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Ein Ingenieurmodell zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von Stahlverbunddecken des Hochbaus mit praxisrelevanter Betonstahlbewehrung

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[Quelle: https://d-nb.info]

Die Bemessung von Verbunddecken ist in DIN EN 1994-1-1 2010 geregelt, worin ausführliche Informationen zur Bestimmung der Längsschub- und Biegetragfähigkeit aufgeführt sind. Für den Nachweis der Querkrafttragfähigkeit verweist der EC4 auf das Modell für nicht schubbewehrte Massivquerschnitte in DIN EN 1992-1-1 2011, da bis vor kurzem kein eigenständiges Querkraftbemessungsmodell für Verbunddecken zur Verfügung stand. Das Modell im EC2 gründet auf einigen Annahmen, die für Verbunddecken nicht vorausgesetzt werden können. Außerdem können die spezifischen Eigenschaften von Verbunddecken nicht berücksichtigt werden. Daher wurde in Hartmeyer 2014 ein Modell zur Ermittlung der Querkrafttragfähigkeit von Verbunddecken, die ausschließlich durch das Verbundblech längsbewehrt sind, entwickelt. Verbunddecken werden in der Praxis allerdings stets mit zusätzlicher Betonstahlbewehrung ausgeführt. In dem zuvor genannten Modell für Verbunddecken kann der positive Einfluss der zusätzlichen Betonstahlbewehrung auf das Querkrafttragverhalten der Verbunddecken jedoch nicht vollumfänglich berücksichtigt werden. In dieser Arbeit wurde daher ein eigenständiges Ingenieurmodell entwickelt, mit dem das Querkrafttragverhalten von Verbunddecken unter der Kombination der beiden Längsbewehrungsarten Blech und Betonstahl mechanisch beschrieben werden kann. Hierzu wurden umfangreiche Querkraftversuche an Verbunddecken durchgeführt. Durch den Einsatz kontinuierlicher Dehnungsmessung mittels Sensorfasern, konnten wesentliche Erkenntnisse zum Querkrafttragverhalten gewonnen werden. So wurde beispielsweise festgestellt, dass das Querkrafttragverhalten von Verbunddecken dem Bogen-Zugband-Modell zuzuordnen ist und Ebenbleiben der Querschnitte nicht vorausgesetzt werden kann. Das entwickelte Modell beinhaltet vier Traganteile, die additiv berücksichtigt werden. Diese sind der Schubtraganteil der ungerissenen Druckzone, der Traganteil der Rissprozesszone, die Dübelwirkung von Blech und Betonstahl sowie der vertikale Anteil einer direkten Druckstrebe ins Auflager. Das Modell ist gleichermaßen für offene und hinterschnittene Geometrien gültig und berücksichtigt über die Teilverbundtheorie die spezifischen Eigenschaften der Verbundbleche. Die Untersuchungen in dieser Arbeit konzentrierten sich auf Verbunddecken aus Normalbeton. Eine Öffnung des Modells für Verbunddecken aus Leichtbeton ist prinzipiell möglich, da die Materialeigenschaften innerhalb der einzelnen Traganteile direkt Berücksichtigung finden und somit die speziellen Eigenschaften des Leichtbetons Eingang finden könnten. Durch die Berücksichtigung der Kombination der beiden Längsbewehrungsarten ist es erstmals möglich, die Querkrafttragfähigkeit von Verbunddecken zutreffend zu beschreiben. Da hiermit eine erhebliche Traglaststeigerung einhergeht, konnte folglich die Wirtschaftlichkeit von Verbunddecken gesteigert werden. Im Zuge der Überarbeitung des EC4 wurde das entwickelte Modell bereits in den Entwurf (prEN 1994-1-1 2020) aufgenommen.

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Jürgen Schnell, Andrej Albert, Andreas Dridiger
Ressourcenschonende Reduktion von Bewehrungsstahl in Hochbaudecken. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3042
2018, 244 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Stahlbetondecken sind oft einer komplexen Beanspruchung aus Last und Zwang ausgesetzt, die bei der Bemessung der Bewehrung zu unnötig hohen Mengen an Stahl führt. Die reale Belastung, die sich aus der dynamischen Überlagerung der unterschiedlichen Krafteinwirkungen ergibt, kann nur mit einer FEM-Berechnung erfasst werden. Deshalb wurde in diesem Projekt ein Näherungsverfahren erarbeitet, das mit ausreichender Genauigkeit die Bestimmung der Zwangbeanspruchung, infolge einer behinderten Schwindverkürzung für einachsig gespannte Stahlbetondeckenplatten mit feldweise beliebigen Stützweiten unter einer kombinierten Beanspruchung, ermöglicht. Mit dem Verfahren kann der notwendige Stahlquerschnitt präzise dimensioniert werden, sodass unnötig große Bewehrungsmengen vermieden werden.

