse aus der Mutter auf das Zugtragverhalten nicht berücksichtigt werden müssen, da sich durch höhere Materialfestigkeiten der Versagenspunkt stets in der Schraube einstellt. Für Anwendungsfälle, bei denen auf eine Mutter verzichtet wird, kommen Gewindebohrungen zum Einsatz, wobei die Schraube in ein Bohrloch mit geschnittenem Innengewinde eingedreht wird. Die Tragfähigkeit von Schraubenverbindungen mit Gewindebohrungen kann nun nicht mehr ausschließlich durch die Schraube beurteilt werden, vielmehr beeinflusst die Gewindebohrung im Grundmaterial das Tragverhalten sowie die Grenztragfähigkeit entscheidend. Dabei ist neben der Festigkeit des Grundmaterials die Einschraubtiefe von grundlegender Bedeutung, wobei aktuellen normativen Regelungen des Eurocodes eine Berechnung der Tragfähigkeit in diesem Zusammenhang jedoch nicht unmittelbar zulassen. Vielmehr wird eine erforderliche Einschraubtiefe definiert, die die Übertragung der vollen Schraubengrenzzugkraft gewährleistet und damit maßgeblichen Einfluss auf die Dicke des Bauteils mit der Gewindebohrung nimmt. Dies ist in der baupraktischen Anwendung immer dann sehr ungünstig, wenn geringere Schraubenzugkräfte zu übertragen sind, für die verkleinerte Einschraubtiefen und damit verbundene geringere Blechdicken ausreichen würden.

Zielstellung des Vorhabens

Ziel des Forschungsprojektes ist es, umfassenden Aufschluss über das Tragverhalten und die Tragfähigkeit von Schraubenverbindungen mit Gewindebohrungen durch experimentelle und numerische Untersuchungen zu geben. Darauf aufbauend soll ein Konzept zur wirtschaftlichen Bemessung entsprechender Konstruktionselemente entwickelt und bereitgestellt werden; die damit verbundenen Bemessungsregeln sollen das Tragverhalten realitätsnah abbilden und einen weitergehenden Zusammenhang zwischen Einschraubtiefe und Tragfähigkeit der Verbindung herstellen. Dabei lassen sich verschiedene Einflussparameter identifizieren, die das Tragverhalten maßgeblich beeinflussen und mit unterschiedlichen Versagensmechanismen verbunden sind. Zu nennen sind die Gewindedurchmesser der Schrauben, die zur Verfügung stehenden Einschraubtiefen sowie der Einfluss unterschiedlicher Materialien von Schrauben und Grundwerkstoffen sowie deren Kombinationen. Derartige Einflüsse sollen im Rahmen des Vorhabens für Baustähle mit Festigkeiten bis S460 umfassend untersucht werden.