Vereinfachtes Bemessungsverfahren geschraubter teiltragfähiger Stahl- und Verbundknoten

In DIN EN 1993-1-8 steht mit der Komponentenmethode ein Verfahren zur Bemessung von Anschlüssen zur Verfügung, dessen Möglichkeiten von der Praxis u. a. wegen der aufwändigen Herangehensweise zurzeit noch wenig genutzt werden. Es besteht mit der Methode die Chance, Eigenschaften der Anschlüsse wie Tragfähigkeit und Duktilität gezielt einzustellen. Allerdings fehlen zurzeit im Konzept noch bestimmte Duktilitätskriterien, auch werden hier für duktile Anschlüsse nicht alle Trageffekte berücksichtigt.
Das Entscheidende am Anschluss für die Duktilität und Tragfähigkeit ist das Zusammenspiel zwischen Stirnplatten- bzw. Stützenflanschtragfähigkeit und Schraubentragfähigkeit. Die Stirnplatte bzw. der Stützenflansch müssen dabei eine hohe Verformungskapazität bereithalten, um große Knotenrotationen zu ermöglichen und die Schrauben dürfen nicht vorzeitig versagen. Durch große Verformungen der Stirnplatte trägt diese nicht mehr nur über reine Biegetragwirkung ab, sondern zusätzlich über Membrantragwirkung. Die Tragfähigkeit der Stirnplatte ist dadurch deutlich größer als unter reiner Biegetragwirkung. Die Verformung der Stirnplatte verursacht allerdings eine zusätzliche Biege- und Querkraftbeanspruchung der Schrauben.
Das hier vorgestellte vereinfachte Bemessungsverfahren für geschraubte Stirnplattenanschlüsse ermittelt die Momententragfähigkeit des Anschlusses in Abhängigkeit von der mittels eines Knotenkorrekturfaktors modifizierten Schraubenzugtragfähigkeit und des inneren Hebelarms. Der Knotenkorrekturfaktor berücksichtigt dabei alle auf die ungestörte Schraubenzugtragfähigkeit ungünstig wirkenden Effekte am Anschluss. Des Weiteren wurde für das Verfahren ein Anwendungs- bzw. Gültigkeitsbereich erarbeitet, um die maßgebenden Komponenten am Anschluss zu steuern. Zur Sicherstellung der Duktilität des Anschlusses wurden zudem Duktilitätskriterien entwickelt. Mit Hilfe des neuen Bemessungsverfahrens können voll- und teiltragfähige Anschlüsse nun in wenigen Schritten mit ausreichender Duktilität und Tragfähigkeit dimensioniert werden.

Simplified design method for bolted partial-strength joints.
The component method in DIN EN 1993-1-8 is a tool for designing joints which is at the moment not adequately utilized in practice due among others to the complex design procedure. The method however offers the possibility to design joints for high resistance and ductility in a targeted way. But for ductile joints the method lacks more detailed ductility criteria and does not consider all carrying effects.
The decisive factor for the ductility and bearing capacity of the connection is the interaction between endplate capacity (or column flange capacity) and bolts capacity. The endplate and the column flange have to sustain a high deformation capacity to allow large joint rotations and the bolts should not fail prematurely. By large deformations the endplate does not only develop pure bending, but also membrane effects. The load capacity of the endplate is therefore higher than resulting from pure bending load effect. But the deformations of the endplate also cause additional bending and shearing of the bolts.
The simplified design method for bolted joints presented here determines the moment resistance of the joint based on the tensile capacity of the bolts modified by a connection correction factor and the inner lever arm. The connection correction factor considers all unfavorable effects on the pure tensile capacity of the bolts which might occur at the joint. Furthermore, an application range has been defined for the method to control the relevant components at the joint. To ensure sufficient ductility of the joint additional ductility criteria have been developed. The new design method can now be used to dimension full and partial-strength joints with high resistance and ductility in only a few calculation steps.