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Im Add-On "Stahlanschlüsse" haben Sie die Möglichkeit, in sämtlichen Komponenten die Vorspannung von Schrauben bei der Berechnung zu berücksichtigen. Die Vorspannung lässt sich einfach bei den Schraubenparametern mittels einer Checkbox aktivieren und hat Auswirkungen sowohl auf die Spannungs-Dehnungsberechnung als auch auf die Steifigkeitsanalyse.
Vorgespannte Schrauben sind spezielle Schrauben, die im Stahlbau verwendet werden, um eine hohe Klemmkraft zwischen den verbundenen Bauteilen zu erzeugen. Diese Klemmkraft bewirkt eine Reibung zwischen den Bauteilen, die die Übertragung von Kräften ermöglicht.
Funktionsweise Vorgespannte Schrauben werden mit einem bestimmten Drehmoment angezogen, wodurch sie sich dehnen und eine Zugkraft erzeugen. Diese Zugkraft wird auf die verbundenen Bauteile übertragen und führt zu einer hohen Klemmkraft. Die Klemmkraft verhindert ein Lösen der Verbindung und sorgt für eine sichere Kraftübertragung.
Vorteile
Hohe Tragfähigkeit: Vorgespannte Schrauben können hohe Kräfte übertragen.
Geringe Verformung: Sie minimieren die Verformung der Verbindung.
Ermüdungsfestigkeit: Sie sind widerstandsfähig gegen Ermüdung.
Einfache Montage: Sie sind relativ einfach zu montieren und demontieren.
Berechnung und Bemessung Die Berechnung von vorgespannten Schrauben erfolgt in RFEM mittels des durch das Add-On "Stahlanschlüsse" generierten Analyse-FE-Modells. Dabei werden Klemmkraft, Reibung zwischen den Bauteilen, Scherfestigkeit der Schrauben und Tragfähigkeit der Bauteile berücksichtigt. Die Bemessung erfolgt nach DIN EN 1993-1-8 (Eurocode 3) oder der US-Norm ANSI/AISC 360-16. Das erstellte Analysemodell inklusive Ergebnisse kann als eigenständiges RFEM-Modell gespeichert und verwendet werden.
Wussten Sie schon? In den Bemessungsauflagern können Sie für den Nachweis "Druck rechtwinklig zur Faser" Vollgewindeschrauben als Querdruck-Verstärkungselemente definieren. Dabei werden die Schrauben auf Hineindrücken und Knicken nachgewiesen.
Zusätzlich erfolgt der Nachweis der Querdrucktragfähigkeit in der Ebene der Schraubenspitze. Den Lastausbreitungswinkel können Sie linear unter 45° oder nichtlinear (nach Bejtka I., Verstärkung von Bauteilen aus Holz mit Vollgewindeschrauben, Universität Karlsruhe (TH), 2005) berücksichtigen.
Für die Ermittlung der Abschertragfähigkeit der Schrauben können Sie im Add-On Stahlanschlüsse festlegen, ob der Schaft oder das Gewinde in der Scherfuge liegt.
Sie wissen sicher, dass Sie für den Tragfähigkeitsnachweis beim Anschluss zugbeanspruchter Bauteile mit Schraubverbindungen die Querschnittsschwächung durch die Schraubenlöcher berücksichtigen müssen. Auch hierfür haben die Statikprogramme eine Lösung. Im Add-On Aluminiumbemessung können Sie dafür eine lokale Stabquerschnittsreduzierung eingeben. An relevanten Stellen geben Sie hier die Reduzierung des Querschnitts als Absolutwert oder den prozentualen Anteil der Gesamtfläche an.
Beachten Sie, dass Sie beim Anschluss zugbeanspruchter Bauteile mit Schraubverbindungen die Querschnittsschwächung durch die Schraubenlöcher beim Tragfähigkeitsnachweis berücksichtigen müssen. Aber keine Sorge, das lässt sich im Programm einfach umsetzen. Im Add-On Stahlbemessung geben Sie eine lokale Stabquerschnittsreduzierung ein – und fertig. An allen relevanten Stellen können Sie die Reduzierung des Querschnitts als Absolutwert oder prozentualen Anteil der Gesamtfläche eingeben.
