Zum Tragverhalten und zur Bemessung von Schrauben unter kombinierter Zug-Abscher-Belastung

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Frank Werner zur Vollendung seines 70. Lebensjahres gewidmet
Das Tragverhalten von stahlbautypischen Schrauben, die einer Interaktionsbelastung, also einer kombinierten Belastung aus Zug- und Abscherkraft, ausgesetzt sind, wurde am Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik der TU Darmstadt grundlegend untersucht. Auslöser war, dass die Neuauswertung der bestehenden Versuchsreihen zu diesem Thema für die Erstellung des Eurocodes 3 gezeigt hatte, dass die bis zu diesem Datum als valid angesehene quadratische Interaktionsbedingung zum Nachweis kombiniert belasteter Schrauben nicht auf der sicheren Seite liegt. Dies führte zur Änderung der Nachweisformel im Eurocode 3.
Eine genauere Betrachtung der Datenlage zeigt, dass die Anzahl der bisher durchgeführten Versuche überraschend gering ist. Durch das Fehlen wichtiger Bezugswerte wie der Festigkeiten der getesteten Schrauben sind die Daten auch nur bedingt auswertbar. Eine grundlegende Betrachtung, wie sich kombiniert belastete Schrauben verhalten, fehlte gänzlich.
Aus diesem Grund wurden im Rahmen eines Forschungsvorhabens die bestehenden Studien neu und zusammenfassend ausgewertet, neue Versuche durchgeführt, diese mithilfe der Methode der finiten Elemente nachgebildet und das Tragverhalten so erstmals grundlegend analysiert. Anhand von Parameterstudien konnte die Übertragbarkeit der Ergebnisse überprüft werden. Im vorliegenden Beitrag werden die Erkenntnisse zusammengefasst und die Möglichkeiten für eine zukünftige Handhabung des Interaktionsnachweises für Schrauben diskutiert.

Load bearing behaviour and design of bolts under combined tension and shear
The load bearing behaviour of bolts that are exposed to a combined tension and shear load were fundamentally assessed in a research project at the Institute of Steel Construction and Materials Mechanics at the Technical University of Darmstadt. Trigger for this approach was, that the evaluation of the existing test results on the topic for the evolution of the Eurocode 3 Standards had shown, that the hitherto established quadratic interaction rule for the design of combined loaded bolts is not on the safe side. This finding led to a change in the design rule in Eurocode 3.
A more detailed investigation of the existing data shows that the number of the hitherto conducted tests on the subject is surprisingly small, while the results are of limited suitability for an evaluation due to missing base values such as accurate material properties. A fundamental investigation on how combined loaded bolts behave is completely missing.
Thus, the existing studies were newly evaluated in summary, new test series were conducted, these were reproduced using Finite Element modelling and therewith the behaviour was fundamentally observed and analysed. Using parameter studies, the transferability of the results was ensured. In the text in hand the findings are summarized and the possibilities of a future handling of the design of bolts are discussed.