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DIN 4113-2 - Berechnung geschweißter Aluminiumkonstruktionen
Aluminiumkonstruktionen unter vorwiegend ruhender Belastung

Stand 09/2002
(AllMBl. 2004 S. 441aufgehoben)

Veröffentlichung: (AllMBl. 2004 S. 441)


Mit

DIN 4113-1:1980-05 und

DIN 4113-1/A1

Ersatz für DIN 4113:1958x-02

Vorwort

Diese Norm wurde erarbeitet vom NABau-Arbeitsausschuss 08.07.00 "Aluminiumkonstruktionen - Bemessung und Herstellung", Spiegelausschuss zu CEN/TC 250/SC 9 und CEN/TC 135/WG 11. Der Arbeitsausschuss gehört dem NABau-Fachbereich 08 "Stahlbau, Verbundbau, Aluminiumbau" an.

Änderungen

Gegenüber DIN 4113-2:1958x-02 wurden folgende Änderungen vorgenommen:

  1. Anpassung von Regeln an den Stand der Technik.
  2. Festlegung der Mindestdicke geschweißter Aluminiumkonstruktionen.
  3. Die Regeln zur baulichen Durchbildung und Herstellung geschweißter Aluminiumkonstruktionen sind jetzt Teil von DIN V 4113-3.

Frühere Ausgaben

DIN 4113: 1958x-02

1 Anwendungsbereich

Diese Norm gilt für alle tragenden geschweißten Bauteile aus Aluminium, die durch vorwiegend ruhende Belastung (siehe DIN 1055-3:1971-06, 1.4) beansprucht werden. Hierbei ist in der Regel die Mindestdicke von 2 mm aus schweißtechnischen Gründen einzuhalten; in begründeten Fällen sind Dicken bis 1,2 mm zulässig.

Entwurf, Konstruktion, Berechnung und Herstellung (siehe DIN V 4113-3) geschweißter Aluminiumkonstruktionen erfordern in besonderem Maße Sachkenntnisse und Erfahrungen der damit betrauten Personen und Organisationen.

2 Normative Verweisungen

Diese Norm enthält durch datierte oder undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderen Publikationen. Diese normativen Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text. zitiert, und die Publikationen sind nachstehend aufgeführt. Bei datierten Verweisungen gehören spätere nderungen oder Überarbeitungen dieser Publikationen nur zu dieser Norm, falls sie durch Änderung oder Überarbeitung eingearbeitet sind. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezug genommenen Publikation (einschließlich Änderungen).

DIN 1055-3:1971-06 Lastannahmen für Bauten; Verkehrslasten.
DIN 4113-1:1980-05 Aluminiumkonstruktionen unter vorwiegend ruhender Belastung - Berechnung und bauliche Durchbildung.
DIN 4113-1/A1:2002-09 Aluminiumkonstruktionen unter vorwiegend ruhender Belastung - Teil 1: Berechnung und bauliche Durchbildung, Änderung 1.
DIN V 4113-3 Aluminiumkonstruktionen unter vorwiegend ruhender Belastung - Ausführung und Herstellerqualifikation.
DIN EN 485-2 Aluminium und Aluminiumlegierungen - Bänder, Bleche und Platten - Teil 2: Mechanische Eigenschaften; Deutsche Fassung EN 485-2:1994.
DIN EN 573-3 Aluminium und Aluminiumlegierungen - Chemische Zusammensetzung und Form von Halbzeug - Teil 3: Chemische Zusammensetzung; Deutsche Fassung EN 573-3:1994.
DIN EN 754-2 Aluminium und Aluminiumlegierungen - Gezogene Stangen und Rohre - Teil 2: Mechanische Eigenschaften; Deutsche Fassung EN 754-2:1997.
DIN EN 755-2 Aluminium und Aluminiumlegierungen - Stranggepresste Stangen, Rohre und Profile Teil 2: Mechanische Eigenschaften; Deutsche Fassung EN 755-2:1997.

3 Anforderungen

Für die Anwendung dieser Norm gilt DIN 4113-1/A1:2002-09, Tabelle 1. Ferner ist für die Schweißzusatzstoffe DIN V 4113-3 zu beachten.

4 Lastannahmen

Es gilt DIN 4113-1:1980-05, Abschnitt 4.

