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Seite überarbeitet Dezember 2023 |
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Kontakt |
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Programmübersicht |
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Bestelltext |
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Infos auf dieser Seite |
... als pdf |
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allgemeine Einstellungen ....... |
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T-Stummel Zugbeanspruchg. |
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Anschlussbleche .................... |
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Schrauben / Niete / Bolzen .... |
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T-Stummel Zug 4 Schrauben |
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Stahlsorten ............................ |
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Tragfähigkeit Schraubenverb. . |
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T-Stummel Druckbeansprg. |
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grafische Darstellung .............. |
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Tragfähigkeit Schweißverb. .... |
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nationale Anhänge Eurocodes |
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Ausdrucksteuerung ................. |
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Mit dem Programm 4H-EC3BV
(Basisverbindungen) können die grundlegenden
Verbindungsarten, die in EC3-1-8 u. NA geregelt
sind, bemessen werden: |
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Die Verbindungsarten berufen sich hinsichtlich
ihrer Teilsicherheitsbeiwerte entweder auf EC3-1-8, 2.2(2),
Tab.2.1, oder auf die Grundnorm EC3-1-1, 6.1(1). |
Diese Werte können über die Parameterliste
eines nationalen Anwendungsdokuments
(z.B. nationaler Anhang für Deutschland: EC3-1-8/NA-DE)
manipuliert werden. |
In der Ausgabeliste werden dann diejenigen
Bemessungsparameter protokolliert, die für die gewählten
Verbindungstypen maßgebend sind. |
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Bei Aktivierung eines Verbindungstyps
werden die Parameter im zugehörigen Registerblatt
dargestellt und können bearbeitet werden. |
Es besteht die Möglichkeit, nur die
Tragfähigkeiten zu berechnen oder eine Auswertung
gegenüber vorgegebenen Lasten durchzuführen
(Nachweis). |
Bei Aktivierung des Buttons einschl.
Ermittlung der Ausnutzungen... werden
in den entsprechenden Registerblättern auch Felder
zur Eingabe der Belastung freigegeben. |
Eine weitere Möglichkeit der Eingabesteuerung
besteht darin, die Stahlsorten aller zu verbindenden Bleche
einheitlich zu wählen. |
Dazu wird im ersten Registerblatt zur Eingabe
der allgemeinen Einstellungen der entsprechende Button
aktiviert
und die Stahlsorte
gewählt. |
In den nachfolgenden Registerblättern
werden dann die Stahlsorten der Verbindungsbleche nicht
mehr angeboten. |
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Außerdem kann die Eingabe dahingehend
erweitert werden, dass Schrauben- und Blechparameter aller
Registerblätter abgeglichen werden, d.h. bei Abänderung
z.B. der Blechdicke t wird diese in das entsprechende
Eingabefeld der anderen Verbindungsarten übernommen
und steht damit generell der Berechnung der Basisverbindungen
zur Verfügung. |
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Für geschraubte Verbindungen
werden folgende Verbindungsmittel angeboten: |
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Die Berechnung der Tragfähigkeit erfolgt
mit den Parametern der genormten Größen oder
mit den vom Anwender eingegebenen Werten. |
Durch Betätigen des Buttons Vorgabe
werden die im Programm verwendeten Parameter freigegeben
und können verändert werden. |
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Schrauben, Injektionsschrauben |
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Die Rechenparameter für die gängigen
Schraubengrößen M12, M16, M20, M22, M24, M27,
M30, M36 und die nach
EC 3-1-8, 3.1(2), zugelassenen Festigkeitsklassen 4.6,
4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 sind im Programm hinterlegt. |
Die in Deutschland nicht vorgesehenen Festigkeitsklassen
(s. NA-DE) sind gekennzeichnet; bei Anwahl des
deutschen Nationalen Anhangs können diese nicht verwendet
werden. |
Schraubenverbindungen sind auf Abscheren,
Gleiten, Lochleibung zwischen Schaft und Anschlussblechen
und
Zug zu bemessen. |
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Bei den gängigen Schraubengrößen kann zwischen normaler
und großer
Schlüsselweite
(Schraubenkopfgröße) unterschieden werden. |
Die Auswirkungen betreffen die Schraubengeometrie
in Eckenmaß/Schlüsselweite/Höhe des Schraubenkopfes,
Höhe der Mutter und Blechdicke/Durchmesser der Unterlegscheiben.
