Zur Ermüdungsfestigkeit großer Schrauben im Stahlbau unter Berücksichtigung von Herstell- und Randschichteinflüssen - Teil 2: Versuchsergebnisse und Bewertung

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Knuth-Michael Henkel zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Die Ermüdungsfestigkeit von Stahlbauschrauben wird maßgeblich von Herstellungseinflüssen beeinflusst. In den Bemessungsgrundlagen werden diese Einflussfaktoren, abhängig vom jeweils herangezogenen Regelwerk, sehr uneinheitlich berücksichtigt. Insbesondere für Schrauben großer Durchmesser, wie sie z. B. bei Windenergieanlagen in hoher Stückzahl zum Einsatz kommen, war eine experimentelle Grundlage zur Bewertung verschiedener Einflüsse in der Vergangenheit nur sehr begrenzt verfügbar. In diesem Beitrag werden Ergebnisse von 20 verschiedenen, größtenteils in der jüngeren Vergangenheit durchgeführten Versuchsserien an drei unterschiedlichen hochfesten Schraubensystemen mit variierenden Herstellungsbedingungen vorgestellt und bewertet. Die Datenbasis streckt sich über einen Durchmesserbereich zwischen M12 und M64 und legt den Fokus auf Versuche mit hohem repräsentativem Mittelspannungsniveau. Die Ergebnisse werden unter Einbeziehung der in der Fachliteratur beschriebenen Erkenntnisse in Bezug auf unterschiedliche Herstellungseinflüsse bewertet und den Regelungen der relevanten internationalen normativen Bemessungsgrundlagen gegenübergestellt. Dabei werden zusätzlich zu den Ergebnissen von Schwingfestigkeitsversuchen ergänzende metallografische Untersuchungen zur Bruchflächengestalt sowie zum Rand- und Schutzschichtzustand herangezogen. Auf dieser Basis werden abschließend Handlungsempfehlungen abgeleitet und ein Ausblick auf weitere zielführende Untersuchungen gegeben.

On fatigue strength of large-size bolt-assemblies in steel constructions under consideration of manufacturing and surface condition related impacts - part 2: evaluation of fatigue tests
Manufacturing related impact factor significantly affect the fatigue strength of bolt assemblies used in steel constructions. The effects are taken into account very inconsistently in the design bases, depending on the normative reference used. Especially for bolt assemblies with large diameters, as they are commonly applied in large numbers at towers for wind energy plants, only a very limited experimental background for assessment of relevant impact factors has been available in the past. This paper presents and evaluates results from 20 different fatigue test series, most of them conducted in the recent past on three different high-strength bolt assembly systems with varying manufacturing conditions. The data base covers a diameter range between M12 and M64 and focuses on test series with high mean stress in a representative order of magnitude for practical application of the bolts. Based on the knowledge given in the relevant literature, the test results are evaluated regarding the impact of different manufacturing related effects. Furthermore, the results are compared to the specifications of the relevant international normative guidelines. In addition to the results of fatigue tests, supplementary metallographic examinations of the fracture surface shape and surface-layer condition behavior are taken into account. On this basis, the paper derives recommendations for future design considerations and gives an outlook on further expedient investigations.