5 Berechnungsgrundsätze

Es gilt DIN 4113-1:1980-05, Abschnitt 5 sinngemäß. Durch die Schweißwärme können Flügelteile aus ausgehärteten oder verfestigten Werkstoffen (siehe Tabelle 1 und für zugehörige Schweißzusätze nach DIN V 4113-3) in der Wärmeeinflusszone (WEZ) neben der Schweißnaht entfestigt werden.

Soweit Konstruktionen und Serienteile auf der Grundlage von Berechnungen in Verbindung mit DIN 4113-1 gefertigt werden und die Beschaffung des Halbzeugs nicht auf der Grundlage von DIN 4113-1/A1:2002-09, 3.1 erfolgt, ist darauf zu achten, dass für die nach DIN-EN-Normen beschafften und verwendeten Halbzeuge die zulässigen Spannungen sowohl für den Grundwerkstoff (siehe DIN 4113-1/A1:2002-09, Tabelle 4 sowie Tabelle 7) als auch für WEZ und Schweißnähte (siehe Tabelle 4 und Tabelle 5) mindestens gleich hoch sind, wie sie der Berechnung zugrunde gelegt wurden. Bei AlMgSi0,5 muss gegebenenfalls auf eine AlMgSi0,5-ähnliche Legierung gewechselt werden (EN AW-6060, EN AW-6063, EN AW 6106). Ist dies nicht der Fall, so muss die Berechnung überprüft werden.

Die Bemessung geschweißter Konstruktionen aus Werkstoffen nach DIN 4113-1:1980-05, Tabelle 1 erfolgt entsprechend der Bemessung der Werkstoffe nach Tabelle 1 dieser Norm. Dabei gilt bezüglich der Streckgrenze der Schweißverbindung und der zulässigen Spannung die Umschlüsselung nach Tabelle 2.

Tabelle 1 - Halbzeuglegierungen für Konstruktionsteile

Spalte 1a 1b 1c 1d 2a 2b 2c 3a 3b 3c 4a 4b 4c 5a 5b
Zeile Werkstoffe, Werkstoffzustände nach Bänder, Bleche, Planen nach
DIN EN 485-2		 Gezogene Rohre nach
DIN EN 754-2		 Stangen, Rohre, stranggepresste Profile nach
DIN EN 755-2		 Wärmeeinflusszone
(WEZ)
DIN EN 573-3 DIN 1725 Zustand Halbzeug βz
N/mm2		 β0,2
N/mm2		 Dicke
mm		 βz
N/mm2		 β0,2
N/mm2		 Dicke
mm		 βz
N/mm2		 β0,2
N/mm2		 Dicke
mm		 β0,2 WEZf
N/mm2		 β0,2 WEZf
N/mm2
1 EN AW-6005A
En AW-AlSiMg(A)		 AlMgSi0,7 T6   - - - - - - 250 200 V ≤ 25
H ≤ 15		 165 115
2a EN AW-6060
EN AW-AIMgSi		 AlMgSi0,5 T6   - - - 215 160 ≤ 20 170 140 ≤ 25 100 60
2b   T66   - - - - - - 195 150 ≤ 25 110 65
3 EN AW-6061
EN AW AlMg1SiCu		 AlM51S1Cu T6/ T651 290 240 ≤ 100 290 240 ≤ 20 260 240 ≤ 25 175 115
4a EN AW-6063
EN AW-AlMg0,7Si		   T6   - - - 220 190 ≤ 20 195 160 ≤ 25 110 65
4b   T66   - - - 230 195 ≤ 20 225 180 ≤ 25 130 75
5a EN AW-6082
EN AW-AlSi1MgMn		 AlMgSi1 T6/ T651   295 240 ≤ 100 310 240 ≤ 20 290 250 V ≤ 25
H ≤ 15
H ≤ 25a		 185 125
5b T61/ T6151
T5		   275 200 ≤ 175 - - - - - -
  - - - - - - 270 230 ≤ 5
6 EN AW-6106
EN AW-AlMgSiMn		   T6   - - - - - - 250 200 ≤ 10 160 95
7 EN AW-7020
EN AW-NZn4,5Mg1		 AlZn4,5Mg1 T6/ T651   340 276 ≤ 100 350 280 ≤ 20 350 290 ≤ 40
≤ 15a		 280 205
8 EN AW-3103
EN AW-AlMn1		 AlMn1 H18   185 165 ≤ 3 - - - -   - 90 44
9a EN AW-3004
EN AW-AlMn1 Mg1		 AlMn1Mg1 H14 /H24 /H34   220 170 ≤ 6 - - - - - - 155 75
9b H16/ H26 /H36   240 190 ≤ 4 - - - - - -
10a EN AW-3005
EN AW-AlMn1Mg0,5		 AlMn1Mg0,5 H16   195 175 54 - - - - - - 115 56
10b H18/ H28   220 190 53 - - - - - -
11a EN AW-5005(A)
EN AW-AlMg1		 AlMg1 OH111
H112		   100 35 ≤ 50 100 40 ≤ 20 100 40 alle 100 35
11b H12   125 95 ≤ 12,5 - - - - - - 100 44
11c H22/ H32   125 80 ≤ 12,5 - - - - - -
11d H14 /H24 /H34   145 110 ≤ 12,5 140 110 ≤ 5 - - -
12a EN AW-5049
EN AW-AlMg2Mn0,8		 AlMg2Mn0,8 OH-111
H112		   190 80 ≤ 80 - - - - - - 190 80
12b   H112 b 200 120 6-25            
12c   H14   240 190 ≤ 25 - - - - - - 190 100
12d   H24 /H34   240 160 ≤ 25 - - - - - -
13a EN AW-5083
EN AW- AlMg4,5Mn0,7		 AlMg4,5Mn OH111 H112 P - - - 270 110 ≤ 20 270 110 ≤ 200 270 110
13b W 275 125 ≤ 50/ 40c - - - - - - 275 125
13c H12   315 250 ≤ 40             275 140
13d H22 /H32/ H116 d 305 215 ≤ 40 280 200 ≤ 10 - - -
14a EN AW-5754
EN AW-AlMg3		 AlMg3 OH111
H112		   190 80 d 80 180 80 ≤ 20 180 80 ≤ 25 180 80
14b H112 b 200 120 6-25            
14c H14 e 240 190 ≤5 240 180 10 - - - 180 100
14d H24 /H34   240 160 ≤ 25 - - - - - -    