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Bei normaler Schlüsselweite wird nur
eine Unterlegscheibe, bei großer Schlüsselweite
werden zwei
Unterlegscheiben angeordnet. |
Eine Passschraube wird rechnerisch ohne Nennlochspiel verwendet. |
Hochfeste Schrauben der Festigkeitsklasse 8.8 oder
10.9 mit großer Schlüsselweite und normalem Lochspiel werden programmintern
als planmäßig
vorgespannt, in einer gleitfesten Verbindung als kontrolliert voll
vorgespannt
angesehen (EC 3-1-8,
3.1.2). |
Die Vorspannkraft kann bei Bedarf angegeben werden. |
Kleine Schrauben der Festigkeitsklasse 8.8 oder 10.9
können ebenfalls vorgespannt sein. |
Wird die Schraube als Senkschraube verwendet, reduzieren
sich der Lochleibungswiderstand und
die Zugtrag-
fähigkeit infolge der um die Versenkung des Kopfes
tk,s und/oder
der Mutter tm,s verringerten Blechdicke. |
Das Nennlochspiel bestimmt die Lochleibungstragfähigkeit
und den Gleitwiderstand. |
Im EC 3-1-8 werden die im Bild oben angegebenen
Locharten unterschieden. |
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Injektionsschrauben werden als Alternative
zu normalen Schrauben oder Niete insbesondere bei der
Instandsetzung
von Stahltragwerken verwendet. |
In den Zwischenraum zwischen Schraubenschaft
und Lochwandung wird ein Injektionsharz eingefüllt,
um die Belastung infolge Schlupf zu vermeiden. |
Dadurch ist neben Abscheren, Gleiten und
Zug die Lochleibungstragfähigkeit zwischen Injektionsharz
und Anschlussblechen nachzuweisen. |
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Niete |
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Niete (Halbrundniete oder Senkniete) werden
heutzutage kaum noch verwendet; die Kenntnis der Bemessung
ist jedoch für die Nachrechnung bestehender Bauwerke
unumgänglich. |
Durch das Einschlagen der erwärmten
Niete werden die Nietlöcher stets vollständig
ausgefüllt, so dass neben der Festigkeit des Nietwerkstoffs
nur der Durchmesser des Nietlochs eingegeben werden muss. |
Nietverbindungen sind für die Übertragung
von Scher-, Lochleibung- und Zugkräften zu bemessen. |
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Derzeit sind im EC 3-1-8 keine Bezugsnormen
für den Nietwerkstoff angegeben, weshalb die deutschen
Nietwerkstoffe USt 36 und RSt 38 (s. Kindmann/Stracke)
angeboten werden. |
Zudem besteht die Möglichkeit, den
Nietwerkstoff über eine Stahlsorte nach DIN EN 1993-1-1
vorzugeben, wobei bei Einsatz der Stahlsorte S235 nach
EC 3-1-8, 6.3.1(15), die Zugfestigkeit mit fur
= 400 N/mm2 angesetzt wird. |
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Bolzen |
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Bolzen (Kopf- oder Gewindebolzen) dienen
zur reibungsfreien Übertragung großer Zugkräfte
in den Anschlussblechen, wodurch sie auf Abscheren und
Biegung beansprucht werden. |
Soll der Bolzen austauschbar sein, ist auch
im GZG die Schertragfähigkeit nachzuweisen. |
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Derzeit sind im EC 3-1-8 keine Bezugsnormen
für den Bolzenwerkstoff angegeben, weshalb die deutschen
Bolzenwerkstoffe Festigkeitsklasse 4.8 und S235J2
+ C450 (s. NA-DE) angeboten werden. |
Zudem besteht die Möglichkeit, den
Bolzenwerkstoff über eine Stahlsorte nach DIN EN
1993-1-1 vorzugeben. |
Die Anschlussbleche werden als Augenstäbe
ausgeführt und müssen vorgegebenen geometrischen
Bedingungen genügen. |
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Verbindungen Schrauben
(einschl. Injektionsschrauben) und Niete können
auf Abscheren (EC 3-1-8, 3.6+3.7+3.9) und Zug (EC
3-1-8, 3.6) beansprucht werden, wohingegen Bolzenverbindungen
auf Abscheren und Biegung (EC 3-1-8, 3.13.2) bemessen
werden. |
Die Anschlussbleche
werden hier nicht bemessen! |
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Schrauben und Niete |
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Zur Ermittlung der Tragfähigkeit sind
Schraubenverbindungen in Kategorien einzuteilen (Niete
sind nicht vorgespannt und können demnach nur nach
Kategorie A und/oder D bemessen werden). |
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Scherbeanspruchung |
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Kategorie A: Scher-/Lochleibungsverbindung
für Schrauben aller Festigkeitsklassen ohne
Vorspannung |
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Bemessungswert der Schertragfähigkeit |
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Bemessungswert der Lochleibungstragfähigkeit |
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Kategorie B: Gleitfeste Verbindung
(GZG) für hochfeste vorgespannte Schrauben |
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Bemessungswert des Gleitwiderstands
im GZG |
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Bemessungswert der Schertragfähigkeit |
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Bemessungswert der Lochleibungstragfähigkeit |
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Injektionsschrauben: Bemessungswert der Lochleibungstragfähigkeit
des Injektionsharzes |
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Kategorie C: Gleitfeste Verbindung
(GZT) für hochfeste vorgespannte Schrauben |
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Bemessungswert des Gleitwiderstands
im GZT |
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Bemessungswert der Lochleibungstragfähigkeit |
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Injektionsschrauben: Bemessungswert der Lochleibungstragfähigkeit
des Injektionsharzes |
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bei Zugverbindungen: Bemessungswert des plastischen
Widerstands des Nettoquerschnitts im kritischen
Schnitt durch die Schraubenlöcher |
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Zugbeanspruchung |
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Kategorie D: Zugbeanspruchung für
Schrauben aller Festigkeitsklassen ohne Vorspannung |
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Bemessungswert der Zugtragfähigkeit |
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Bemessungswert der Durchstanztragfähigkeit |
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Kategorie E: Zugbeanspruchung für
hochfeste vorgespannte Schrauben |
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Bemessungswert der Zugtragfähigkeit |
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Bemessungswert der Durchstanztragfähigkeit |
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Berechnung der Tragfähigkeiten von Schrauen und Nieten |
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Beispielhaft ist hier das Eingabeblatt zur
Berechnung der Tragfähigkeit einer Schraube dargestellt. |
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Die Abstände sind folgendermaßen
definiert |
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Rand- und Lochabstände werden nach