Das Programm unterstützt Sie umfassend: Es ermittelt Schraubenkräfte anhand des FE-Analysemodells und wertet diese automatisch aus. Das Add-On führt die Nachweise der Schraubentragfähigkeit für Versagensfälle wie Zug, Abscheren, Lochleibung und Durchstanzen gemäß Norm durch und stellt alle benötigten Beiwerte übersichtlich dar.
Möchten Sie einen Schweißnahtnachweis führen? Die Schweißnähte werden als elastisch-plastische Flächenelemente modelliert, und deren Spannungen werden aus dem FE-Analysemodell ausgelesen. Die Plastizitätskriterien sind so eingestellt, dass sie Versagen gemäß AISC J2-4, J2-5 (Tragfähigkeit von Schweißnähten) und J2-2 (Festigkeit des Grundmetalls) darstellen. Der Nachweis kann mit den Teilsicherheitsbeiwerten des ausgewählten Nationalen Anhangs von EN 1993-1-8 erfolgen.
Der Nachweis der Bleche in der Verbindung wird plastisch durchgeführt, indem die vorhandene plastische Verzerrung mit der zulässigen plastischen Verzerrung verglichen wird. Die Standardeinstellung ist 5 % gemäß EN 1993-1-5, Anhang C, kann jedoch benutzerdefiniert angepasst werden, ebenso 5 % beim AISC 360.
Anschluss Träger-Stütze: Anschluss sowohl als Anschluss des Trägers an den Stützenflansch sowie auch als Anschluss der Stütze an den Trägerflansch möglich
Anschluss Träger-Träger: Bemessung von Trägerstößen sowohl als momententragfähige Stirnplattenverbindungen als auch als starre Laschenverbindung möglich
Automatische Übernahme der Modell- und Lastdaten aus RFEM bzw. RSTAB möglich
Schraubengrößen von M12 bis M36 mit den Festigkeitsklassen 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8 und 10.9, sofern die Festigkeitsklasse im gewählten nationalen Anhang verfügbar sind
Nahezu beliebige Loch- und Randabstände (eine Prüfung der zulässigen Abstände erfolgt)
Trägerverstärkung mit Vouten bzw. Steifen an Ober- oder Unterseite
Stirnplattenverbindung mit oder ohne Überstand
Anschluss mit reiner Biegebeanspruchung, reiner Normalkraftbeanspruchung (Zugstoß), oder Kombination von Normalkraft und Biegung möglich
Berechnung der Anschlusssteifigkeiten und Überprüfung, ob ein gelenkiger, nachgiebiger oder biegesteifer Anschluss vorliegt
Stirnplattenanschluss in einer Träger-Stützen-Konfiguration
Angeschlossene Träger bzw. Stützen können einseitig mit Vouten oder ein- bzw. zweiseitig mit Steifen verstärkt werden
Große Auswahl an möglichen Versteifungen der Verbindung (z. B. vollständige oder unvollständige Stegsteifen)
Bis zu zehn horizontale und vier vertikale Schrauben möglich
Angeschlossenes Objekt als konstanter oder gevouteter I-Querschnitt möglich
Nachweise:
Tragfähigkeit des angeschlossenen Trägers (wie z. B. Querkraft- und Zugbeanspruchbarkeit des Stegbleches)
Tragfähigkeit der Stirnplatte am Träger (z. B. T-Stummel unter Zugbeanspruchung)
Tragfähigkeit der Schweißnähte an der Stirnplatte