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Jürgen Schnell, Uwe Angnes
Optimierte Übergreifungsstöße von Betonstahl unterschiedlicher Güte beim Bauen im Bestand. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2979
2016, 428 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Beim Bauen im Bestand werden oft neue Stahlbetonbauteile mit dem Übergreifungsstoß kraftschlüssig an bestehende Tragstrukturen angeschlossen. Dabei sind häufig historische Glattstähle BSt I mit Haken und aktuelle Rippenstähle B500 zu übergreifen. Da für derartige kombinierte Stöße Bewehrungsregeln fehlen, sollten diese analog zu den Regeln im EC2 für Übergreifungsstöße mit Betonstählen gleicher Art und Güte erarbeitet werden.

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Andreas Volkwein, Marc Zintel
Untersuchungen über das Temperaturverhalten von geklebten Betonstahlverbindungen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2767
2011, 118 S., zahlr. Abb. u. 10 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Verbinden/Stoßen von Betonstahl durch mechanische Verbindungselemente ist in Deutschland nach DIN 1045 vorgesehen und wird auch international in der Praxis häufig eingesetzt. Zurzeit verfügbare Techniken sind z.B. das Aufpressen einer Stahlmuffe oder das Anbringen von Gewinden an den Betonstahlenden und deren Verschraubung über eine Gewindemuffe. Wegen ungünstiger Eigenschaften solcher Verbindungen (hoher Schlupf; vermindertes Dauerschwingverhalten) wurde mit dieser Forschungsarbeit der Idee nachgegangen, Betonstähle in innen profilierte Stahlhülsen mit schnell abbindendem Kunstharzmörtel einzukleben. Die Verbindungsart ist in älterer Literatur bereits erwähnt (auch mit Zementmörtel als Kleber). Eine Übernahme in die Praxis hatte jedoch nicht stattgefunden. Für experimentelle Untersuchungen stand ein Prototyp aus Stahlhülsen mit lnnengewinde zur Verfügung, bei dem ein in wenigen Minuten aushärtender und bereits bauaufsichtlich zugelassener Reaktionsharzmörtel in den Ringspalt zwischen Hülse und Betonstahl eingepresst wird. In Kurzzeitzugversuchen erschienen die Verbindungen mit unterschiedlichen Betonstahldurchmessern ausreichend tragfähig (bis 60 Grad Celsius jeweils Betonstahlbruch). Auch in durchgeführten Dauerschwingversuchen konnte keine Minderung des Dauerschwingverhaltens in Bezug zu ungestoßenem Betonstahl festgestellt werden. Die durchgeführten Kriechversuche ergaben jedoch eine nicht mehr tolerierbare Verformung teilweise schon bei Raumtemperatur und erst recht bei erhöhten Temperaturen von 40 oder 60 Grad Celsius. Aus diesem Grund wurden Untersuchungen zur Optimierung von Mörtel und Verpressverfahren durchgeführt. Als vielversprechend erwies sich, den Spalt zwischen Betonstahl und Stahlhülse mit Stahlschrot zu füllen und den verbliebenen Hohlraum anschließend mit Kunstharz zu verpressen. Das Ziel hierbei war es, einen Korn-zu-Korn-Kontakt so zu aktivieren, dass die Verbundkräfte innerhalb der Hülse allein über das Stahlschrotgerüst weitergeleitet werden, während das Kunstharz nur zur Lagefixierung

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Andreas Burkert, Jens Lehmann, Gino Ebell
Korrosions- und Verbundverhalten verzinkter Betonstähle in Betonen mit chromatreduzierten Zementen. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3230
2010, 62 S., 54 Abb., 4 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die seit dem 17. Januar 2005 geltende EU-Richtlinie 53/2003/EG begrenzt den Gehalt an löslichem Chromat in Zementen auf Werte von maximal 2 ppm. Der Chromatgehalt des Zements wird in der Literatur als eine wesentliche Einflussgröße für die schnelle Passivierung von verzinkten Bauteilen in Beton angesehen. Daraus ergeben sich Unsicherheiten bezüglich des Verbundverhaltens verzinkter Betonstähle. Durch die abgesenkten Chromatwerte wird eine verstärkte Anfangskorrosion der Zinkschichten im Frischbeton befürchtet. Dabei ist ein wesentlicher Einfluss über die Alkalität der verwendeten Zemente zu erwarten. Befürchtet wird eine Beeinträchtigung des Verbundverhaltens zwischen verzinktem Stahl und Beton durch die Bildung von Wasserstoff in der Verbundzone Stahl-Beton. Weiterhin werden Rissbildungen in der Verzinkungsschicht oder ein Abplatzen von Schichten als mögliche Folge einer heftigen Zinkauflösung mit Wasserstoffentwicklung erwartet. Gleichzeitig wird die Frage erhoben, inwieweit dadurch die dauerhafte Schutzwirkung der Verzinkungsschicht in Frage gestellt wird. Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Auswirkungen der Chromatreduzierung auf das Korrosionsverhalten der Zinkschichten im Frischbeton systematisch zu untersuchen. Weiterhin sollten die Auswirkungen auf das Verbundverhalten beschrieben und hinsichtlich praktisch relevanter Veränderungen beurteilt werden. Zur Lösung dieser Aufgabenstellungen wurden an einer umfangreichen Probenmatrix elektrochemische Untersuchungen und Stabauszugversuche durchgeführt. Die chromathaltigen und chromatreduzierten Zemente der Zementarten (CEM 1, CEM II, CEM III) wurden vor und nach der Zugabe des Chromatreduzierers entnommen. Sie gehören damit jeweils zu einer Charge. Dies stellt sicher, dass Unterschiede im Korrosions- und Verbundverhalten eindeutig auf die Wirkung des Chromats zurückgeführt werden können. Der Einfluss der Alkalität wurde am CEM 1 durch gezielte Aufdotierung der Ausgangscharge untersucht. Durch elektrochemische Untersuchungen sollte geklärt werden, inwieweit