EC 3-1-8, Tab.3.3, überprüft. |
Ist der Lochabstand p1 = 0, besteht
der Anschluss nur aus einer Schraubenreihe (s. bes. Regel
zur Lochleibungstragfähigkeit für einschnittige
Schraubenverbindungen). |
Ist auch p2 = 0, besteht die
Verbindung nur aus einer Schraube / einem Niet. |
Verbindungen
mit nur einem Niet sind nicht zu verwenden (EC 3-1-8,
3.6.1(10))! |
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Abscheren je Scherfuge |
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Schraube |
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Niet |
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Die Abschertragfähigkeit wird nur angesetzt,
wenn die Schraubenlöcher ein normales Lochspiel haben
(EC 3-1-8, 3.6.1(4)). |
Übertragen Schrauben oder Niete Scherkräfte
über Futterbleche, ist die Schertragfähigkeit
abzumindern mit |
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Lochleibung |
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Beiwert |
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in Kraftrichtung |
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Beiwert k1 quer zur Kraftrichtung |
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Die Lochleibungstragfähigkeit wird
bei Schraubenverbindungen mit großem Lochspiel auf
80%, mit Langlöchern, deren Längsachse quer
zur Kraftrichtung verläuft, auf 60% abgemindert (EC
3-1-8, Tab.3.4, 1)). |
Bei Senkschrauben wird bei der Berechnung
der Lochleibungstragfähigkeit die Blechdicke t abzüglich
der Hälfte der Senkung angesetzt (EC 3-1-8, Tab.3.4,
2)). |
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In einschnittigen Anschlüssen
mit nur einer Schraubenreihe |
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ist die Lochleibungstragfähigkeit |
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zu begrenzen |
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Verbindungen mit nur einem Niet sollten
nicht verwendet werden (EC 3-1-8, 3.6.1(10))! |
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Bei Injektionsschrauben ist die Lochleibungstragfähigkeit
des Injektionsharzes zu ermitteln (EC 3-1-8, 3.6.2.2(5)): |
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Zug |
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Schraube |
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Niet |
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Durchstanzen |
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Schraube (bei Niet nicht erforderlich) |
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Kombination von Scher-/Lochleibung
und Zug |
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Gleiten |
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im GZT |
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im GZG |
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Bei kombinierter Scher- und Zugbeanspruchung
ist der Gleitwiderstand je Schraube wie folgt anzunehmen
(EC 3-1-8, 3.9.2): |
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im GZT |
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im GZG |
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Querschnittsversagen bei Zugverbindungen |
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Bemessungswert des plastischen Widerstands
des Nettoquerschnitts im kritischen Schnitt durch die
Schraubenlöcher (EC 3-1-1, 6.2): |
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Bolzen |
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Die als Augenstäbe ausgeführten
Anschlussbleche müssen zur sinnvollen Kraftübertragung
geometrischen Anforderungen genügen, die bei Bedarf
überprüft werden: |
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Möglichkeit A |
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Blechdicke t und Bolzenlochdurchmesser d0 sind vorgegeben |
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Die geometrischen Parameter a und c müssen
dann folgenden Bedingungen genügen: |
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Möglichkeit B |
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Die Geometrie des Augenstabs in Abhängigkeit
vom Bolzenlochdurchmesser ist vorgegeben. |
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Blechdicke t und Bolzenlochdurchmesser d0 müssen dann den folgenden Bedingungen genügen: |
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Berechnung der Tragfähigkeiten massiver Rundbolzen |
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Abscheren |
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Lochleibung von Augenblech
und Bolzen |
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bei austauschbaren Bolzen zusätzlich |
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Ist der Bolzen austauschbar, muss außerdem
gelten |
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Biegung des Bolzens |
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bei austauschbaren Bolzen zusätzlich |
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Kombination von Abscheren
und Biegung des Bolzens |
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Schweißverbindungen
können nach EC 3-1-8, 4, bemessen werden, wenn
die zu verschweißenden Blechdicken 4 mm bzw.
bei Hohlprofilen 2.5 mm oder mehr aufweisen. |
Die Norm behandelt Kehlnähte,
Schlitznähte, Stumpfnähte und Lochschweißungen. |
Die Anschlussbleche werden hier nicht bemessen! |
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Kehlnähte |
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Wird keine Nahtlänge vorgegeben, werden
die Ergebnisse auf den lfd. m bezogen. |
Bei vorgegebener Länge kann die Schweißnaht
voll ausgeführt sein, d.h. die wirksame Nahtlänge
entspricht dem eingegebenen Wert oder die Länge ist
um den 2-fachen Betrag der Kehlnahtdicke zu reduzieren. |
Eine Länge von weniger als 30 mm oder
des 6-fachen der Nahtdicke sollte zur Übertragung
von Kräften nicht in
Betracht gezogen werden (EC 3-1-8, 4.5.1). |
Die wirksame Nahtdicke einer Kehlnaht sollte
größer als 3 mm sein (EC 3-1-8, 4.5.2). |
Nach NA-DE ist zusätzlich bei einer
Blechdicke von 3 mm und mehr eine Mindestdicke von |
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vorgeschrieben. |
In Anlehnung an DIN 18800 wird auch nach NA-DE
die maximale Schweißnahtdicke
überprüft |
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Ist kein Futterblech angeordnet, kann die
Kehlnaht tief eingebrannt sein, d.h. die Naht trägt
gegenüber einer nicht eingebrannten Kehlnaht nicht
so stark auf. Der Eingabewert der wirksamen Nahtdicke
wird davon nicht beeinflusst! |
Die maximale Einbrandtiefe ist an geometrische
Gegebenheiten geknüpft (s.a. T-Stöße in
EC 3-1-8, 4.7.3): |
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Der Öffnungswinkel bezeichnet den Winkel
zwischen den zu verschweißenden Anschlussblechen
und sollte bei Kehlnähten zwischen 60° und 120°
liegen. |