Tragfähigkeit der Stütze im Bereich des Anschlusses (z. B. Stützenflansch unter Biegung – T-Stummel)
Alle Nachweise werden gemäß EN 1993-1-8 bzw. EN 1993-1-1 geführt
Momententragfähiger Stirnplattenstoß
Zwei oder vier vertikale Schraubenreihen und bis zu 10 horizontale Schraubenreihen möglich
Gestoßene Träger können einseitig mit Vouten oder ein- bzw. zweiseitig mit Steifen verstärkt werden
Angeschlossene Objekte als konstante oder gevoutete I-Querschnitte möglich
Nachweise:
Tragfähigkeit der angeschlossenen Träger (wie z. B. Querkraft- und Zugbeanspruchbarkeit der Stegbleche)
Tragfähigkeit der Stirnplatten an den Träger (z. B. T-Stummel unter Zugbeanspruchung)
Tragfähigkeit der Schweißnähte an den Stirnplatten
Tragfähigkeit der Schrauben in der Stirnplatte (Kombination aus Zug und Abscheren)
Starrer Laschenstoß
In der Flanschblechverbindung bis zu zehn Schraubenreihen hintereinander möglich
In der Stegblechverbindung bis zu zehn Schraubenreihen jeweils in vertikaler und horizontaler Richtung möglich
Material der Laschen kann sich von dem der Träger unterscheiden
Nachweise:
Tragfähigkeit der angeschlossenen Träger (z. B. Nettoquerschnitt im Zugbereich)
Tragfähigkeit der Laschenbleche (z. B. Nettoquerschnitt unter Zugbeanspruchung)
Tragfähigkeit der Einzelschrauben und der Schraubengruppen (z. B. Nachweis der Abschertragfähigkeit der Einzelschraube)
Es wird zunächst der Anschlusstyp und die Bemessungsnorm ausgewählt.
Die anzuschließenden Stäbe werden aus dem RFEM-/RSTAB-Modell übernommen. Dabei überprüft das Modul automatisch, ob alle Geometriebedingungen erfüllt sind.
Auch die Belastung wird von RFEM/RSTAB übernommen. In der Maske Geometrie werden die Schraubenparameter (Durchmesser, Länge, Winkel usw.) definiert.
Mit RF-/RAHMECK Pro können Verbindungen für Strukturen, die in RFEM/RSTAB berechnet wurden, ausgelegt und bemessen werden. Liegt keine RFEM/RSTAB-Struktur vor, so können die Geometrie und die Belastung auch durch manuelle Definition eingegeben werden, z. B. bei Überprüfung von externen Berechnungen.
Im Regelfall pickt der Anwender einfach den zu bemessenden Knoten in RFEM/RSTAB aus. Die anschließenden Stäbe werden automatisch erkannt und der Verbindungstyp wird zugeordnet. In weiteren vom Verbindungstyp abhängigen Eingabeseiten, definiert man dann die weiteren Details zu Rippen, Unterlegblechen, Stegblechen, Schrauben, Schweißnähten und Lochabständen. Als Belastung sind lediglich die gewünschten Lastfälle, Last- oder Ergebniskombinationen von RFEM/RSTAB zu selektieren.
Wird im Modus „Vorauslegung“ gearbeitet, so schlägt RF-/RAHMECK Pro nach dem ersten Berechnungslauf passende Varianten vor. Nach Wahl der gewünschten Variante werden sämtliche Nachweise in detaillierter tabellarischer Form sowie in verschiedenen Grafiken ausgegeben.
