Neue Bemessungsregeln für geschraubte Verbindungen aus nichtrostendem Stahl

Abstract

Geschraubte Verbindungen aus nichtrostendem austenitischem und austenitisch-ferritischem (Duplex-)Stahl werden im Bauwesen hauptsächlich als nicht vorgespannte Scher-/Lochleibungsverbindungen (Kategorie A), Zugverbindungen (Kategorie D) oder als zugbeanspruchte Scher-/Lochleibungsverbindungen (Kategorien A + D) eingesetzt (Bild 1).Im Wesentlichen erfolgt die Bemessung dieser Schraubenverbindungen derzeit nach DIN EN 1993-1-4 [1], deren Regelungen den Regelungen der DIN EN 1993-1-8 [2] weitestgehend entsprechen, die für Schrauben aus Kohlenstoffstahl hergeleitet wurden und damit die spezifischen Materialeigenschaften von Schrauben aus nichtrostenden Stählen, wie z. B. Nichtlinearität und Kaltverfestigung, nicht berücksichtigen. Insbesondere Schrauben aus nichtrostenden austenitischen Stählen weisen aufgrund des Herstellungsprozesses örtlich unterschiedliche Werkstoffeigenschaften im Schraubenschaft und -gewinde auf (Bild 2). Auf nationaler Ebene wurden hierzu bereits abweichende Regelungen für die Abschertragfähigkeiten von nichtrostenden austenitischen Schrauben über den Nationalen Anhang (DIN EN 1993-1-4/NA [3]) zur Verfügung gestellt, die lange Jahre in Deutschland bis 2017 über die abZ Z-30.3-6 [4] eingeführt waren. Diese Regelungen beruhten auf wenigen Untersuchungen an nichtrostenden austenitischen Schrauben [5]; für nichtrostende Duplex-Schrauben gab es bisher keine spezifischen Untersuchungen und daraus abgeleitete Regelungen. Lediglich zur Zugtragfähigkeit und Lochleibung von Komponenten aus nichtrostendem austenitischem und Duplex-Stahl finden sich vereinzelt Untersuchungen in der Literatur [6-9]. Keywords stainless steel bolts; bolted connections; austenitic and duplex; tension resistance; shear resistance; combined tension and shear interaction; new design rules Bild 1 Einsatz von nichtrostendem Stahl und geschraubten Scher-/Lochleibungsverbindungen in Fermentern von Biogasanlagen (a) sowie der Eyachbrücke Balingen (b), im Velodrom Abuja (c) und im Konzertsegel Radolfzell (d) sowie Schraubenkategorien nach DIN EN 1993-1-8 (e) Application of stainless steel and bolted connections in fermenters of biogas plants (a) as well as the Eyach Bridge Balingen (b), the Velodrom Abuja (c) and the concert sail Radolfzell (d) as well as bolted categories according to EN 1993-1-8 (e)