Kleinere Winkel sind zugelassen, werden
aber wie nicht durchgeschweißte Stumpfnähte
behandelt (EC 3-1-8, 4.3.2.1). |
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Die Tragfähigkeit von Kehlnähten
kann mit Hilfe des richtungsbezogenen Verfahrens oder
des vereinfachten
Verfahrens ermittelt werden. |
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richtungsbezogenes Verfahren |
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Die Kräfte werden aufgeteilt in Anteile
parallel und rechtwinklig zur Längsachse der Schweißnaht
und normal und orthogonal zur Lage der wirksamen Kehlnahtfläche. |
Die Lage der wirksamen Kehlnahtfläche
wird im Wurzelpunkt konzentriert angenommen. |
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Die auf die Kehlnaht einwirkenden Spannungen
ergeben sich zu |
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Die Tragfähigkeit einer Kehlnaht ist
ausreichend, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt
sind: |
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vereinfachtes Verfahren |
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Die Resultierende aller auf die Kehlnaht
einwirkenden Kräfte muss die folgende Bedingung erfüllen: |
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Schlitznähte |
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Der Durchmesser d des Schlitzes darf nicht
kleiner sein als die 4-fache Blechdicke (EC 3-1-8, 4.3.3(2)). |
Die Tragfähigkeit einer Schlitznaht
wird wie die Tragfähigkeit einer Kehlnaht berechnet
(s.o.). |
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Stumpfnähte |
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Stumpfnähte können durchgeschweißt
oder nicht durchgeschweißt ausgeführt werden. |
Eine durchgeschweißte Stumpfnaht ist
eine Schweißnaht mit vollständigem Einbrand
und vollständiger
Verschmelzung des Schweißwerkstoffs
mit dem Grundmaterial über die gesamte Dicke der
Verbindung
(EC 3-1-8, 4.3.4(1)),
d.h. a = t2/2 bei beidseitiger Schweißung
bzw. a = t2 bei einseitiger Schweißung. |
Bei einer nicht durchgeschweißten
Stumpfnaht ist die Durchschweißung daher kleiner
als die volle Dicke des Grundmaterials (EC 3-1-8, 4.3.4(2)). |
Die Tragfähigkeit von durchgeschweißten
Stumpfnähten ist mit der Tragfähigkeit des schwächeren
der verbundenen Bauteile gleichzusetzen, während
die Tragfähigkeit von nicht durchgeschweißten
Stumpfnähten wie für Kehlnähte zu ermitteln
ist (EC 3-1-8, 4.7.1+2). |
Bei einem Öffnungswinkel
von 0° wird ein Stoß verschweißt. |
Die maximale Schweißnahtdicke
ist auf die Dicke des dünnsten Anschluss-blechs
beschränkt. |
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Lochschweißung |
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Lochschweißungen können Schub
übertragen; sie sollten jedoch nicht in zugbeanspruchten
Verbindungen verwendet werden (EC 3-1-8, 4.3.5(1)). |
Der Durchmesser des Lochs muss für
eine Lochschweißung mindestens 8 mm größer
sein als die Blechdicke
(EC 3-1-8, 4.3.5(2)). |
Die Dicke einer Lochschweißung muss
folgenden Anforderungen genügen (EC 3-1-8, 4.3.5(4)): |
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Die Tragfähigkeit einer Lochschweißung
ergibt sich zu |
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Anordnung von Futterblechen bei Kehl-, Schlitz- und Lochnähten |
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Das Futterblech sollte bündig zum Rand
des zu verschweißenden Bauteils angepasst sein (EC
3-1-8, 4.4(1)). |
Es gilt |
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Umrechnung von Blechschnittgrößen in Schweißnahtkräfte |
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Schnittgrößen, die im Anschlussblech
wirken, werden in die Bemessungsspannungen bzw. resultierende
Bemessungskraft der Schweißnaht umgerechnet, die
in der Schweißnahtfläche wirken. |
Bei beidseitiger Naht halbieren sich die
Kräfte (s. Vorfaktor 0.5). |
Die Normalkraft im Blech NEd
wirkt als Zugkraft senkrecht zur Nahtachse, das Biegemoment
MEd dreht senkrecht
zur Nahtachse um VEd und erzeugt zusätzlich
zur Normalkraft Zug in der Wurzellinie. |
Bei einseitigem Anschluss von Kehlnähten
oder nicht durchgeschweißten Stumpfnähten sollte
das sich aus der Exzentrizität ergebende Zusatzmoment
berücksichtigt werden, sofern es Zug in der Schweißnahtwurzel
erzeugt
(EC 3-1-8, 4.12). |
Es gelten folgende Beziehungen |
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Das Modell eines äquivalenten
T-Stummels mit Zugbeanspruchung dient zur Ermittlung
der Tragfähigkeiten folgender geschraubter
Grundkomponenten |
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Stützenflansch mit Biegebeanspruchung |
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Stirnblech mit Biegebeanspruchung |
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Flanschwinkel mit Biegebeanspruchung |
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Fußplatte mit Biegebeanspruchung infolge
Zugbeanspruchung |
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Es kann davon ausgegangen werden, dass die
Versagensarten des Flansches eines äquivalenten T-Stummels
die gleichen sind wie die der o.a. Grundkomponenten. |
Als Verbindungsmittel sind lediglich Schrauben zugelassen; die Anschlussbleche werden hier nicht bemessen! |
T-Stummel sind Schraubverbindungen zur Übertragung
von Zugkräften aus dem T-Stummelsteg über den
T-Stummelflansch und einer beliebigen Anzahl von Schraubenreihen
(zwei Schrauben je Reihe, symmetrisch jeweils links und
rechts vom Steg angeordnet) in das Anschlussblech. |
Eine Erweiterung auf vier
Schrauben je Schraubenreihe wurde für
typisierte IH2- und IH4-Anschlüsse umgesetzt. |
Dazu ist die T-Stummelgeometrie für
die jeweiligen Belastungsfälle zu bestimmen. |
Im Folgenden ist die Bildung der äquivalenten
T-Stummel für eine nicht ausgesteifte Stirnblechverbindung
von Träger und Stütze dargestellt. |
Drei Schraubenreihen nehmen die Zugkraft
auf; eine Schraubenreihe befindet sich im überstehenden
Teil
des Stirnblechs. |
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Der äquivalente T-Stummel für
das Stirnblech (ohne Überstand) wird mit dem Stirnblech
als Stummelflansch und dem Trägersteg als Stummelsteg
gebildet. |
Für den überstehenden Teil des
Stirnblechs ist das Stirnblech der Stummelflansch und
der Trägerflansch der Stummelsteg des äquivalenten
T-Stummels. |
Der Stützenflansch wird abgebildet
durch einen äquivalenten T-Stummel mit dem Stützenflansch
als Stummelflansch und dem Stützensteg als Stummelsteg. |
Wesentliche Parameter sind |
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Abstand e der Schraube vom Flanschrand |
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Abstand m der Schraube vom Steganschnitt |
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Der Steganschnitt befindet sich im Abstand |
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vom Steg. |
