Beschreibung
P 925 – Experimentelle und rechnerische Bewertungder Betriebsfestigkeit von Schrauben großer Abmessung im Stahlbau unter Berücksichtigung von Randschichteinflüssen
Schrauben großer Abmessung der Größe M36 bis M72 werden bevorzugt in der Windenergie, aber auch in anderen Anwendungsbereichen in der Form von HVGarnituren verwendet. Die in diesen Anwendungsgebieten eingesetzten Schrauben sind hohen zyklisch wirkenden Beanspruchungen mit variablen Amplituden ausgesetzt. Der Korrosionsschutz der Verbindungselemente wird dabei oft durch eine Feuerverzinkung gewährleistet, die ein ökonomisches und langanhaltendes Korrosionsschutzsystem darstellt. Der Einfluss der Feuerverzinkung auf die Betriebsfestigkeit verzinkter Schrauben ist aktuell nicht wissenschaftlich umfassend beschrieben. Zudem sind Wöhlerlinien, die für die Auslegung der Schrauben gegen Ermüdung angewendet werden, nur begrenzt für große Schraubendurchmesser validiert. Anhand der in diesem Bericht vorgestellten experimentellen Untersuchungen wird der Einfluss der Feuerverzinkung auf die Ermüdungsfestigkeit großer HV-Schrauben systematisch untersucht.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Bemessungskonzeptes für Schrauben großer Abmessung und eine Erweiterung bzw. Verifizierung etablierter Normen und Regelwerke für die Anwendung auf Schrauben großer Abmessung. Zu den speziellen Randbedingungen zählen neben der typischerweise verwendeten Geometrie der HV-Schraube insbesondere die Feuerverzinkung und die damit verbundenen Randschichteinflüsse, sowie die Betriebsbelastung durch variable Amplituden unter hoher Mittelspannung.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden die folgenden Teilziele erreicht:
- Experimentelle Analyse und darauf aufbauende Beschreibung des Einflusses der verzinkten Randschicht, sowohl in Bezug auf die Lastverteilung (Gewindeüberdeckung) als auch auf den Schädigungsmechanismus bei typischen Betriebsbelastungen
- Entwicklung und Erprobung eines rechnerischen Bewertungsmodells auf Grundlage der örtlichen Beanspruchung und unter Anwendung des Modells dünne Randschicht
- Validierung des Modells sowie experimentelle Überprüfung der Ermüdungseigenschaften von HV-Garnituren großer Abmessung durch umfangreiche Ermüdungsversuche mit konstanten und variablen Amplituden
- Aufarbeitung der erzielten Ergebnisse für die technische Anwendung auf Basis aktueller Normen und Regelwerke (Nennspannungskonzept)
Mit den Forschungsergebnissen ist ein wichtiger Beitrag zur abgesicherten Bewertung der Betriebsfestigkeit von Schraubenverbindungen großer Abmessung unter Berücksichtigung von Randschichteinflüssen geleistet worden. Damit steigt die Berechnungssicherheit, was die weitere Ausnutzung von Tragreserven ermöglicht. Für die Hersteller von HV-Schraubengarnituren sowie in Auslegung und baulicher Ausführung tätige Ingenieurbüros stellt der Bereich großer Schrauben einen wachstumsstarken Umsatzbereich dar. Durch die Ausweitung der experimentellen Grundlagen und die Etablierung eines experimentell validierten Bemessungskonzeptes sowie die Erweiterung und Validierung etablierter Regelwerke wird Auslegungssicherheit hergestellt und insbesondere KMU werden weiter gestärkt.
Veröffentlichung:
2016
Autoren:
Prof. Oechsner, Prof. Schaumann