Bemessung von Knie-, T-, Kreuzstößen und Verbindungen mit durchlaufenden Stützen mit I-förmigen Profilen
Übernahme von Geometrie- und Belastungsangaben von RFEM/RSTAB oder manuelle Vorgabe der Verbindung (z.B. bei Nachrechnung ohne vorhandenes RFEM/RSTAB-Modell)
Oben bündige Verbindungen oder Verbindungen mit Schraubenreihe im Überstand
Bemessung für positive und negative Rahmeneckmomente
Unterschiedliche Neigungen für Riegel rechts und links sowie Anwendbarkeit für Satteldach- oder Pultdachrahmen
Berücksichtigung von zusätzlichen Flanschen im Riegel z.B. bei gevouteten Profilen
Symmetrische und unsymmetrische T- oder Kreuzstöße
Beidseitige Verbindung mit unterschiedlicher Profilhöhe rechts und links
Automatische Vorauslegung des Schraubenbildes und notwendiger Aussteifungen
Wahlweiser Nachweismodus mit Vorgabemöglichkeit sämtlicher Schraubenabstände, Schweißnähte und Blechdicken
Überprüfung der Schraubbarkeit mit anpassbaren Abmessungen der verwendeten Schraubenschlüssel
Klassifizierung der Verbindung nach der Steifigkeit mit Berechnung der Anschlussfedersteifigkeit für die Berücksichtigung bei der Berechnung der Schnittgrößen
Überprüfung von bis zu 45 Einzelnachweisen (Komponenten) der Verbindung
Automatische Ermittlung der maßgebenden Schnittgrößen für jeden Einzelnachweis
Steuerbare grafische Ausgabe der Verbindung im Rendering-Modus mit Angabe von Material, Blechdicken, Schweißnähten, Schraubenabständen und sämtlichen Abmessungen für die Konstruktion
Integrierte und flexibel erweiterbare Einstellungen für Nationale Anhänge nach EN 1993-1-8
Automatische Umrechnung der Schnittgrößen aus der Stabwerksberechnung in die jeweiligen Anschnitte auch bei exzentrischen Stabanschlüssen
Automatische Ermittlung der Anfangssteifigkeit Sj,ini der Verbindung
Detaillierte Kontrolle sämtlicher Abmessungen hinsichtlich Plausibilität mit Angabe von Eingabegrenzen (z.B. bei Rand- und Lochabständen)
Wahlweise Einleitung von Druckkräften in die Stütze über Kontakt
Möglichkeit der Aktualisierung der Riegelprofilhöhe bei Voutenanschlüssen nach erfolgter Optimierung der Anschlussgeometrie in RF-/RAHMECK Pro
Die Berechnung der Verbindungsbauteile erfolgt unter Berücksichtigung der materiellen Fließeigenschaft, was ein optimales Abstimmen des Tragverhaltens von Schraubengröße zu Stirnplattendicke ermöglicht. Unabhängig von der gewählten Bemessungsgrundlage und der Art der Verbindung können vorab die Schweißnähte berechnet werden.
Die Querkraft Vz,d wird dabei vollständig der Stegnaht aS zugewiesen, während die Normalkraft Nd und das Moment My,d je nach Größe und Auslastung der Nähte durch Steg- und Flanschnaht aufgenommen wird. Die Berechnung erfolgt für den plastischen Zustand der Nähte und wird iterativ durchgeführt.
Die Berechnung der Schrauben erfolgt in vereinfachter Form, d. h. die Schrauben im Zugbereich nehmen die Zugkraft auf, während die Schrauben im Druckbereich die Vertikalkraft durch Abscheren und Lochleibung übertragen. Die Druckkraft wird durch Kontakt am Druckflansch aufgenommen und beanspruchen die Schrauben daher nicht.
In den Eingabemasken sind alle für die Berechnung notwendigen Angaben zu treffen und die gewünschten Parametereinstellungen vorzunehmen. Die zu bemessenden Stabenden können grafisch im Modell ausgewählt werden. RF-/STIRNPL erkennt dann die zugehörigen Querschnitte und deren Abmessungen automatisch.
Über einzelne Steuerelemente können Angaben zur Schweißnaht, Schraubenanordnung, Stirnplattengeometrie und zum Schweißnahtverlauf gemacht werden. Die grafische Darstellung im Programm passt sich dynamisch jeder veränderten Eingabe an. Die Stirnplattendicke, Schweißnähte und Schraubendurchmesser kann man sich entweder vom Programm auslegen lassen oder selbst festsetzen.
Für Anschlüsse an unterschiedlichen Stellen kann ein konstruktiv einheitlicher Anschlußtyp gewählt werden. Da RF-/STIRNPL selbständig die maßgebenden Schnittgrößen aus den zur Bemessung vorgesehenen Lastfällen ermittelt, ist keine manuelle Eingabe erforderlich.
