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Dynamische Lasten werden auch als vorwiegend nicht ruhende Lasten bezeichnet und kommen insbesondere im Maschinenbau, aber auch immer mehr im Bauwesen zum Tragen.
Dynamische Lasten können, wenn nicht richtig konstruiert wurde, zu einer Ermüdung des Bauteils führen und wenn die Tragfähigkeit nicht mehr gegeben ist, auch zu einem Versagen des Bauteils.Bei dynamischen Lasten geht man von sehr vielen Lastwechseln (Wechsel zwischen Belasten und Entlasten bzw. Lastrichtungswechsel) über die Lebensdauer des Bauteils aus. Diese treten in Bezug auf Verankerungen mit Dübeln beispielsweise bei Robotern, Kränen und Aufzügen auf, aber auch vorbeifahrende Züge an Lärmschutzwänden oder vorbeifahrende LKW in Straßentunneln erzeugen auf Einbauten dynamische Lasten durch den stetigen Druck- Sog- Wechsel aus dem Fahrtwind. Auch Brücken erfahren eine dynamische Beanspruchung durch die darüber- fahrenden Fahrzeuge. Die Frequenz der Lastwechsel in der Einheit Hertz [Hz] (1 Hz = 1 Schwingung pro Sekunde) ist dabei im Bauwesen meist sehr gering im Gegensatz zum Maschinenbau, wo sich drehende Teile z.B. durch Unwuchten eine Schwingungsanregung mit einer hohen Frequenz und verschiedener Schwingungsformen erzeugen können.
Windlasten und Erdbebenlasten sind per Definition vorwiegend ruhende Lasten. Das bedeutet, dass diese Lasten sich selten verändern. Bei einem Erdbeben kommt es zwar über einen kurzen Zeitraum zu einigen Lastwechseln, diese sind aber nicht so viele, dass man von einer Ermüdung des Bauteils oder der Konstruktion unter den einwirkenden Erdbebenlasten ausgehen muss. Erdbebenlasten erzeugen in erster Linie größere Rissbreiten im Beton, welche für die Dübel / Anker unter Umständen ein Problemdarstellen können. Deshalb sind hier Anker einzusetzen, welche eine Erdbebenqualifizierung der Leistungskategorie C1 oder C2 haben und deren Eignung somit unter Erdbebeneinwirkung und somit in größeren Rissbreiten im Beton als üblich, nachgewiesen wurde. Auch Windböen wechseln die Beanspruchung eines Bauteils oder eines Bauwerks, sind aber ebenfalls nicht als dynamische Beanspruchungen zu betrachten.
Früher ging man davon aus, dass ab ca. 10.000 Lastwechseln eine Last als dynamische Last zu berücksichtigen wäre, d.h. dass ab 10.000 Lastwechseln die Tragfähigkeit nicht mehr der statischen Tragfähigkeit z.B. eines Dübels entspricht. Heute weiß man, dass bereits ab ca. 300 Lastwechseln die Stahlzugtragfähigkeit eines Dübels bereits beginnt, abzunehmen. Ab 10.000 Lastwechseln noch einmal deutlicher. Die Stahlquerzugtragfähigkeit eines Dübels nimmt bereits ab ca. 100 Lastwechseln ab und ab 3.000 Lastwechseln noch einmal deutlicher. Ja nachdem wie die Beschaffenheit bzw. die Bearbeitung eines Dübels erfolgt, geht die Ermüdungstragfähigkeit auf im Besten Fall knapp 50% Zugtragfähigkeit und 25 % Quertragfähigkeit gegenüber der statischen Tragfähigkeit zurück, in ungünstigen Fällen auch auf unter 10 % der statischen Tragfähigkeit.
Man unterscheidet zwischen dynamischen Schwell- und Wechsellasten. Schwelllasten treten insbesondere bei axialen Kräften auf und Wechsellasten bei Querlasten, deren Richtung sich ändern.
