Der Einfluss von nachgiebigen Anschlüssen auf Fertigung ... · 10.02.2015 · Der Einfluss von nachgiebigen Anschlüssen auf Dimensionierung und Fertigung von Rahmentragwerken Dipl.-Ing

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Der Einfluss von

nachgiebigen

Anschlüssen auf

Dimensionierung und

Fertigung von

Rahmentragwerken

Dipl.-Ing. Ronald Kocker

02.10.2015 1 bauforumstahl

Detailierung nach Eurocode 3

• Einführung – momententragfähige Verbindungen

• Optionen des Planers zur wirtschaftlichen Anwendung der Komponentenmethode

• Bemessungsbeispiel - Variantenuntersuchung

• Rotationssteifigkeit vs. Schnittkraftermittlung

• Fazit


Einführung


Momententragfähige Verbindungen


• Ziel: wirtschaftliche Bemessung momententragfähiger Anschlüsse unter

wirklichkeitsnaher Berücksichtigung des tatsächlichen Tragverhaltens

• Vorgehensweise: Auflösen eines Knotens/einer Verbindung in seine wesentlichen

lastabtragenden Bestandteile, Ermittlung und Identifiizieren der maßgebenden Einzelbeanspruchbarkeiten, sowie der Steifigkeitsanteile,

• Ergebnis: Bestimmung des übertragbaren Momentes und der zugehörigen

Drehfedersteifigkeit der Verbindung.


Komponentenmethode


Modellmäßiger Hintergrund


Druckversagen des Stützensteges


Flanschversagen der Stütze

• VBA + Exceltabellen

• Mathcad

• Typisierte Anschlüsse im Stahlhochbau n. DIN EN 1993-1-8

• Rstab, Dlubal

• SCIA, Nemetschek

• csJoint, ConSteel


Möglichkeiten der Bemessung

Rahmeneckpro, Dlubal


Rahmeneckpro, Dlubal


csJoint, ConSteel


csJoint, ConSteel


ODA Connect, Scia


ODA Connect, Scia


Bemessungsbeispiel - nachgiebige Rahmenecke


• schrittweise Anschlussentwicklung

IPE 400

IPE 360

M24 10.9

S 235

Gelenk: 0.5E Ib

Lb

1423.3kNm

radSj.ini ≤ Mj.Rd ≤

Mpl.b.Rd

459.9 kNm



• steifenloser Anschluss

-resultierende Schraubenkräfte der Schraubenreihe 1

Ft.1 .fc.Rd

Vwp.Rd

Ft.1 .e p.Rd

Ft.1 .wb.Rd

Ft.wb.g.Rd

Fc.fb.Rd

Fc.wc.Rd

172.3

521.79

361.9

550.8

682.4

689.5

334.06

kN

Ftr.Rd1

172.3 kN

1. Schraubenreihe:

2. Schraubenreihe:

Ft.fc.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.e p.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.wb.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .fc.Rd

Vwp.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .e p.Rd

Ft.2 .wb.Rd

Fc.fb.Rd Ftr.Rd1

Fc.wc.Rd Ftr.Rd1

283.3

427.34

510.1

220.53

349.49

336.21

464.08

517.21

161.76

kN



• steifenloser Anschluss

Ftr.Rd1

172.3 kN

Ftr.Rd2

161.76 kN

Mj.Rd 85.2 kNm

Sj.ini 13801kNm

rad

1. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke


Ft.1 .fc.Rd

Vwp.Rd

Ft.1 .e p.Rd

Ft.1 .wb.Rd

Ft.wb.g.Rd

Fc.fb.Rd

Fc.wc.Rd

288.35

521.79

361.9

550.8

682.4

689.5

334.06

kN

• stl. AS + Flanschverstärkung

Ftr.Rd1

288.4 kN

2. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke

Ft.fc.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.e p.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.wb.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .fc.Rd

Vwp.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .e p.Rd

Ft.2 .wb.Rd

Fc.fb.Rd Ftr.Rd1

Fc.wc.Rd Ftr.Rd1

313.04

311.28

394.05

300.91

233.44

336.21

464.08

401.15

45.71

kN

• stl. AS + Flanschverstärkung

Ftr.Rd1

288.4 kN

Ftr.Rd2

45.7 kN

Mj.Rd 93.3 kNm

Sj.ini 13608kNm

rad

1. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • Anschluss mit Drucksteife


Ft.1 .fc.Rd

Vwp.Rd

Ft.1 .e p.Rd

Ft.1 .wb.Rd

Ft.wb.g.Rd

Fc.fb.Rd

Fc.wc.Rd

172.3

521.8

361.9

550.8

682.4

689.5

689.5

kN

Ftr.Rd1

172.3 kN

2. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • Anschluss mit Drucksteife