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Reinhard Maurer, Friedrich Dreier, Daniel Machoczek, Guido Heeke
Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit von einbetoniertem Betonstahl mit dem Interaktiven Verfahren
Bauforschung, Band T 3227
2010, 30 S., 14 Abb., 3 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Anlass: Die bisherige Vorgehensweise zur Festlegung der Wöhlerlinien für Betonstahl lässt noch Forschungsbedarf erkennen. So ist nicht eindeutig klar, ob bzw. unter welchen Randbedingungen das Verhältnis im einbetonierten gegenüber dem freischwingenden Zustand ungünstiger ist. Ebenso kann der Unterschied derzeit nicht eindeutig quantifiziert werden. Wöhlerlinien werden üblicherweise auf der Grundlage von Einstufenversuchen aufgebaut. Dabei ergeben sich i. A. unbestimmte bzw. nichtvollständige statistische Verteilungen der Bruchschwingspielzahlen, insbesondere im Bereich der Dauerschwingfestigkeit. Dies erschwert die statistische Auswertung erheblich. Für die Bemessung interessieren allerdings nicht die Streuungen der Bruchschwingspielzahlen sondern die Streuungen der ertragbaren Spannungsschwingbreiten. Auf diese kann aber aus den Streuungen der Bruchschwingspielzahlen nicht ohne weiteres geschlossen werden. Hierbei können infolge unzutreffender Annahmen hinsichtlich des statistischen Modells leicht Verfahrensmängel entstehen, die zu nicht reproduzierbaren Ergebnissen führen. Ziel: Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Bestimmung der charakteristischen Ermüdungskennwerte für Betonstahl 020 mm im einbetonierten Zustand mit Hilfe des lnteraktiven Verfahrens. Dabei ist zu erwarten, dass die im Verfahren vorgesehene optimale mathematische Approximation des stochastischen Verhältnisses "Spannungsschwingbreite - Schwingspielzahl die Zuverlässigkeit der Ergebnisse deutlich steigern lässt. Arbeitsplan und Versuchsdurchführung: Die Wöhlerlinie für den freischwingenden Betonstahl soll im Rahmen eines bei der Bundesanstalt für Straßenwesen beantragten FE-Vorhabens bestimmt werden. Nach den vorliegenden Erfahrungen sind dazu ca. 25 Versuche erforderlich. Des Weiteren sollen im Rahmen jenes Vorhabens ca. 6 Zugversuche an einbetonierten Bewehrungsstäben untersucht werden und die Ergebnisse mit dem Streuband der freischwingend ermittelten Wöhlerlinie verglichen werden. Zur statistischen Absicherung der Wöhlerlinie für den e

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Amelsberg, Werner
Besondere Schwierigkeiten in der Behandlung sogenannter "Besonderer Biegeformen" nach ATV DIN 18331
Der Bausachverständige, 2022

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Schmeckebier, Nicole; Kurz, Wolfgang; Tue, Nguyen Viet
Ein Modell zum Schubtragverhalten von Verbunddecken mit praxisgerechter Betonstahlbewehrung
Stahlbau, 2021

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Kapteina, Gesa; Langer, Christoph; Illguth, Marcus
Anwendungsmöglichkeiten der LIBS-Analyse für Stahlbeton
Bautechnik, 2020

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Fuchs, Werner; Hofmann, Jan
Nachträgliche Bewehrungsanschlüsse. Vorschriften - Grundlagen für ihre sichere Verwendung?
Beton- und Stahlbetonbau, 2020

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Richert, Christian; Hanek, Dieter
Bewährte Standards der Schal- und Bewehrungsplanung
Bautechnik, 2020

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Highlights aus dem Programm 2022