Die angegebenen Werte für Festigkeit und Streckgrenze als Basis für die Festlegung der zulässigen Spannungen des betreffenden Zustandes bzw. der Zustandsgruppe sind die jeweiligen Mindestwehe aus der Bezugsnorm über alle Dicken innerhalb des angegebenen Dickenbereichs. In der Spalte "Stangen, Rohre, stranggepresste Profile" wurden aus DIN EN 755-2 als maximale Werte der Wanddicke die der Halbzeugform Strangpressprofile eingetragen. Diese Werte können und dürfen von den Halbzeugwerken auch für Querschnitte bescheinigt werden, wenn die Querschnitte eigentlich als Rohre oder Stangen einzustufen wären. Soweit Stangen und Rohre in den betreffenden Zuständen nach DIN EN 755-2 die in der obigen Tabelle angegebenen Mindestwerte auch bei größeren Fertigungsdicken erfüllen, dürfen diese Halbzeuge unter Zugrundelegung der für die jeweilige Zeile geltenden zulässigen Spannungen verwendet werden.
V: gilt für Vollquerschnitte; H: gilt für Hohlquerschnitte; P: Strangpressprodukte; W: Walzprodukte.
a für "echte" Rohre, d.h. Rohr- und Formrohrquerschnitte mit gleichen Wanddicken.
b die erhöhten Werte im Zustand H112 gelten nur für Bleche im angegebenen Dickenbereich.
c 50 mm bei O/H111; 40 mm bei H112; bis 120 mm Dicke gelten die zulässigen Spannungen für Strangpressprodukte.
d gezogene Rohre auch H12.
e gezogene Rohre auch H24, H34.
f Rechnerische Werte zur Festlegung der zulässigen Spannungen. Aus normungssystematischen Gründen bestehen zum Teil Unterschiede zwischen diesen Werten und jenen von DIN V 4113-3.