Ft.fc.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.e p.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.wb.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .fc.Rd

Vwp.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .e p.Rd

Ft.2 .wb.Rd

Fc.fb.Rd Ftr.Rd1

Fc.wc.Rd Ftr.Rd1

283.3

427.3

510.1

220.5

349.5

336.2

464.1

517.2

517.2

kN

Ftr.Rd1

172.3 kN

Ftr.Rd2

220.5 kN

Mj.Rd 98.1 kNm

Sj.ini 17803kNm

rad

1. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS - Drucksteife + Verstärkungsblech


Ft.1 .fc.Rd

Vwp.Rd

Ft.1 .e p.Rd

Ft.1 .wb.Rd

Ft.wb.g.Rd

Fc.fb.Rd

Fc.wc.Rd

288.4

521.8

361.9

550.8

682.4

689.5

689.5

kN

Ftr.Rd1

288.4 kN

2. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS - Drucksteife + Verstärkungsblech

Ft.fc.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.e p.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.wb.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .fc.Rd

Vwp.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .e p.Rd

Ft.2 .wb.Rd

Fc.fb.Rd Ftr.Rd1

Fc.wc.Rd Ftr.Rd1

313

311.3

394.1

300.9

233.4

336.2

464.1

401.2

401.2

kN

Ftr.Rd1

288.4 kN

Ftr.Rd2

233.4 kN

Mj.Rd 134.4 kNm

Sj.ini 17483kNm

rad

1. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • Anschluss mit Zugsteife


Ft.1 .fc.Rd

Vwp.Rd

Ft.1 .e p.Rd

Ft.1 .wb.Rd

Ft.wb.g.Rd

Fc.fb.Rd

Fc.wc.Rd

225.6

521.8

361.9

550.8

682.4

689.5

334.1

kN

Ftr.Rd1

225.6 kN

Ft.fc.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.e p.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.wb.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .fc.Rd

Vwp.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .e p.Rd

Ft.2 .wb.Rd

Fc.fb.Rd Ftr.Rd1

Fc.wc.Rd Ftr.Rd1

438.1

374

456.8

220.5

296.2

336.2

464.1

463.9

108.4

kN

2. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • Anschluss mit Zugsteife

Ftr.Rd1

225.6 kN

Ftr.Rd2

108.4 kN

Mj.Rd 88.9 kNm

Sj.ini 16338kNm

rad

1. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS mit Zugsteife + Verstärkungsblech


Ft.1 .fc.Rd

Vwp.Rd

Ft.1 .e p.Rd

Ft.1 .wb.Rd

Ft.wb.g.Rd

Fc.fb.Rd

Fc.wc.Rd

302.2

521.8

361.9

550.8

682.4

689.5

334.1

kN

Ftr.Rd1

302.2 kN

2. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS mit Zugsteife + Verstärkungsblech

Ft.fc.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.e p.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.wb.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .fc.Rd

Vwp.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .e p.Rd

Ft.2 .wb.Rd

Fc.fb.Rd Ftr.Rd1

Fc.wc.Rd Ftr.Rd1

361.4

297.4

380.2

300.9

219.5

336.2

464.1

387.3

31.8

kN

Ftr.Rd1

302.2 kN

Ftr.Rd2

31.8 kN

Mj.Rd 94.3 kNm

Sj.ini 16130kNm

rad

1.Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • Anschluss mit Druck- u. Zugsteife


Ft.1 .fc.Rd

Vwp.Rd

Ft.1 .e p.Rd

Ft.1 .wb.Rd

Ft.wb.g.Rd

Fc.fb.Rd

Fc.wc.Rd

225.6

521.8

361.9

550.8

682.4

689.5

689.5

kN

Ftr.Rd1

225.6 kN

2. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • Anschluss mit Druck- u. Zugsteife

Ft.fc.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.e p.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.wb.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .fc.Rd

Vwp.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .e p.Rd

Ft.2 .wb.Rd

Fc.fb.Rd Ftr.Rd1

Fc.wc.Rd Ftr.Rd1

438.1

374

456.8

220.5

296.2

336.2

464.1

463.9

463.9

kN

Ftr.Rd1

225.6 kN

Ftr.Rd2

220.5 kN

Mj.Rd 113.5 kNm

Sj.ini 22075kNm

rad

1. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS - halbe Druck- u. Zugsteife + VB