Bei einer statischen oder auch als vorwiegend ruhend bezeichneten Last, bleibt die Beanspruchung über die Zeit nahezu konstant (siehe auch Bild 1 unten). Bei einer dynamischen Schwelllast beispielsweise auf eine Verankerung mittels Dübel bzw. Befestigung schwankt die Beanspruchung zwischen „0“ und einem positiven Maximalwert einer Zugbeanspruchung – Druckkräfte werden nicht über die Dübel, sondern über Kontaktdruck zwischen der Ankerplatte und dem Betonbauteil übertragen. Bei dynamischen Wechsellasten ändert sich das Vorzeichen einer einwirkenden Querlast – von z.B. – 5kN in negativer x-Richtung bis zu + 5 kN in positiver x- Richtung. Die sogenannte Schwingbreite, also die für die Dübelbemessung relevante Last, ist dann aus der Summe der beiden Beträge der Lasten, also I-5I + I+5I = 10 kN anzusetzen. Es handelt sich also um die Differenz zwischen den Extremwerten. Schwelllasten treten z.B. durch Kippmomente bei Säulendrehkränen auf, welche sich durch das Drehen um Ihre Achse mit einer angehängten Last zwischen dem Zustand „0“ (also Druck und somit keine Last auf die Dübel) und dem maximalen Wert der Zuglast auf die Dübel bewegen, je nachdem, wie die Stellung des Kranauslegers gerade ist. Wechsellasten können z.B. durch Brems- und Beschleunigungskräfte auf eine Dübelgruppe wirken, welche eine Kranschiene in seiner Längsrichtung fixieren muss.
Auszug aktuelle Katalogseite 540, Grafik einfügen: Bild 1: Grafik Belastungsarten
August Wöhler hat als erster bereits Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt, dass ein dynamisch beanspruchter Werkstoff wie insbesondere Stahl, eine geringere Tragfähigkeit aufweist, als der statisch belastete. Nach ihm wurde der Wöhlerversuch, ein Versuch zur Ermittlung der Dauerfestigkeit benannt. Als Ergebnis erhält man die Wöhlerlinie, welche die Tragfähigkeit in Abhängigkeit von der Anzahl an Lastwechseln, die ein Bauteil erfährt, beschreibt. Ein gebrochener Radreifen im Eisenbahnbetrieb war damals der Auslöser.
Für die Befestigung eines Bauteils unter dynamischer Beanspruchung müssen Dübel verwendet werden, welche eine Zulassung für vorwiegend nicht ruhende Belastungsfälle haben.
Der erste Dynamikanker mit Allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung war der UPAT UMV multicone dynamic- Verbundanker. Dieser bekam 1999 die Zulassung in und für die Anwendung in Deutschland erteilt. Inzwischen gibt es einige Dynamikanker mit Zulassung oder seit 2019 mit Europäischer Technischer Bewertung (ETA).Der momentan leistungsstärkste Dynamikanker der Fa. fischer ist der Highbond- Dynamikanker FHBdyn. Dieser ist in den Durchmessern 12 – 24 mm in galvanisch verzinkter Ausführung verfügbar sowie in den Durchmessern 12 und 16 mm aus hochkorrosionsbeständigem, nicht rostendem Stahl der Korrosionswiderstandsklasse V (CRC V) aus der Werkstoffnummer 1.4529. Die Anker sind über eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung / Allgemeine Bauartgenehmigung Z-21.3-1748 geregelt und erhalten demnächst eine ETA. Das Ankersystem setzt sich zusammen aus einer speziellen Konusankerstange FHB-A dyn und dem Injektionsmörtel FIS HB in einer Kartusche.Im Bauwesen muss der verantwortliche Tragwerksplaner eine Berechnung und Auslegung für die dynamisch beanspruchten Bauteile und Anker durchführen. Mittels sogenannter FE- Programme (FE = Finite Elemente) wird ein Modell erstellt und die Einwirkungen teilweise in Abhängigkeit vom Aufstellort simuliert. Die Steifigkeit der verschiedenen Bauteile muss dabei eingegeben und berücksichtigt werden, da diese eine erhebliche Auswirkung auf die Verschiebung bzw. Verformung der Bauteile hat. Die Funktion des Bauwerks muss dabei immer gegeben sein. Änderungen in der Planung müssen stets auch im Rechenmodell angepasst werden. Für die Bemessung von Verankerungen stellen die Hersteller Bemessungsprogramme zur Verfügung.