  Tabelle 2 - Spannungsnachweise für geschweißte Konstruktionen aus Werkstoffen nach DIN 4113-1:1980-05, Tabelle 1 bzw. Tabelle 4

  1 2 3 4 5
1 Werkstoff nach DIN 1725 in Verbindung mit DIN 1745, DIN 1746, DIN 1748 Zeilen-Nr. von DIN 4113- 1:1980-05, Tabelle 4 Bemerkung Als Werte für die zulässigen Spannungen beim Schweißfestigkeitsnachweis gelten jene von Zuzüglich
2 AlZn4,5Mg1 F35 1 B, R, P EN AW-7020 T6 -
3 AlMgSi1 F31/F32 2 B, R, P EN AW-6082 T6 -
4 AlMgSi1 F28 3 B, R, P EN AW-6082 T61 -
5 AlMgSi0,5 F22 4 R, P EN AW-6063 T6 -
6 AlMg4,5Mn G31 5 B EN AW-5083 H22 -
7 AlMg4,5Mn F27/W28 6a B EN AW-5083 O -
8 AlMg4,5Mn F27 6b R, P EN AW-5083 O 10 % bei WEZ und Stumpfnaht
9 AlMg2Mn0,8 F24, F25, G24 7 B, R EN AW-5049 H24 -
10 AlMg3 F24, F25, G24 7 B, R EN AW-5754 H24 -
11 AlMg2MnO,8 F20 8 R, P EN AW-5049 O 20 % bei WEZ und Stumpfnaht
12 AlMg3 F18 9 R, P EN AW-5754 O -
13 AlMg2MnO,8 W18, W/F19 10 B, R EN AW-5049 O -
14 AlMg3 W18, W19, F19 10 B, R EN AW-5754 O -
B: Bleche; R: Rohre; P: Strangpressprofile.

Umschlüsselung gilt nur für Schweißfestigkeitsnachweise.

Bei den maßgebenden Querschnittswerten für geschweißte Stöße und Anschlüsse- ist sinngemäß zu DIN 4113-1:1980-05, 5.3 auf die jeweilige Erstreckung der Wärmeeinflusszone (WEZ) zu achten. Ferner ist unter anderem auch bei Druckstäben die Lage von Schweißungen zu beachten.

Beim Bolzenschweißen mit Spitzenzündung braucht eine Wärmeeinflusszone nicht berücksichtigt zu werden.

6 Berechnung von geschweißten Konstruktionsteilen und Schweißverbindungen, zulässige Spannungen

6.1 Allgemeines

Für geschweißte Aluminiumbauteile sind neben den Festlegungen aus DIN 4113-1 für nichtwärmebeeinflusste Bereiche auch Festigkeitsnachweise in der Wärmeeinflusszone (WEZ) und in der Schweißnaht zu führen.

Die zulässigen Schnittgrößen in der WEZ und in den Nähten richten sich danach, wie die Lage der Bruchfuge im Versagensfall zu erwarten ist:

  1. Verläuft diese rechtwinklig zur Nahtrichtung, also teilweise durch die WEZ und teilweise durch unbeeinflussten Werkstoff, so gelten bei Reduktion der WEZ-Querschnittswerte die zulässigen Spannungen für den ungeschweißten Werkstoff nach DIN 4113-1:1980-05, Tabelle 4.
  2. Verläuft die Bruchfuge sowohl durch unbeeinflussten Werkstoff, durch WEZ und Schweißgut oder gegebenenfalls schräg zur Nahtrichtung, -so muss die kleinste zulässige Schnittgröße nach den sich hierbei ergebenden Querschnittsanteilen und zugehörigen zulässigen Spannungen ermittelt werden.

Im Übrigen ist ein Nachweis mit den vollen Querschnittswerten und den Spannungen nach Tabelle 4 und Tabelle 5 erlaubt.

6.2 Wärmeeinflusszonen, Querschnittswerte und Spannungsnachweis

6.2.1 Längsbeanspruchte Stäbe

Werden bei aushärtbaren und kaltverfestigten Werkstoffen zur Ermittlung der maßgebenden Querschnittswerte von Druck- und Zugstäben Teilflächen (A -AWEZ) des unbeeinflussten sowie gleichzeitig TeilflächenAWEZ des wärmebeeinflussten Werkstoffes erfasst, so darf Gleichung ( 1) angesetzt werden:

( 1)

Die reduzierte QuerschnittsgrößeAK lautet mit

; Werte nach Tabelle 1 ( 2)


( 3)

Dabei ist

A die volle Querschnittsfläche,
AWEZ, i die Summe der einzelnen WEZ-Querschnittsflächen.

Als Wärmeeinflusszone bei geschweißten Konstruktionen ist rechnerisch ein Bereich von 30 mm von Schweißnahtmitte bzw. Nahtwurzelpunk aus nach allen Seiten hin anzusetzen (siehe zum Beispiel Bild 1).

