19800 - Zyklische Bemessung von Zugstäben mit Endgewinden

Langtitel: Zyklische Bemessung von Zugstäben mit Endgewinden unter Berücksichtigung des Größeneinflusses und des Herstellungsverfahrens

Forschungsstellen: Technische Universität Braunschweig, Universität Stuttgart

Forschungsstellenleiter:  Univ.-Prof. Dr. sc. techn. Klaus Thiele, Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann

Laufzeit: 01.11.2017 - 31.10.2019

Infolge einer zyklischen Beanspruchung sind für Zugstangen, insbesondere für das Kerbdetail des Gewindes, Ermüdungsnachweise zu führen. Üblicherweise erfolgt dies im Stahlbau nach dem Nennspannungskonzept im Eurocode 3.
Für Zugstangen mit Endgewinden ist die Normungssituation zurzeit unklar. Für Zugglieder gibt es die DIN EN 1993-1-11. Für Zugstäbe, wird der Kerbfall 105 ohne Berücksichtigung eines Größeneinflusses angesetzt. Zusätzlich ist immer ein Ermüdungsversuch erforderlich, bei dem die Dauerfestigkeit nachgewiesen werden muss. Diese Untersuchungen haben den Charakter von kostenintensiven Abnahmeversuchen.
Die Alternative ist in DIN EN 1993-1-9 gegeben und folgt im Prinzip den Regeln für Schrauben. Sie führt zum wesentlich ungünstigeren Kerbfall 50. Außerdem ist hier eine Berücksichtigung des Größeneinflusses vorgesehen. Es stellt sich die Frage: Was ist richtig?
Im Rahmen des Forschungsprojekts wird der Größeneinfluss bis M 120, der Einfluss des Gewindeherstellungsverfahrens (gerollt oder geschnitten), sowie der Einfluss einer Feuerverzinkung auf die Ermüdungsfestigkeit untersucht. Es werden systematisch klassische Wöhlerlinien im Zeitfestigkeitsbereich ermittelt.
Mit numerischen Methoden werden Kerbspannungen für die unterschiedlichen Gewindedurchmesser und mithilfe von optischen Dehnfeldmessungen verifiziert. Mit diesem FE-Modell werden umfangreiche Parameterstudien zu Größeneinfluss, Herstellungstoleranzen und Imperfektionen durchgeführt.
Für ein einzelnes Unternehmen sind die genannten Problemstellungen nur mit großem finanziellem Aufwand und hohem personellem Einsatz zu untersuchen. Besonders kleine und mittlere Unternehmen oder Ingenieurbüros haben keine ausreichenden Kapazitäten, um solche systematischen und umfassenden Forschungsarbeiten durchzuführen. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden eine eindeutige Kerbfallzuordnung ermöglichen. Die Diskrepanz in der Normung soll aufgelöst und für KMUs wird so Planungssicherheit hergestellt werden.