Andreas Arnold, Gudrun Djouahra
Einfluss der Zwangschnittgrößen aus Temperatur im Grenzzustand der Tragfähigkeit bei Tragwerken aus Konstruktionsbeton mit und ohne Vorspannung
Bauforschung, Band T 3189
2006, 189 S., 187 Abb., 25 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Hinblick auf die Beanspruchungen durch Schnittgrößen bei den Tragwerken des Betonbaus lassen sich grundsätzlich folgende Arten von Einwirkungen unterscheiden: Lasten und Kräfte, Vorspannung und Zwängungen. Bei statisch unbestimmten Systemen sind die Schnittgrößen infolge von Lasten und Kräften sowie die statisch unbestimmten Schnittgrößen aus Vorspannung abhängig von den Steifigkeitsverhältnissen. Bei einem Abfall der Steifigkeit durch Rissbildung oder durch nichtlineares Materialverhalten kommt es lediglich zu Umlagerungen dieser Schnittgrößen. Im Unterschied dazu sind Zwangschnittgrößen - z.B. infolge von behinderten Verformungen aus Temperatureinwirkungen - direkt proportional zur absoluten Systemsteifigkeit. Darüber hinaus sind sie ebenfalls von den Steifigkeitsverhältnissen abhängig. Die im Betonbau beanspruchungsabhängige Querschnitts- und Systemsteifigkeit wird bereits durch Rissbildung stark reduziert. Bei sehr duktilen Systemen kann nach dem Fließbeginn des Stahls die Ausbildung von Fließzonen im Grenzzustand der Tragfähigkeit einen vollständigen Abfall der Systemsteifigkeit zur Folge haben. Zwangbeanspruchungen sind dann nicht mehr proportional zur Größe der Verformungseinwirkung. Bei ausreichend duktilen Systemen mit ausgeprägter Fließzonenbildung bis hin zur Ausbildung eines Mechanismus werden im Grenzzustand der Tragfähigkeit die Zwangbeanspruchungen nahezu vollständig abgebaut und brauchen daher bei den Nachweisen nicht berücksichtigt zu werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch wirklichkeitsnahe Berechnungen unter Berücksichtigung von materialbedingten Nichtlinearitäten sowie beanspruchungsabhängiger Steifigkeiten für Stabtragwerke aus Stahlbeton und Spannbeton zu ermitteln, unter welchen Voraussetzungen dies gegeben ist, bzw. wie stark der Zwang im Grenzzustand der Tragfähigkeit abgebaut wird. Normativer Bezug sind DIN 1045-1 [DIN 101 und DIN-Fachbericht 102 [DIN 91. Bei den Untersuchungen stehen insbesondere Betonbrücken im Mittelpunkt des Interesses.

Salim Al Bosta, Kurt Schäfer, Jörg Schlaich
Statisches Verhalten von Wänden bei Zwangbeanspruchung unter Berücksichtigung der hohen Temperaturen aus transparenter Wärmedämmung. Schlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1996, 194 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel der Arbeit war die Entwicklung von Entwurfskriterien und statischen Berechnungsverfahren für Mauerwerkswände bei Zwangbeanspruchungen aus Schwinden und Temperaturänderung insbesondere bei der Anwendung der transparenten Wärmedämmung, um Rißschäden zu mindern bzw. zu vermeiden. Die mechanischen Eigenschaften und Versagenskriterien von Mauerwerk werden beschrieben. Repräsentative Werte der täglichen und jahreszeitlichen Temperaturschwankungen wurden sowohl für übliche klimatische Bedingungen als auch bei der Anwendung der TWD ermittelt. Auch das Zusammenwirken von Temperatur- und Feuchtedehnung wird beschrieben. Es werden Zwangbeanspruchungen in Mauerwerkswänden (ohne Öffnungen) berechnet. Anschließend wird das Verformungsverhalten in den Wandsystemen vor und nach der Rißbildung verfolgt. Darauf aufbauend wird ein einfaches Bemessungsverfahren für Mauerwerkswände unter Zwangbeanspruchung entwickelt. Diese Untersuchungen wurden hauptsächlich analytisch mit vereinfachten Ansätzen und Ableitungen durchgeführt. Um die Einflüsse der nichtlinearen Stoffgesetze und der Rißbildung zu erforschen, werden Rechnungen nach der Methode der finiten Elemente herangezogen. Anhand von praktischen Beispielen wird gezeigt, wie die Formeln und Tabellen angewendet werden können.

Salim Al Bosta, Kurt Schäfer
Transparent gedämmte Altbauten. Untersuchung des Einflusses von transparenten Wärmedämmsystemen auf altbauübliche inhomogene Außenwandkonstruktionen. Schlußbericht. Heft 3. Statisches Verhalten der transparent gedämmten Außenwände
Bauforschung, Band T 2639/3
1993, 236 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In transparent gedämmten Außenwandkonstruktionen treten durch die Sonneneinstrahlung auf der Außenwandoberfläche extreme Temperaturerhöhungen bis 70 K auf. Der Temperaturverlauf zwischen inneren und äußeren Wandoberflächen (im Wandquerschnitt) ist von den Baustoffeigenschaften abhängig und nicht linear. Die Temperaturänderungen verursachen in der Außenwand thermische Verformungen. Wenn diese Verformungen von den angrenzenden Bauteilen behindert werden, dann entstehen in der Wand und in den angrenzenden Bauteilen selbst Zwangspannungen. Außerdem entstehen Eigenspannungen durch die von der Wand selbst aus Verträglichkeitsgründen unterdrückten nichtlinearen Anteile der Temperaturverformungen (Ebenbleiben der Wandquerschnitte). Überschreiten die Wärmespannungen die Materialfestigkeit, so sind Risse und möglicherweise Bauschäden die Folgen. Ziel war es, Beurteilungskriterien (Berechnungsverfahren) für Zwang im Mauerwerk zu entwickeln, um Rißschäden in Mauerwerkswänden durch Zwangsbeanspruchung infolge TWD-Temperatureinwirkungen zu vermeiden. Zunächst werden die maßgebenden TWD-Temperatureinwirkungen und sonstigen Einwirkungen (Temperaturen unter normalen klimatischen Verhältnissen und Schwinden) in solchen Außenwandkonstruktionen bestimmt. Hierfür waren dann die statischen Beanspruchungen und Verformungen zu ermitteln. Die Auswirkungen der möglichen Rißbildung auf das Aussehen, die Gebrauchsfähigkeit und die Standsicherheit der Außenwand werden beschrieben.