Verbindung zwischen Profilen in den kaltgeformten Stahlplatten

Verbindungstypen

Bei kaltgeformten Stahlverbindungen werden im Allgemeinen Schweißnähte, Bolzen, Kaltnieten, Schrauben, kraftbetätigte Verbindungselemente und andere spezielle Vorrichtungen wie Metallnähte und Klebstoffe verwendet. Die nordamerikanische AISI-Spezifikation enthält in Kapitel J Bestimmungen für geschweißte, geschraubte, schraubbare und kraftbetätigte Verbindungselemente, die am häufigsten verwendet werden [1]. Doch an der Basis bestehen kaltgeformte Stahlkonstruktionen aus Mikrostrukturen, die als Paneele bezeichnet werden. Diese Paneele bestehen aus einzelnen, miteinander verbundenen Profilen. Die gebräuchlichste Art, die Profile zu einem kaltgeformten Stahlpaneel zu verbinden, ist die Verwendung von Schrauben oder Nieten.

Im Vergleich zu warmgewalzten Profilen wird das Verhalten von Verbindungen in kaltgeformten Stahlelementen durch die geringere Steifigkeit dünner Wände beeinflusst. Daher sind zusätzliche Effekte beispielsweise das Kippen (Abb.1) des Befestigungselements bei Lochlagerversagen unter der Scherverformung des Blechs, wenn das Befestigungselement auf Zug belastet wird und das Blech über den Kopf des Befestigungselements gezogen wird. Aus diesem Grund wurden für kaltumgeformte Stahlkonstruktionen spezielle Technologien und entsprechende Entwurfsverfahren entwickelt, entweder durch Berechnung oder durch Berechnung mit Hilfe von Versuchen [2]. Die Versagensarten von Schraubverbindungen unter Scherung ähneln im Allgemeinen denen normaler Schraubverbindungen aus warmgewalztem Stahl. Aufgrund der Tatsache, dass die verbundenen Materialien normalerweise dünn sind (oder zumindest eines der verbundenen Teile dünn ist), kommt es in der Regel nicht zu einem Scherversagen. Tragen, Ziehen, Reißen und/oder Scheren des durch Schrauben verbundenen Materials und Arbeiten unter Scherung sind mögliche Ausfallarten.

Abbildung 1. Kippen der Schraube [2]

Bei der klassischen Methode kreuzen sich Primärprofile in C-Form mit Lippen mit einem C-Abschnitt oder einer Schiene ohne Lippen an beiden Flanschen (Abb. 2). Für einen Flansch sollte mindestens eine Schraube oder Niete verwendet werden. In einigen Fällen kann die Schraubenmenge erhöht werden, wenn mehr Festigkeit erforderlich ist. Dadurch kann der Scher- und Kippwiderstand erhöht werden.

Abbildung 2. Typische Verbindung im kaltgeformten Stahlblech

Verweise

[1] Wei Wen Yu, Roger Laboube, (2020). COLD-FORMED STEEL DESIGN.

[2] Dubina, D.; Ungureanu, V.; R. Landolfo (2012). Design of Cold-Formed Steel Structures, ECCS.