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Dicke tf und Breite bf des
T-Stummelflansches |
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Dicke tbp der Flanschverstärkung
(Futterblech) |
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Es werden drei Versagensmodi zur Ermittlung
der Tragfähigkeit eines T-Stummelflansches unter
Zugbelastung unterschieden |
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Modus 1 beschreibt das vollständige
Fließen des Flansches |
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Modus 3 dagegen das reine Schraubenversagen |
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Modus 2 bezeichnet die Mischform, wenn Schraubenversagen
bei gleichzeitigem Fließen des Flansches eintritt |
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Das Fließen des Flanschs ist abhängig
von der wirksamen T-Stummellänge Σleff,
die u.U. für Modus 1 und 2 unterschiedlich ist (Modus
3 ist unabhängig von der wirksamen T-Stummellänge). |
Die wirksame T-Stummellänge kann entweder
vom Programm berechnet oder direkt eingegeben werden. |
Obwohl die Kräfte in jeder Schraubenreihe
gleich groß angenommen werden, ist außerdem
zu berücksichtigen, dass unterschiedliche Kräfte
in den verschiedenen Schraubenreihen auftreten können. |
Daher sind u.U. einzelne Schraubenreihen
oder Gruppen von Schraubenreihen zu untersuchen. |
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Berechnung der wirksamen Längen |
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Es wird zwischen der Berechnung der wirksamen
Längen für ausgesteifte oder nicht ausgesteifte
Stützenflansche
(EC3-1-8, Tab.6.5 oder Tab.6.4) und für Stirnbleche
(EC3-1-8, Tab.6.6) unterschieden. |
Die wirksamen Längen werden für
die verschiedenen Versagensmodi unterschiedlich ermittelt. |
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Stützenflansch |
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Wird nur eine Schraubenreihe betrachtet,
gilt |
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Schraubenreihe einzeln betrachtet |
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Schraubenreihe als Teil einer Gruppe
von Schraubenreihen |
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Der Beiwert α wird EC3-1-8, Bild 6.11,
entnommen und ist ein Maß für den Abstand der
Schraube zu Steg und Steife. |
Wird eine Gruppe von nb>1
Schraubenreihen betrachtet, berechnet sich die gesamte
wirksame Länge als Summe der wirksamen Längen
der einzelnen Schraubenreihen. |
Dabei wirken immer eine äußere
Schraubenreihe und optional eine innere Schraubenreihe
neben einer Steife mit. |
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Stirnblech - zwischen den
Trägerflanschen |
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Für die Bemessung eines Stirnblechs
zwischen den Trägerflanschen gelten die Formeln des
Stützenflansches ebenso, allerdings ohne die Terme,
die e1 enthalten. |
Wird eine Gruppe von nb>1
Schraubenreihen betrachtet, berechnet sich die gesamte
wirksame Länge als Summe der wirksamen Längen
der einzelnen Schraubenreihen. |
Dabei wirken immer eine äußere
Schraubenreihe und optional eine innere Schraubenreihe
neben dem
Trägerzugflansch mit. |
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Stirnblech - überstehender
Teil |
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Der überstehende Teil eines Stirnblechs
wird als T-Stummel mit nur einer (äußeren)
Schraubenreihe neben dem Trägerzugflansch modelliert.
Es gilt |
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Schraubenreihe einzeln betrachtet |
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Tragfähigkeit |
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Die Ermittlung der Tragfähigkeiten
von T-Stummelflanschen unter Zug richtet sich danach,
ob Abstützkräfte auftreten können, d.h.
wenn gilt |
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Lb |
Dehnlänge der Schraube (Klemmlänge
einschl. Unterlegscheiben plus halbe Kopf- und Mutterhöhe) |
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|
treten Abstützkräfte auf. |
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Wenn Abstützkräfte auftreten können,
sind in EC3-1-8, Tab.6.2, zwei Verfahren zur Bestimmung
der Zugtragfähigkeit eines T-Stummelflansches aufgeführt |
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Verfahren 1 |
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Verfahren 2 (alternativ) |
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Treten keine Abstützkräfte auf,
wird die Tragfähigkeit für Modus 1 und 2 berechnet
zu (Modus 3 s. Verfahren 1) |
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Die Bemessungswerte der plastischen Momente
sind |
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Die Komponentenmethode des EC3-1-8 regelt u.A. geschraubte
Verbindungen mit nur zwei Schrauben je Schraubenreihe. |
Eine Erweiterung auf die in Deutschland gebräuchlichen
Stirnblechverbindungen mit vier Schrauben je Reihe
wurde von verschiedenen
Autoren veröffentlicht. pcae hat drei Methoden in ihren Programmen umgesetzt. |
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B. Schmidt: Zum
Tragverhalten von geschraubten momententragfähigen Stirnplattenverbindungen
mit
4 Schrauben in jeder Schraubenreihe, Dissertation, 2008 |
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B. Schmidt hat die in Deutschland gebräuchlichen
Stirnblechverbindungen mit vier Schrauben je Reihe |
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IH2 (ohne Überstand) und |
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IH4 (mit Überstand) |
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untersucht. Diese Methode ist daher nur für die dargestellten
Anschlusskonfigurationen anwendbar. |
Diese Vorgehensweise ist nur für
den geschraubten Trägerstoß mit Stirnblech umgesetzt;
sie gilt nicht für Träger-Stützenanschlüsse. |
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Achtung! Die Anwendung der Methode ist (gegenwärtig) nicht durch eine Norm eingeführt. |
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Das Verfahren wird anhand der Stirnblechverbindung
erläutert. |
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Bei positivem Biegemoment (d.h. oben Zug,
unten Druck) gilt für den |
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IH2-Anschluss: Stirnblech ohne
Überstand mit einer Schraubenreihe unter
Zugbelastung |
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IH4-Anschluss: Stirnblech mit
Überstand mit zwei Schraubenreihen unter
Zugbelastung (eine Reihe befindet sich im
Überstand, die zweite Reihe unterhalb
des Trägerflanschs) |
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Analog zu den Anschlussgeometrien mit zwei Schrauben
je Schraubenreihe werden die äquivalenten T-Stummel für
vier Schrauben je Reihe gebildet. |
