der einfluss von nachgiebigen anschlüssen auf …...2015/02/10 · der einfluss von nachgiebigen...
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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
02.10.2015 2 bauforumstahl
Einführung
02.10.2015 3 bauforumstahl
Momententragfähige Verbindungen
02.10.2015 4 bauforumstahl
• 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.
02.10.2015 5 bauforumstahl
Komponentenmethode
02.10.2015 6 bauforumstahl
Modellmäßiger Hintergrund
02.10.2015 7 bauforumstahl
Druckversagen des Stützensteges
02.10.2015 8 bauforumstahl
Flanschversagen der Stütze
• VBA + Exceltabellen
• Mathcad
• Typisierte Anschlüsse im Stahlhochbau n. DIN EN 1993-1-8
• Rstab, Dlubal
• SCIA, Nemetschek
• csJoint, ConSteel
02.10.2015 9 bauforumstahl
Möglichkeiten der Bemessung
Rahmeneckpro, Dlubal
02.10.2015 10 bauforumstahl
Rahmeneckpro, Dlubal
02.10.2015 11 bauforumstahl
csJoint, ConSteel
02.10.2015 12 bauforumstahl
csJoint, ConSteel
02.10.2015 13 bauforumstahl
ODA Connect, Scia
02.10.2015 14 bauforumstahl
ODA Connect, Scia
02.10.2015 15 bauforumstahl
Bemessungsbeispiel - nachgiebige Rahmenecke
02.10.2015 16 bauforumstahl
• 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
Bemessungsbeispiel - nachgiebige Rahmenecke
02.10.2015 17 bauforumstahl
• 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
Bemessungsbeispiel - nachgiebige Rahmenecke
02.10.2015 18 bauforumstahl
• steifenloser Anschluss
Ftr.Rd1
172.3 kN
Ftr.Rd2
161.76 kN
Mj.Rd 85.2 kNm
Sj.ini 13801kNm
rad
1. Schraubenreihe
02.10.2015 19 bauforumstahl
Bemessungsbeispiel Rahmenecke
-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
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
02.10.2015 20 bauforumstahl
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
02.10.2015 21 bauforumstahl
Bemessungsbeispiel Rahmenecke • Anschluss mit Drucksteife
-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
521.8
361.9
550.8
682.4
689.5
689.5
kN
Ftr.Rd1
172.3 kN
2. Schraubenreihe
02.10.2015 22 bauforumstahl
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
02.10.2015 23 bauforumstahl
Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS - Drucksteife + Verstärkungsblech
-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
288.4
521.8
361.9
550.8
682.4
689.5
689.5
kN
Ftr.Rd1
288.4 kN
2. Schraubenreihe
02.10.2015 24 bauforumstahl
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
02.10.2015 25 bauforumstahl
Bemessungsbeispiel Rahmenecke • Anschluss mit Zugsteife
-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
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
02.10.2015 26 bauforumstahl
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
02.10.2015 27 bauforumstahl
Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS mit Zugsteife + Verstärkungsblech
-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
302.2
521.8
361.9
550.8
682.4
689.5
334.1
kN
Ftr.Rd1
302.2 kN
2. Schraubenreihe
02.10.2015 28 bauforumstahl
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
02.10.2015 29 bauforumstahl
Bemessungsbeispiel Rahmenecke • Anschluss mit Druck- u. Zugsteife
-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
225.6
521.8
361.9
550.8
682.4
689.5
689.5
kN
Ftr.Rd1
225.6 kN
2. Schraubenreihe
02.10.2015 30 bauforumstahl
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
02.10.2015 31 bauforumstahl
Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS - halbe Druck- u. Zugsteife + VB
-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
302.2
521.8
361.9
550.8
682.4
689.5
689.5
kN
Ftr.Rd1
302.2 kN
2. Schraubenreihe
02.10.2015 32 bauforumstahl
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
02.10.2015 33 bauforumstahl
Bemessungsbeispiel Rahmenecke • AS mit Druck- u. Zugsteife + VB
-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
302.2
542.7
361.9
550.8
682.4
689.5
689.5
kN
Ftr.Rd1
302.2 kN
2. Schraubenreihe
02.10.2015 34 bauforumstahl
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
02.10.2015 35 bauforumstahl
Vergleich der normierten Ergebnisse
02.10.2015 36 bauforumstahl
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
02.10.2015 37 bauforumstahl
Dimensionierung der Schweißnähte
02.10.2015 38 bauforumstahl
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
02.10.2015 39 bauforumstahl
Rahmenbemessung mit Sj.ini
-92.19
-89.81
103.70
-92.19
Y
Z
-89.81
X
In Y-RichtungLK2: 1.35*LF1 + 1.5*LF2 + LF4Schnittgrößen M-y
Max M-y: 103.70, Min M-y: -92.19 kNm
02.10.2015 40 bauforumstahl
Rahmenbemessung – bilinear M-φ
-78.07
-75.65
117.84
-78.07
Y
Z
-75.65
X
In Y-RichtungLK2: 1.35*LF1 + 1.5*LF2 + LF4Schnittgrößen M-y
Max M-y: 117.84, Min M-y: -78.07 kNm
02.10.2015 41 bauforumstahl
Rahmenbemessung – Sj.ini/3
-67.74
-65.29
128.16
-67.74
Y
Z
-65.29
X
In Y-RichtungLK2: 1.35*LF1 + 1.5*LF2 + LF4Schnittgrößen M-y
Max M-y: 128.16, Min M-y: -67.74 kNm
02.10.2015 59 bauforumstahl
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)
02.10.2015 60 bauforumstahl
Fazit
02.10.2015 61 bauforumstahl
Fazit - Adaptierbarkeit
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