DuEPublico 2

Dies ist unser neues Repositorium, derzeit für E-Dissertationen und ausgewählte weitere Publikationen. Weitere Informationen...

Anwendung von direkten Kraftanzeigern in vorgespannten Verbindungen

Schiborr, Markus LSF

Das Verfahren mit direkten Kraftanzeigern (engl. Direct Tension Indicator, DTI) ist eines von mehreren nach EN 1090-2 angebotenen und geregelten Anziehverfahren zum Vorspannen von hochfesten Schraubengarnituren. Der Einsatz von direkten Kraftanzeigern ist in Deutschland weitestgehend unbekannt. Aufgrund von mangelnder Anwendungserfahrung wurde das Verfahren über den Nationalen Anhang DIN EN 1993-1-8/NA ausgeschlossen. Für dieses Anziehverfahren wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein allgemeines Verständnis über das Last-Verformung-Verhalten des DTI sowie über das Tragverhalten der vorgespannten Verbindung mit DTI gewonnen. Darüber hinaus wird überprüft, ob in einer mittels DTI vorgespannten Verbindung der Erhalt der Vorspannkraft auch bei axialer zentrischer Zugbeanspruchung gewährleistet ist. Eine solche Beanspruchung ist nach EN 1993-1-8 ohne besondere Einschränkungen zugelassen. Die experimentellen Untersuchungen bestehen aus Drucklastversuchen an einzelnen DTI sowie Anziehversuchen an Garnituren mit DTI, um das Erreichen der Mindestvorspannkraft unter Anwendung der Fühllehre zu überprüfen. Vorgespannte Bauteile, für die die Vorspannkraft mit Hilfe der Fühllehre eingebracht wurde, ermöglichen unter Zugbeanspruchung die Beobachtung der vorhandenen Schraubenkraft und von Vorspannkraftverlusten. Mit den verfügbaren Last-Verformung-Kurven aus den Drucklastversuchen wird das Verspannungsschaubild für die vorgespannte Schraubenverbindung um die elastischen und plastischen Eigenschaften der vorliegenden DTI erweitert. Damit werden zum einen die durchgeführten Zugversuche auf Grundlage von VDI 2230-1 hinsichtlich der Schraubenzusatzkräfte und Vorspannkraftverluste nachgerechnet, zum anderen die geometrischen Grenzen der vorliegenden Versuche um weitere Varianten mit unterschiedlichen Schrauben und Klemmlängen erweitert. Das mechanische Modell auf Grundlage des Verspannungsschaubildes hat für die Zugversuche in der Montagekonfiguration mit DTI unter dem Schraubenkopf und gedrehter Mutter eine gute Übereinstimmung zu den Versuchen hinsichtlich der Vorspannkraftverluste aus dem Verhalten des DTI bei Laststeigerung gezeigt. Die Untersuchung von Fallbeispielen anhand von unterschiedlich großen Montagevorspannkräften, Beanspruchungsniveaus und Klemmlängen hat ergeben, dass eine Begrenzung der einwirkenden Zugkraft auf die etwa 0,6- bis 0,7-fache Mindestvorspannkraft die aus dem Verformungsverhalten der untersuchten DTI resultierenden Vorspannkraftverluste auf weniger als 5 % der Mindestvorspannkraft begrenzen kann. Bei einer vorausgesetzten Montagevorspannkraft der 1,1-fachen Mindestvorspannkraft wäre dadurch der Erhalt der Mindestvorspannkraft gegeben. Anhand der experimentellen Untersuchungen und der Modellberechnungen ist ersichtlich, dass der Erhalt der Vorspannkraft unter Zugbeanspruchung stark vom Niveau der Montagevorspannkraft abhängig ist. Da die derzeitigen Gebrauchseignungsprüfungen im Rahmen der normativen Anforderungen nur die Einbringung der einfachen Mindestvorspannkraft gewährleisten, sind die zulässigen Zugbeanspruchungen für vorgespannte Verbindungen mit DTI im Rahmen der Bemessung nach EN 1993-1-8 zu reduzieren. Anderenfalls kann nur generell vom Einsatz des Verfahrens mit DTI in zugbeanspruchten Verbindungen abgeraten werden.

The direct tension indicator (DTI) method is one of several tightening methods specified in EN 1090-2 for tightening high-strength structural bolting assemblies to the minimum required preloading force. As the application of direct tension indicators in preloaded bolted connections is largely unknown in Germany and so there is no experience of this method, the use of the DTI method has so far been excluded in Germany by the national annex DIN EN 1993-1-8/NA. Within the scope of the present study for this tightening method a general understanding of the load-deformation behaviour of the DTI as well as the bearing behaviour of the prestressed connection with DTI is obtained. In addition, it is examined whether the preservation of the preloading force as a result of the DTI method is ensured under external tensile loading. Such a type of loading is permitted according to EN 1993-1-8 without any restrictions. The experimental investigations consist of compression tests and tightening tests to check the application of a feeler gauge with regard to the achievement of the minimum required preloading force. Tensile tests on preloaded bolted connections give information about the actual bolt force and loss of preload. The joint diagram according to VDI 2230-1 was extended by the elastic and plastic resiliences of the different DTIs investigated in the compression tests. Herewith on the one hand the experimental tensile tests are simulated. On the other hand the geometrical limitations of the tests are expanded by further variety of the type of bolt and the clamping length. The mechanical model based on the joint diagram showed a good correlation for the assembly configuration with DTI under the bolt head and rotated nut regarding the loss of preload. The case study on different levels of preload, levels of tensile loading and clamping lengthes showed, that a limitation of the external tensile load to 0.6 to 0.7 times the minimum preloading force may limit the loss of preload induced by the deformation behaviour of the DTI to a maximum of 5 % of the minimum required preloading force. Considering an assembly preload 1.1 times the minimum required preloading force the preservation of the minimum preloading force is ensured. On the basis of the experimental investigations and the model calculations it can be seen, that under an external tensile loading the preservation of the preloading force mainly depends on the initial level of preloading force. Since the “suitability test for preloading” only ensures the required minimum preloading force the maximum permissible external tensile loading specified in EN 1993-1-8 should be decreased for the application of the DTI method. Otherwise the DTI method should not be used for preloading structural bolting assemblies which are loaded in tension.

Share and cite

Citation style:

Schiborr, Markus: Anwendung von direkten Kraftanzeigern in vorgespannten Verbindungen. 2017.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export