Für den überstehenden Teil des Stirnblechs ist das Stirnblech der Stummelflansch und der Trägerflansch
der Stummelsteg des äquivalenten T-Stummels. |
Wesentliche Parameter zur Berechnung der Fließlinien
bzw. der effektiven Länge des T-Stummels sind |
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Abstand e der äußeren Schraube vom
seitlichen Flanschrand |
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Abstand w der äußeren von der inneren Schraube |
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Abstand e1 der Schrauben (Endreihe)
vom freien Flanschrand |
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Abstand m1 der Schraubenreihe vom Anschnitt der
Steife (des Trägerflanschs) |
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Der Anschnitt der Steife befindet sich im Abstand s von der
Steife, wobei gilt |
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Schweißnahtdicke ast zwischen Steife (Trägerzugflansch)
und Stirnblech |
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Dicke tst und Länge lst der Zugsteife
(Dicke und Breite des Trägerflanschs) |
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Dicke tf und Länge lf des T-Stummelflanschs
(Dicke tp und Breite bp des Stirnblechs
bzw. des Stützenflanschs) |
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Der äquivalente T-Stummel für die ausgesteifte
Schraubenreihe unterhalb der Steife (des Trägerzugflanschs)
wird mit dem Stirnblech als T-Stummelflansch und dem Trägersteg
als T-Stummelsteg gebildet. |
Wesentliche Parameter zur Berechnung der Fließlinien
bzw. der effektiven Länge des ausgesteiften T-Stummels sind |
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Abstand e der äußeren Schraube vom
Flanschrand |
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Abstand w der äußeren von der inneren Schraube |
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Abstand m der inneren Schraube vom Steganschnitt |
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Der Steganschnitt befindet sich im Abstand s vom Steg, wobei
gilt |
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Abstand m2 der Schrauben vom Anschnitt der Zugsteife
(Trägerflansch), Anschnittlänge der Steife analog
s |
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Dicke tw des T-Stummelstegs (Dicke des Träger-
bzw. Stützenstegs) |
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Dicke tst und Länge lst der Zugsteife
(Dicke und Breite des Trägerflanschs) |
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Dicke tf und Länge lf des T-Stummelflanschs
(Dicke tp und Breite bp des Stirnblechs
bzw. des Stützenflanschs) |
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Es werden drei Versagensmodi zur Ermittlung der Tragfähigkeit
eines T-Stummelflansches unter Zugbelastung unterschieden. |
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Modus 1 beschreibt das vollständige Fließen
des Flanschs |
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Modus 3 dagegen das reine Schraubenversagen |
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Modus 2 bezeichnet die Mischform, wenn Schraubenversagen bei
gleichzeitigem Fließen des Flanschs eintritt |
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Das Fließen des Flanschs ist abhängig von
der wirksamen T-Stummellänge Σleff, die u.U.
für die Modi 1 und 2 unterschiedlich sein kann (Modus 3 ist nur
abhängig von der Schraubengüte). |
Die wirksame T-Stummellänge kann entweder vom Programm
berechnet oder direkt eingegeben werden. |
Obwohl die Kräfte in jeder Schraubenreihe gleich
groß angenommen werden, ist zu berücksichtigen, dass unterschiedliche
Kräfte in den verschiedenen Schraubenreihen auftreten können. |
Daher sind i.A. sowohl die einzelne Schraubenreihe als
auch Gruppen von Schraubenreihen zu untersuchen. |
Da das Tragverhalten von IH2- und IH4-Anschlüssen
nur durch die einzelnen Schraubenreihen geprägt ist, wird im
Folgenden auf die Untersuchung von Schraubengruppen verzichtet. |
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Berechnung der wirksamen Längen |
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Die wirksamen Längen werden für die verschiedenen
Versagensmodi unterschiedlich ermittelt. Die folgenden Formeln gelten
sowohl für das Stirnblech als auch den Stützenflansch. |
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Stirnblech - zwischen den Trägerflanschen |
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Es wird hier nur die 'innere Schraubenreihe' neben dem
Trägerzugflansch (bzw. der Zugsteife) betrachtet. |
Die Berechnung unterscheidet sich je nachdem, ob es
sich um einen IH2- oder IH4-Anschluss handelt. |
Eine Gruppenbildung mit der unteren Schraubenreihe wird
ausgeschlossen (nb = 1). |
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Im Folgenden gilt für w3 = e, w2 = w, w1 = bp-2·(w+e), ms =
m2. |
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Schraubenreihe einzeln betrachtet |
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Gl. (4.27) aus B. Schmidt: Zum Tragverhalten
von geschraubten momententragfähigen Stirnplattenverbindungen
mit 4 Schrauben in jeder Schraubenreihe: |
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Stirnblech - überstehender Teil |
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Der überstehende Teil eines Stirnblechs wird als
T-Stummel mit nur einer (äußeren) Schraubenreihe neben
dem Trägerzugflansch modelliert. Im Folgenden gilt für w3 = e, w2 = w, w1 = bp-2(w+e), mx = m1, ex = e1. |
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Schraubenreihe einzeln betrachtet |
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Tragfähigkeit |
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Bei der Ermittlung der Tragfähigkeiten von ausgesteiften
T-Stummelflanschen unter Zug mit vier Schrauben in einer Reihe spielt
die Lage der Schrauben sowie die Lastabtragsrichtung eine wesentliche
Rolle. |
Die effektive Fließlänge wird dementsprechend
gewichtet für den Anteil |
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sowie beim alternativen Verfahren (Verfahren 2) in Flanschrichtung
für die |
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Im Stirnplattenüberstand braucht die effektive
Fließlänge nicht reduziert zu werden. |
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Bei IH2- und IH4-Anschlüssen wird davon ausgegangen,
dass Abstützkräfte auftreten. Daher werden zwei Verfahren
zur Bestimmung der Zugtragfähigkeit eines T-Stummelflansches
aufgeführt. |
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Verfahren 1 |
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Verfahren 2 (alternativ) |
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Modus 1 |
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Modi 2 und 3 s. Verfahren
1 |
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Die Bemessungswerte der plastischen Momente in beiden