Berechnung von 2-reihigen oder 4-reihigen biegesteifen Stirnplattenverbindungen mit bündigen oder überstehenden Kopfplatten nach DIN 18800
Berechnung - im Gegensatz zum DSTV-Ringbuch - auch mit Berücksichtigung von Normalkräften (Schnittgrößen My , N, Vz ) und frei definierbaren einfachsymmetrischen I-Profilen
Möglichkeit der Berechnung eines reinen Normalkraft-Zugstoßes
Separate Nachweismöglichkeit für die Schweißnähte der Verbindung mit Angabe der Empfehlungswerte nach DIN 18800, Teil 1
Auslegung der Schrauben, Stirnplatten und Schweißnähte oder Vorgabe von festen Werten für Schrauben, Flansch- und Kehlnähten sowie Stirnplattendicken
Wirtschaftliche Dimensionierung durch volle Ausnutzung eventueller Querschnittsreserven
Wirtschaftliche Schweißnahtstärken sowie der Belastung angemessene Stirnplattendicken infolge Bemessung mit vollständiger Interaktion von Moment, Quer- und Normalkraft
Ausgabe der minimal erforderlichen Vorspannkräfte für den Gebrauchstauglichkeitsnachweis
Photorealistische Darstellung (3D-Rendering) der Stirnplatte mit Profil, Schrauben, Schweißnaht und Vermaßung
Zunächst werden die maßgebenden Nachweise für Stütze und Riegel zusammengestellt und mit der Geometrie der Verbindung tabellarisch ausgegeben. In weiteren Ausgabetabellen können alle wesentlichen Nachweisdetails, wie Fließlinienlängen, Schraubentragfähigkeiten, Spannungen in den Schweißnähten oder Steifigkeiten der Anschlüsse eingesehen werden. Alle Verbindungen werden in einer 3D-Rendering-Grafik visualisiert.
Für die Konstruktion der Verbindung wichtige Abmessungen, Materialangaben und Schweißnähte sind sofort ersichtlich und können im Ausdruck ausgeben werden. Die Verbindungen lassen sich im Modul RF-/RAHMECK Pro oder auch direkt im RFEM/RSTAB-Modell visualisieren. Alle Grafiken sind direkt ausdruckbar oder können in das RFEM/RSTAB-Ausdruckprotokoll übernommen werden. Durch die maßstäbliche Ausgabe ist eine optimale visuelle Kontrolle schon in der Entwurfsphase möglich.
Nachdem in der ersten Eingabemaske der Anschlusstyp, die Verbindungskategorie sowie die Bemessungsnorm ausgewählt wurden, wird in Maske 1.2 der Knoten definiert, der aus RFEM/RSTAB importiert und an dem der Anschluss bemessen werden soll. Optional kann hier manuell eine Anschlussgeometrie definiert werden.
In den weiteren Eingabemasken werden dann die Parameter des Anschlusses festgelegt, wie z. B. Schraubendurchmesser, Schraubenanzahl, Schraubenabstände usw. Die Belastung wird von RFEM/RSTAB übernommen, bzw. bei manueller Anschlussdefinition werden Lasten eingegeben.
Bei allen Anschlusstypen wird davon ausgegangen, dass sich das Momentengelenk am Stützenflansch befindet bzw. bei gedrehter Stütze am Stützensteg. Für den Stegwinkel- und Fahnenblechanschluss wird deshalb ein Exzentrizitätsmoment ermittelt, das zusätzlich auf die Schraubengruppe am Trägerflansch wirkt.
Weitere Exzentrizitätsmomente können sich aus der Höhenlage der Winkel und Bleche ergeben. Beim Knaggenanschluss werden die Kräfte getrennt abgeleitet. Die Querkräfte belasten die Knagge, Zugkräfte und Stabilisierungsmoment werden den Schrauben zugewiesen. Vor der eigentlichen Bemessung wird der Anschluss auf geometrische Plausibilität überprüft, zum Beispiel die Loch- und Randabstände der Schrauben.