Abstract
In this paper, experimental studies on the load-bearing behaviour of tensile test pieces, bolts, and lockbolts subjected to combined tension and shear loading are presented. The results are compared to the design approaches from different standards and evaluated in terms of reserves and uncertainties. In general, a notch-independent behaviour is observed for the specimens with smooth, threaded, or grooved shank. It turns out that the description of the load-bearing behaviour by linear interaction models is unreliable. Although the testing results are arranged in an arc shape in the interaction diagram, they are located on the uncertain side of the quadratic interaction model, which is valid according to the standard VDI 2230 part 1. Especially due to the lack of consideration of the tensile load-bearing capacity of the cross section in the shear plane, the load-bearing potential is not fully utilised by the interaction approaches of some standards.
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References
VDI 2230 Part 1:2015–11: Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen - Zylindrische Einschraubenverbindungen (Systematic calculation of highly stressed bolted joints - Joints with one cylindrical bolt). Beuth Verlag GmbH, Berlin (2015)
Renner, A., Lange, J.: Zum Tragverhalten und zur Bemessung von Schrauben unter kombinierter Zug-Abscher-Belastung. Stahlbau 88(4), 324–330 (2019). https://doi.org/10.1002/stab.201900002
Renner, A., Lange, J.: Load-bearing behaviour of high-strength boltsin combined tension and shear. Steel Construct. 5 (3), 151–157 (2012)
DVS-EFB 3435-1:2021-10: Lockbolt systems. DVS Media GmbH, Düsseldorf (2021)
Schwarz, M., Glienke, R., Wegener, F., Bye, C., Städler, H.-A.: Bemessung von Verbindungen mit Schließringbolzen im Maschinenbau - Teil 1: Schließringbolzentechnologie und -tragverhalten - Fachaufsatz Verbindungstechnik. Konstruktion 69(10), 84–90 (2017). https://doi.org/10.37544/0720-5953-2017-10-84
Glienke, R., Schwarz, M., Ebert, A., Blunk, C., Wanner, M.-C.: Joints with lockbolts in steel structures—Part 1: Lockbolt technology. Steel Construct. 13(2), 120–127 (2020). ISSN 1867-0520. https://doi.org/10.1002/stco.202000011
Holch, A.: Tragverhalten kombiniert beanspruchter Verbindungen mit Schließringbolzensystemen - EFB-Forschungsbericht. IGF-Projekt 20954BR (2023)
Knobloch, M., Schmidt, H.: Tragfähigkeit und Tragverhalten stahlbauüblicher Schrauben unter reiner Scherbeanspruchung und unter kombinierter Scher- Zugbeanspruchung. Forschungsberichte aus dem Fachbereich Bauwesen 41 (1987)
DIN 18800-1:2008-11: Stahlbauten - Teil 1: Bemessung und Konstruktion (Steel structures—Part 1: Design and construction). Beuth Verlag GmbH, Berlin
VDI 2230 Part 1:1998-11 Draft: Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen - Zylindrische Einschraubenverbindungen (Systematic calculation of highly stressed bolted joints—ioints with one cylindrical bolt). Düsseldorf
DIN EN 1993-1-8:2010-12: Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-8: Bemessung von Anschlüssen (Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1–8: Design of joints; German version EN 1993-1-8:2005 + AC:2009). Beuth Verlag GmbH, Berlin (2010)
Snijder, H.H., Ungermann, D., Stark, J., Sedlacek, G.: Evaluation of test results on bolted connections in order to obtain strength functions and suitable model factors: Part A: Results, Prepared for the Commission of the European Communities (1988)
Ungermann, D., Puthli, R., Ummenhofer, T., Weynand, K., Preckwinkel, E.: Eurocode 3 - Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Band 2: Anschlüsse DIN EN 1993-1-8 mit Nationalem Anhang - Kommentare und Beispiele. Ernst & Sohn GmbH & Co. KG. Beuth Verlag GmbH, Düsseldorf (2015)
Deutscher Ausschuss für Stahlbau e.V.: Forschungsbericht: Untersuchungen zum Tragverhalten von hochfesten Schrauben unter kombinierter Zug- und Scherbeanspruchung - 18095N; 2/2017 (2017)
DVS-EFB 3435-2:2016-05: Lockbolt systems—calculation of connections according to Eurocode 3 and VDI 2230-Part 1. DVS Media GmbH, Düsseldorf
Schwarz, M., Glienke, R., Wegener, F., Bye, C., Städler, H.-A.: Bemessung von Verbindungen mit Schließringbolzen im Maschinenbau - Teil 2: Rechenschritte in Anlehnung an VDI 2230 – Blatt 1 - Fachaufsatz Verbindungstechnik. Konstruktion 69(11/12), 83–89 (2017)
Schwarz, M., Glienke, R., Wegener, F., Blunk, C., Henkel, K.-M.: Calculation of lockbolt joints in mechanical engineering. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 51(3), 267–283 (2020). https://doi.org/10.1002/mawe.201900143
Chesson, E.J., Faustino, N.L., Munse, W.H.: High-Strength Bolts Subjected to Tension and Shear. Civil Engineering Studies. Structural Research Series No. 288
Dörre, M., Glienke, R., Denkert, C., Berschneider, G.: Bewertung des Scherfestigkeitsverhältnisses für Schrauben festgelegter Festigkeitsklassen [online]. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 382–404 (2019). https://doi.org/10.1002/mawe.201800106
DIN EN ISO 4014:2022-10: Sechskantschraube mit Schaft - Produktklasse A und B (ISO 4014:2022) (Fasteners - Hexagon head bolts - Product grades A and B (ISO 4014:2022). German version EN ISO 4014:2022). Beuth Verlag GmbH, Berlin
DIN EN ISO 4017:2022-10: Mechanische Verbindungselemente - Sechskantschrauben mit Gewinde bis Kopf - Produktklasse A und B (Fasteners - Hexagon head screws - Product grades A and B (ISO 4017:2022); German version EN ISO 4017:2022). Beuth Verlag GmbH, Berlin (2022)
DIN EN 14399-4:2015-04: Hochfeste vorspannbare Garnituren für Schraubverbindungen im Metallbau - Teil 4: System HV - Garnituren aus Sechskantschrauben und -muttern (High-strength structural bolting assemblies for preloading - Part 4: System HV - Hexagon bolt and nut assemblies; German version EN 14399–4:2015). Beuth Verlag GmbH, Berlin
DIN EN 1990:2021-10: Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung (Eurocode: Basis of structural design; German version EN 1990:2002 + A1:2005 + A1:2005/AC:2010). Beuth Verlag GmbH, Berlin (2021)
DIN 50125:2022-08: Prüfung metallischer Werkstoffe - Zugproben (Testing of metallic materials—Tensile test pieces). Beuth Verlag GmbH, Berlin
Acknowledgements
The research project (No 20954 BR) of the European Research Association for Sheet Metal Working (EFB) has been funded by the AiF within the program of Industrial Collective Research (IGF) of the German Federal Ministry of Economic Affairs and Climate Action on the basis of a decision by the German Bundestag. We thank the sponsors and the participating companies for their support
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Holch, A., Glienke, R., Dörre, M., Henkel, K.M. (2024). Evaluation of the Load-Bearing Behaviour of Bolts and Lockbolt Systems Under Combined Tension and Shear Loading. In: da Silva, L.F.M., Martins, P., Reisgen, U. (eds) 3rd International Conference on Advanced Joining Processes 2023. AJP 2023. Proceedings in Engineering Mechanics. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-54732-4_1
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