Verfahren sind |
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Die Tragfähigkeit ergibt sich damit zu |
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wobei die maximale Zugtragfähigkeit der Steife
(des Trägerflanschs) nicht überschritten werden darf. |
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AIF-Bericht 15059: Entwicklung
eines Bemessungsmodells für geschraubte, momententragfähige Kopfplattenverbindungen
mit 4 Schrauben in einer Schraubenreihe auf der Grundlage
der prEN 1993-1-8:2003, Forschungsbericht zum Forschungsvorhaben AiF
Nr. 15059, 2009 |
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Auch der Forschungsbericht behandelt nur die in Deutschland
gebräuchlichen Stirnblechverbindungen mit vier Schrauben je Reihe |
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IH2 (ohne Überstand) und |
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IH4 (mit Überstand). |
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Jedoch kann die Methode auch auf allgemeinere
Anschlusskonfigurationen angewendet werden (s. Weynand/Oerder, Typisierte
Anschlüsse im Stahlhochbau nach DIN EN 1993-1-8, Ergänzungsband
2018). |
Diese Vorgehensweise ist nur für den geschraubten Trägerstoß mit
Stirnblech umgesetzt; sie gilt nicht für
Träger-Stützenanschlüsse. |
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Achtung! Die Anwendung der Methode ist (gegenwärtig)
nicht durch eine Norm eingeführt. |
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Generell folgt das Verfahren der Vorgehensweise von
B. Schmidt, daher werden hier nur die wesentlichen
Formeln dargestellt. |
Die Tragfähigkeiten der verschiedenen Versagensmodi
ergeben sich zu |
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Die wirksamen Längen ergeben sich für verschiedene
Fließmuster zu |
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Wirksame Längen innerer Schraubenreihen, die nicht
neben einer Steife oder Trägerflansch liegen, werden
nur für zwei Schrauben
je Reihe ermittelt. |
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G. Wagenknecht: Stahlbau-Praxis
nach Eurocode 3, Band 3: Komponentenmethode, 2014 |
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G. Wagenknecht verfeinert die Ausführungen des AIF-Berichts
dahingehend, dass er konstatiert, dass i.A. vorgespannte
Schrauben verwendet werden und damit stets Abstützkräfte erzeugt
werden. |
Er setzt voraus, dass bei Erreichen der Grenztragfähigkeit die am
Steg liegenden Schrauben zu 100%, die äußeren Schrauben zu 80% ausgenutzt
sind. |
Die Tragfähigkeit der inneren
Schraubenreihe ergibt sich zu |
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Bild vergrößern |
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Das Modell eines äquivalenten
T-Stummels mit Druckbeanspruchung kann zur Ermittlung
der Tragfähigkeiten folgender geschraubter
Grundkomponenten dienen |
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Fußplatte mit Biegung
aufgrund der Lagerpressung |
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Beton und/oder Mörtelfüllung unter
der Lagerpressung |
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T-Stummel sind Verbindungen zur Übertragung
von Druckkräften aus dem T-Stummelsteg (Flansch oder
Steg einer Stütze) über den T-Stummelflansch
(Fußplatte) in die Beton- oder Mörtelschicht. |
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Die Fußplatte
wird hier nicht bemessen! |
Die wirksame Länge leff
und die wirksame Breite beff des äquivalenten
T-Stummels sind so anzusetzen, dass die Tragfähigkeiten
der o.a. Grundkomponente des Anschlusses und des äquivalenten
T-Stummels gleich groß sind. |
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Im Programm sind die wesentlichen Parameter
des äquivalenten T-Stummels einzugeben mit |
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den zusätzlichen Ausbreitungsbreiten
clinks, crechts, wobei u.U.
eine der beiden Ausbreitungsbreiten dem Überstand
ü der Fußplatte entspricht |
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der Dicke t und Länge leff = b
des T-Stummelflansches; |
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die Breite des T-Stummelflansches berechnet sich
unter Angabe der Stegdicke t zu beff
= clinks + crechts + t |
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Berechnung der wirksamen Breite |
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Die Spannungsverteilung unter dem T-Stummel
wird gleichmäßig angenommen, wenn die zusätzliche
Ausbreitungsbreite der Druckkraft aus der Stütze
den folgenden Wert nicht überschreitet (EC3-1-8,
6.2.5(4)) |
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Die wirksame Breite ergibt sich damit zu |
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Die wirksame Länge wird entsprechend gebildet. |
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Tragfähigkeit |
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Die Tragfähigkeit eines T-Stummelflansches
unter Druck wird bestimmt mit |
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Die Eurocode-Normen gelten nur in Verbindung
mit ihren nationalen Anhängen in dem jeweiligen
Land, in dem das Bauwerk erstellt werden soll. |
Für ausgewählte Parameter können
abweichend von den Eurocode-Empfehlungen (im Eurocode-Dokument
mit 'ANMERKUNG' gekennzeichnet)
landeseigene Werte bzw. Vorgehensweisen angegeben werden. |
In pcae-Programmen können
die veränderbaren Parameter in einem separaten Eigenschaftsblatt
eingesehen und ggf. modifiziert werden. |
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Dieses Eigenschaftsblatt dient dazu, dem
nach Eurocode zu bemessenden Bauteil ein nationales Anwendungsdokument
(NA) zuzuordnen. |
NAe enthalten die Parameter der nationalen
Anhänge der verschiedenen Eurocodes (EC 0, EC 1,
EC 2 ...) und ermöglichen den pcae-Programmen
das Führen normengerechter Nachweise, obwohl sie
von Land zu Land unterschiedlich gehandhabt werden. |
Die EC-Standardparameter (Empfehlungen ohne
nationalen Bezug) wie auch die Parameter des deutschen
nationalen Anhangs (NA-DE) sind grundsätzlich Teil
der pcae-Software. |
Darüber hinaus stellt pcae
ein Werkzeug zur Verfügung, mit dem weitere NAe aus
Kopien der bestehenden NAe
erstellt werden können.
Dieses Werkzeug, das über ein eigenes Hilfedokument
verfügt, wird normalerweise aus
der Schublade des
DTE®-Schreibtischs heraus aufgerufen.
Einen direkten Zugang zu diesem Werkzeug liefert
die kleine
Schaltfläche hinter dem Schraubenziehersymbol. |
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Mit dem Programm Basisverbindungen
können u.A. Schrauben- und Schweißverbindungen
nachgewiesen werden. |
Es wird jeweils ein Verbindungsmittel (eine
Schraube, ein Niet, ein Bolzen oder eine Schweißnaht)
hinsichtlich seiner wesentlichen Belastungsarten untersucht.