Ft.1 .fc.Rd

Vwp.Rd

Ft.1 .e p.Rd

Ft.1 .wb.Rd

Ft.wb.g.Rd

Fc.fb.Rd

Fc.wc.Rd

302.2

521.8

361.9

550.8

682.4

689.5

689.5

kN

Ftr.Rd1

302.2 kN

2. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS - halbe Druck- u. Zugst. + VB

Ft.fc.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.e p.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.wb.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .fc.Rd

Vwp.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .e p.Rd

Ft.2 .wb.Rd

Fc.fb.Rd Ftr.Rd1

Fc.wc.Rd Ftr.Rd1

361.4

297.4

380.2

300.9

219.5

336.2

464.1

387.3

387.3

kN

Ftr.Rd1

302.2 kN

Ftr.Rd2

219.5 kN

Mj.Rd 135.4 kNm

Sj.ini 21701kNm

rad

1. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS mit Druck- u. Zugsteife + VB


Ft.1 .fc.Rd

Vwp.Rd

Ft.1 .e p.Rd

Ft.1 .wb.Rd

Ft.wb.g.Rd

Fc.fb.Rd

Fc.wc.Rd

302.2

542.7

361.9

550.8

682.4

689.5

689.5

kN

Ftr.Rd1

302.2 kN

2. Schraubenreihe


Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS mit Druck- u. Zugsteife + VB

Ft.fc.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.e p.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.wb.g.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .fc.Rd

Vwp.Rd Ftr.Rd1

Ft.2 .e p.Rd

Ft.2 .wb.Rd

Fc.fb.Rd Ftr.Rd1

Fc.wc.Rd Ftr.Rd1

361.4

297.4

380.2

300.9

240.5

336.2

464.1

387.3

387.3

kN

Ftr.Rd1

302.2 kN

Ftr.Rd2

240.5 kN

Mj.Rd 140 kNm

Sj.ini 21701kNm

rad

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 2 3 4 5 6 7 8 9

mj.Rd

Sj.ini


Vergleich der normierten Ergebnisse


Dimensionierung der Schweißnähte

• Erforderliche Schweißnahtdicken, Mj.Rd = 140 kNm:

– bei Vollanschluss:

– bei 2/3 Mj.Rd:

– bei Mj.Rd

as.erf

twb

2

fy

fu

2 w M2

M0

3.7mmaf.erf

tfb

2

fy

fu

2 w M2

M0

5.9mm

af.erf

Mj.Rd

2bfb hb tfb

2 w M2

fu M0

4.7mm

af.erf

Mj.Rd

3bfb hb tfb

2 w M2

fu M0

3.1mm

af.erf

1.4Mj.Rd

2bfb hb tfb

2 w M2

fu M0

6.5mm af.erf

1.7Mj.Rd

2bfb hb tfb

2 w M2

fu M0

7.9mm


Dimensionierung der Schweißnähte


Rahmenbemessung - biegesteif

-112.63

-110.28

83.14

-112.63

Y

Z

-110.28

X

In Y-RichtungLK2: 1.35*LF1 + 1.5*LF2 + LF4Schnittgrößen M-y

Max M-y: 83.14, Min M-y: -112.63 kNm


Rahmenbemessung mit Sj.ini

-92.19

-89.81

103.70

-92.19

Y

Z

-89.81

X


Max M-y: 103.70, Min M-y: -92.19 kNm


Rahmenbemessung – bilinear M-φ

-78.07

-75.65

117.84

-78.07

Y

Z

-75.65

X


Max M-y: 117.84, Min M-y: -78.07 kNm


Rahmenbemessung – Sj.ini/3

-67.74

-65.29

128.16

-67.74

Y

Z

-65.29

X


Max M-y: 128.16, Min M-y: -67.74 kNm


Rotationskapazität

Regelungen im EC gelten nur bis S355 und N ≤ 5% Npl,Rd

ausreichende Rotationskap. Wenn:

• Mj,Rd ≥ 1,2 Mpl,Rd

• Schubtragfähigkeit maßgebend

• bei geschraubten Flanschwinkel- u. Stirnplattenverbindungen wenn: Flanschwinkel zugseitig, Stirnplatte oder Stützenflansch maßgebend

• t ≤ 0,36 d √(fub/fy)

• Relativ neue umfangreiche Bemessungsmethode mit großem Einfluss auf den gesamten Planungsprozess

• Trennung von Stab- und Anschlussstatik nicht mehr möglich

• Maximale Optimierungsmöglichkeiten; wirtschaftlich und statisch

• Ingenieurmäßiges Modell - lässt sich für unterschiedlichste Anschlusskombinationen adaptieren (z. B. Krankonsolen mit T-Querschnitt)


Fazit


Fazit - Adaptierbarkeit

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