Erweiterte Anwednungsmöglichkeiten in der Würth Technical Software
Dübel unter Ermüdungsbeanspruchung
Üblicherweise werden die Einwirkungen in der Dübelbemessung als ruhende Lasten angesetzt. In vielen Anwendungsfällen treten jedoch auch nicht ruhende Einwirkungen auf. Typische Anwendungsfälle sind hier Kranbahnen, Aufzüge, Roboter oder Maschinen. Aber auch im Verkehr können Verkehrsbelastungen oder Druckwellen eine dynamische Dübelbemessung erforderlich machen. Mit dem Würth VIZ Dynamic hat Würth ein höchst leistungsfähiges Produkt. Mit der Würth Dübelbemessungssoftware können nun auch im Ermüdungsfall die statischen Nachweise auf Basis des Eurocodes bemessen werden.
Im Kapitel 8 der DIN EN 1992-4: 2019 ist die Bemessung ermüdungsbeanspruchter Befestigungsmittel geregelt. In der Bemessung sind sowohl der statische Nachweis als auch die Ermüdungsbeanspruchung zu diskutieren. Ergänzend hat die EOTA mit dem Technical Report TR 061: 2020-09 „Design method for fasteners in concrete under cyclic loading“ ein Dokument veröffentlicht, in dem die Bemessung von Dübeln unter ermüdungsrelevanter Einwirkung noch detaillierter diskutiert wird. Es werden die Einwirkungsseite, aber auch zwei Bemessungsmethoden gezeigt.
Widerstände
Durch die regelmäßig auftretenden periodischen Einwirkungen reduziert sich die statische Tragfähigkeit auf die Dauerermüdungstragfähigkeit. Die gemäß Bemessungsverfahren II des TR 061 zu führenden Nachweise sind mit den Nachweisen im statischen Fall nach DIN EN 1992-4 vergleichbar. Es ist das Stahl- und Betonversagen auf Zug und auf Querkraft und eine entsprechende Interaktion nachzuweisen.
Der Verlust an Tragfähigkeit ist in der ETA-18/0979 des Würth Injektionssystems W-VIZ dynamic gut ablesbar. In Tabelle C2 sind die charakteristischen Widerstände für eine unendliche Zahl an Lastspielen über die verschiedenen Produkte angegeben. Für einen W-VIZ dynamic M16 mit einer Einbindetiefe hef von 125 mm ist eine charakteristische Zugtragfähigkeit auf Stahlversagen von 34 kN genannt. Dies sind nur noch 41 % der statischen Tragfähigkeit. Die charakteristische Querkrafttragfähigkeit des Stahls reduziert sich auf 15 kN oder 24 %. Der Beton erweist sich hier als "geduldiger". Die charakteristische Zutragfähigkeit reduziert sich auf 69,3 % - die charakteristische Querkrafttragfähigkeit auf 65,2 %. Welcher Nachweis maßgebend wird, ist nur im Zusammenhang mit dem Anwendungsdetail zu klären. Die sehr deutliche Reduktion der Stahltragfähigkeiten zeigt jedoch, wie wichtig eine Berücksichtigung der nicht ruhenden Lastkomponenten sein kann.
Tunnelventilatoren als typischer Anwendungsfall für nicht ruhende Einwirkungen
Verschiedene typische Einwirkungen mit wechselnder oder schwellender Amplitude
Einwirkung
Die Einwirkung kann sich in einen statisch permanent anliegenden und einen periodisch auftretenden Lastanteil aufteilen. Je größer der statistische Anteil in Bezug zur wechselnden Einwirkung ist, desto weniger bedeutend wird der ermüdungsrelevante Anteil in der Bemessung. Die Last kann schwellend mit der gleichen Lastrichtung oder wechselnd mit Änderung der Lastrichtung innerhalb der Periode auftreten. Die DIN EN 1992-4 fordert den Ansatz der kompletten Schwingbreite. Für die Querkraft muss bei einer wechselnden Lastrichtung im Gegensatz zum statischen Nachweis die maximale Last aus beiden Lastrichtungen angesetzt werden. Bei der an der Ankerplatte senkrecht zum Beton anliegenden Kraft ist nur die Zugkomponente für die Dübelbemessung anzusetzen, da die Ankerplatte am Beton anliegen muss.
Die Last kann aus einer harmonischen Schwingung resultieren oder aus einer beliebig periodischen Belastung heraus entstehen. Oft überlagern sich mehrere auftretende Lastfälle mit ihren unterschiedlichen Schwingspielen. Für den Aufsteller des Nachweises ist es enorm schwierig, über die Nutzungsdauer des Bauteils den für die Bemessung maßgebenden Lastfall zu selektieren – insbesondere dann, wenn innerhalb der Lastfälle noch in ruhende und nicht ruhende Last unterschieden werden soll.
Nachweis mit der Würth Technical Software
Würth hat sich aus diesem Grund entschieden, dem Nutzer der Würth Technical Software das vereinfachte Bemessungsverfahren aus dem Technical Report TR 061 anzubieten. Hiermit verknüpft ist auch ein einfacherer Ansatz der ermüdungswirksamen Einwirkungen. Es wird nicht in ruhend und nicht ruhend unterschieden. Weiterhin wird die Anzahl der Zyklen nicht näher betrachtet, sondern mit einer unendlichen Anzahl von Zyklen bemessen – also auf einem Niveau, das der Dauerermüdungstragfähigkeit entspricht. Im Menü Lasten kann der Anwender zusätzlich zu den Beanspruchungen aus Erdbeben und Brand nun auch Ermüdung auswählen. Hierbei wird zwischen schwellender und wechselnder Beanspruchung unterschieden. Der Nachweis im ruhenden Fall wird parallel geführt. Der Nachweis kann innerhalb der Würth Technical Software geführt werden. Im Reiter Lasten kann die Ermüdungsbeanspruchung ausgewählt und die Lastgrößen definiert werden.
Zwei Beispiele für den erwarteten Lastenansatz:
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