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Die Anschlussbleche werden nur betrachtet,
soweit sie die Bemessung des Verbindungsmittels betreffen. |
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Die Blech 1 betreffenden Nachweise werden
grundsätzlich durchgeführt, während Blech
2 über die Aktivierung des Buttons ohne
Nachweis ausgeschlossen werden kann. |
Jedem Anschlussblech kann eine andere Stahlsorte
zugeordnet werden, die wiederum über den Vorgabe-Button
vom Anwender manipuliert werden kann. |
Häufig wird bei Anschlüssen ein
Futterblech angeordnet, das bei der Bemessung berücksichtigt
werden muss. |
Bei zweischnittigen Verbindungen mit Futterblechen
auf beiden Seiten des Stoßes ist die Dicke des dickeren
Futterblechs anzusetzen (EC 3-1-8, 3.6.1(13)). |
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In pcae-Programmen werden folgende
typisierten Stahlsorten vorgehalten (s. EC3-1-1, 3.2.1,
Tab.3.1): |
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S 235 (auch W und H) |
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S 275 (auch N/NL, M/ML, H, NH/NLH und MH/MLH) |
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S 355 (auch N/NL, M/ML, W, H, NH/NLH und MH/MLH) |
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S 450, S 460 (auch N/NL, M/ML, Q/QL/QL1, H, NH/NLH
und MH/MLH) |
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Natürlich können die zur Bemessung
in diesem Programm verwendeten Parameter verändert
und an geeignete Produktnormen angepasst werden. |
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Die 'Stahlsorte' steht somit als Synonym für die
Festigkeiten fy und fu, die je nach Dicke des
Bauteils variieren können, den Elastizitätsmodul E sowie
den Korrelationsbeiwert βw, der bei der Bemessung
einer Schweiß- verbindung mit Kehlnähten oder einer Lochschweißung
relevant ist. |
Zur genaueren Spezifikation der Stahlsorte steht ein
Text-Eingabefeld zur Verfügung, das zusätzlich zur Sorte
eine Kennung in der Druckliste angibt. |
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Die wesentlichen Parameter der Anschlussmittel
werden überprüft. |
Sind Verbindungsmittel und Anschlussbleche
sinnvoll eingegeben, wird die Verbindung zur optischen
Kontrolle maßstabsgerecht dargestellt. |
Änderungen an den Parametern werden
sofort übernommen: die wesentlichen Abmessungen sind
bezeichnet. |
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Tritt jedoch ein Fehler beim Datencheck
auf, kann die Verbindung grafisch nicht dargestellt werden
('Fehler in den Eingabedaten'). |
Der bestehende Grund wird während der
Berechnung am Bildschirm sowie anschließend in der
Druckliste gemeldet. |
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Eingabeparameter und Ergebnisse werden in einer Druckliste
ausgegeben, deren Umfang über die folgenden Optionen beeinflusst
werden kann: |
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Zunächst kann eine maßstäbliche grafische
Darstellung des Anschlusses in die Liste
eingefügt werden. |
Der Maßstab kann entweder vorgegeben werden,
oder die Zeichnung wird im Falle einer Eingabe von 0 größtmöglich
in den dafür vorgesehenen Platz gesetzt. |
Anschließend werden die Eingabeparameter und die Materialsicherheitsbeiwerte bzw. Bemessungskräfte ausgedruckt. |
I.A. reicht die Ausgabe der Typbezeichnungen der Verbindungsmittel
sowie der Stahlgüten aus; bei Aktivierung der zusätzlichen
Informationen werden
zudem die Rechenparameter ausgegeben. |
Im Anschluss an die Ergebnisse sind die zur Bemessung
des Anschlusses maßgebenden Parameter
des nationalen Anhangs angeordnet. |
Zum Schluss kann eine Liste der verwendeten Vorschriften (Normen) abgedruckt werden. |
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Der Umfang der Ergebnisdarstellung kann ausführlich, standard oder minimal sein. |
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eine ausführliche Ergebnisausgabe beinhaltet
die Ausgabe sämtlicher verwendeter Formeln, um Schritt
für Schritt den Lösungswert nachzuvollziehen |
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ist dagegen die Ergebnisausgabe minimal, wird nur das Endergebnis
ohne weiteren Kommentar ausgedruckt |
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im Normalfall reicht die Standardausgabe, bei der nur die
wichtigsten Zwischenwerte zusätzlich zum Endergebnis ausgegeben
werden |
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Bei einer großen Anzahl an Lastkombinationen ist
es sinnvoll, die Ergebnisse in sehr kompakter Form tabellarisch auszugeben. |
Optional kann das maßgebende Lastkollektiv, das zur maximalen Ausnutzung
geführt hat, in der Standard-Form angefügt werden. |
Alternativ kann es sinnvoll sein, den Berechnungsablauf
eines frei wählbaren Lastkollektivs ausgeben zu lassen. Es kann auch keine detaillierte
Ausgabe erfolgen. |
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Neben der tabellarischen Ausgabe kann auch nur das maßgebende
Lastkollektiv protokolliert werden. |
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IIn den FE-Programmen 4H-EC3FS,
freier Stirnplattenstoß, 4H-EC3FK,
freier Knotenblechanschluss, und 4H-EC3QN,
Querschnittsnachweis,
können
die FEM-Ergebnisse
in einer optimierten Tabelle ausgegeben werden. |
In den Programmen der 4H-EC3BT-Familie
(4H-EC3BT, Biegesteifer Trägeranschluss, 4H-EC3RE,
Rahmenecke, 4H-EC3TT,
Thermische Trennschicht, 4H-EC3IH, Typisierter
IH-Anschluss, 4H-EC3IM, Typisierter IM-Anschluss)
und der 4H-EC3GT-Familie
(4H-EC3GT, Gelenkiger Trägeranschluss, 4H-EC3IS,
Typis. IS,IW,IG,IK-Anschluss) wird die Herleitung der Bemessungsgrößen protokolliert. |
Um den Umfang des Berechnungsprotokolls zu reduzieren,
kann die Ausgabe von Zwischenergebnissen
und/oder Erläuterungsskizzen unterdrückt werden. |
Das Abschalten der Erläuterungsskizzen betrifft
nicht die Ausgabe der Übersichtsgrafik (s.o.). |
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Das Statikdokument wird in strukturierter Form durchnummeriert,
die auch mit dem pcae-eigenen Verwaltungsprogramm PROLOG korrespondiert.
Optional kann die Abschnittsnummerierung
unterdrückt werden. |
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Bei Ausgabe des Endergebnis' wird deutlich vermerkt, ob der
der Nachweis erbracht wurde. Um geringfügige Ausnutzungsüberschreitungen
abzufangen, kann ein Toleranzwert gesetzt werden. |
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zur Hauptseite 4H-EC3BV,
Basisverbindungen |
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