Bild 1 - Beispiele für Wärmeeinflusszonen

Die nach Gleichung ( 1) berechnete Spannung darf die zulässige Werkstoffspannung zul.σ nach DIN 4113-1:1980-05, Tabelle 4 bzw. nach DIN 4113-1/A1:2002-09, Tabelle 4 bzw. Tabelle 5 nicht überschreiten. Für die reduzierten Querschnittswerte darf angenommen werden, dass die Schwerlinienverschiebung infolge der Teilflächenreduktionen vernachlässigbar ist. Wenn im Gesamtquerschnitt und auch in Teilbereichen, wie zum Beispiel im Flansch, das Verhältnis

ist, ist die Verschiebung der Schwerlinie in der Berechnung zu berücksichtigen.

Wird bei einem allgemeinen Spannungsnachweis zul.σWEZ nicht überschritten, so ist eine Abminderung nach Gleichung ( 3) nicht erforderlich.

Die Formänderungen und die statisch unbestimmten Größen dürfen mit den vollen Querschnittswerten berechnet werden.

6.2.2 Biegebeanspruchte Stäbe

Setzt sich der maßgebende Querschnitt von Baugliedern, die auf Biegung beansprucht sind, aus unbeeinflusstem und wärmebeeinflusstem Werkstoff zusammen, so dürfen die nachfolgenden Gleichungen benutzt werden.

Biegung:

( 4)

bzw.

( 5)

Die GrößenIK,WK, sind die reduzierten Querschnittswerte, sie ergeben sich mit Gleichung ( 2) zu

( 6)


( 7)

Schub:

( 8)

Zusätzliche Spannungen aus Normalkräften sind nach Gleichung ( 1) zu berücksichtigen.

Die nach Gleichung ( 4) bzw. ( 5) berechnete Spannung darf die zulässige Werkstoffspannung zul.σ nach DIN 4113-1:1980-05, Tabelle 4 bzw. nach DIN 4113-1/A1:2002-09, Tabelle 4 bzw. Tabelle 5 nicht überschreiten.

Die nach Gleichung ( 8) berechnete Schubspannung darf zul.τ für die WEZ bzw. Naht nach den Tabellen 4 und 5 nicht überschreiten.

Es wird für die reduzierten Querschnittswerte angenommen, dass die Schwerlinienverschiebung infolge der Teilflächenreduktionen vernachlässigbar ist.

Wenn im Gesamtquerschnitt und auch in Teilbereichen, wie z.B. im Flansch, das Verhältnis

ist, ist die Verschiebung der Schwerlinie in der Berechnung zu berücksichtigen.

Wird bei einem allgemeinen Spannungsnachweis zul.σWEZ in der WEZ nicht überschritten, so ist eine Abminderung nach Gleichung ( 6) nicht erforderlich.

Bei biegesteifen Stäben und bei einfachen oder durchlaufenden Balkenträgern, die gleichzeitig durch die SchnittgrößenN,M undQ beansprucht werden, ist in der Regel auch ein Vergleichsspannungsnachweis zu führen.

( 9)

Diese Spannungen können unter Berücksichtigung der vollen Querschnittswerte errechnet werden.

Es ist jeweils der Maximalwert einer Spannung mit den dazugehörigen Werten der übrigen Spannungen einzusetzen.

Die Vergleichsspannung in der Wärmeeinflusszone darf die Werte nach Tabelle 4 nicht überschreiten. Tritt der Maximalwert der Vergleichsspannung nur in einer Faser auf, dürfen die Werte der Tabelle 4 um 10 % erhöht werden.

Die Formänderungen und auch die statisch unbestimmten Größen dürfen mit den vollen Querschnittswerten berechnet werden.

6.3 Schweißnähte, Querschnittswerte und Spannungsnachweise

6.3.1 Allgemeines

Die hauptsächlichen Schweißnahtformen und die jeweils rechnerischen Schweißnahtdickena sind in Tabelle 3 zusammengestellt.

Die jeweils rechnerische Schweißnahtlänge ergibt sich bei Kehlnähten aus der Länge der Wurzellinie.

6.3.2 Längsbeanspruchte Stäbe

6.3.2.1 Stumpfnähte senkrecht zur Kraftrichtung

Für Stumpfnähte von Stößen und Anschlüssen gilt:

( 10)

Hierbei ist der maßgebende Querschnitt (siehe Tabelle 3, Zeilen 2 bis 5)

( 11)

(Der Index w bedeutet Schweißnaht, er kann weggelassen werden, wenn eine Verwechslung ausgeschlossen ist.)

weiter .

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