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Forschungsbericht: Gutachten zur Querkraftbemessung von Verbundfugen unter Berücksichtigung von Umlagerungsschnittgrößen

Gutachten zur Querkraftbemessung von Verbundfugen unter Berücksichtigung von Umlagerungsschnittgrößen
Bauforschung, Band T 3105
Josef Hegger, N. Kerkeni, H. P. Doser
Hegger und Partner, Beratende Ingenieure GbR, Aachen
2006, 118 S., m. zahlr.Abb.
Fraunhofer IRB Verlag

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Inhalt

Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wurden die Bemessungskonzepte von DIN 1045-1 für die Querkrafttragfähigkeit sowie für die Fugentragfähigkeit hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit auf vorgespannte Elementdecken untersucht. Insbesondere wurden die Umlagerung von Spannungen aus dem Fertigteil in die Ortbetonschicht sowie die Anrechenbarkeit der Normalspannung im Querschnitt innerhalb der genannten Nachweise untersucht.

Inhaltsverzeichnis

1 VERANLASSUNG UND ZIELSETZUNG 3
2 LÖSUNGSWEG 5
3 VERWENDETE UNTERLAGEN 8
4 BEZEICHNUNGEN 10
5 ERMITTLUNG DER ZEITABHÄNGIGEN
UMLAGERUNGSSCHNITTGRÖßEN 12
5.1 Allgemeines 12
5.2 Durchgeführte FE-Berechnungen 16
5.2.1 Beschreibung des FE-Systems 16
5.2.2 Belastungen 17
5.2.3 Berechnungsablauf 17
5.2.4 Berechnungsumfang 18
5.3 Ergebnisse der FE-Berechnungen 18
5.3.1 Umlagerungsschnittgrößen aus Kriechen und Schwinden 18
5.3.2 Schubspannungen infolge Kriechen und Schwinden 22
6 QUERKRAFTBEMESSUNG IM GRENZZUSTAND DER
TRAGFÄHIGKEIT NACH DIN 1045-1 24
6.1 Allgemeines 24
6.2 Querkraftbemessung nach DIN 1045-1 24
6.2.1 Bauteile ohne rechnerisch erforderliche Querkraftbewehrung 24
6.2.2 Bauteile mit rechnerisch erforderlicher Querkraftbewehrung 28
6.2.3 Bemessung für Querkraft bei vorgespannten Elementdecken 31
6.3 Bemessung der Verbundfuge 34
6.3.1 Allgemeines 34
6.3.2 Ermittlung der einwirkenden Schubkraft 34
6.3.3 Bemessungswert der aufnehmbaren Schubkraft in Fugen ohne
Verbundbewehrung 36
6.3.4 Bemessungswert der aufnehmbaren Schubkraft in Fugen mit
Verbundbewehrung 39
6.3.5 Einschätzung der Konzepte für die Bemessung von vorgespannten
Elementdecken 42
6.3.6 Vorschlag eines Bemessungskonzeptes für Verbundfugen in
vorgespannten Elementdecken 43
6.4 Vergleich des vorgeschlagenen Bemessungskonzepts mit DIN 1045-1,
EC2, fib und DIN 1045(88) 46
7 ZUSAMMENFASSUNG 51

Publikationslisten zum Thema:
Stahlbetonverbundkonstruktion, Elementdecke, Vorspannung, Fuge, Verbundfuge, Bemessung, Querkrafttragfähigkeit, Schubspannung, Schubkraft, Schnittgröße, Umlagerung, Schnittkraftumlagerung, Fertigteil, Ortbeton, DIN 1045-1, Berechnung, Finite-Elemente-Methode, Gutachten,

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Das DAfStb-Heft 615 soll der Praxis das Verständnis und den Gebrauch der DIN EN 1992-4 durch Erläuterungen und Darlegung wissenschaftlicher Grundlagen erleichtern. Der erste Teil des Heftes enthält Erläuterungen zum Normentext, Hinweise zu Ableitungen einiger Regelungen, ergänzende Anwendungsregeln sowie einige Bemessungsbeispiele. Der zweite Teil erläutert die in der Norm zitierten Technischen Berichte. Die Ausführungen des ersten und zweiten Teils des Heftes sind im DAfStb-Unterausschuss "Befestigungstechnik" in einem normenähnlichen Verfahren, d. h. im Konsens zwischen allen beteiligten Gruppen, verabschiedet worden. Der dritte Teil des Heftes enthält Beiträge, die von Mitgliedern des DAfStb-Unterausschusses "Befestigungstechnik" in eigener Verantwortung verfasst wurden und weitergehende Erläuterungen zu ausgewählten Themenkreisen enthalten. Die Beiträge behandeln insbesondere Anwendungsfälle, die in EN 1992-4 nicht abgedeckt sind und bieten ingenieurmäßige Lösungen an.

Stefan Röhling, Heinz Meichsner
Rissbildungen im Stahlbetonbau
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2018, 513 S., 520 Abb. u. 50 Tab., Hardcover
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Risse gehören zu den unvermeidbaren Erscheinungen im Stahlbetonbau. Ihre wesentlichste Kenngröße, die Rissbreite, ist seit einigen Jahren mit einem genormten Berechnungsverfahren Bestandteil der europäischen Stahlbetonnormen. Das Buch befasst sich mit Fragen der Zuverlässigkeit von Rissbreitenberechnungen und -messungen, den Ursachen von Rissen, Zwangsspannungen und frühen Verformungen, der Begrenzung der Rissbreiten durch Bewehrung, dem Einfluss von Rissen auf die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonkonstruktionen und der Rissproblematik bei wasserundurchlässigen Betonbauwerken. Es berücksichtigt den aktuellen Normenstand und vermittelt Hintergrundwissen zum Verständnis der Vorgänge bei der Rissentstehung. Gleichzeitig sollen aber auch die Grenzen aufgezeigt werden, die einer Vermeidung der Rissbildung und einer Rissbreitenbegrenzung durch die Bewehrung gezogen sind.

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Der Eurocode 2 mit seinen vier Teilen und den Nationalen Anhängen wird die Tragwerksplanung für Betonbauwerke in Deutschland für die nächsten Jahrzehnte bestimmen und die bisherigen deutschen Regelwerke beginnend im Jahr 2011 ablösen. Die Neuausgabe des Eurocode 2 ist für Dezember 2010 angekündigt. Für das Verständnis und die Einarbeitung in den Eurocode 2 legt der Deutsche Beton- und Bautechnik-Verein E. V. diese aktualisierte Beispielsammlung vor. Sie enthält für die typischen Bauteile zwölf vollständig durchgerechnete Beispiele nach Eurocode 2 Teil 1-1 "Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau", welche denen aus der DBV-Beispielsammlung zu DIN 1045 Teil 1 entsprechen. Beide Bände zusammen gestatten einen direkten Vergleich der Bemessungsregeln sowie der Ergebnisse nach beiden Normen. Neu aufgenommen wurden in die Beispielsammlung zu EC 2 die brandschutztechnischen Nachweise nach Eurocode 2 Teil 1-2 "Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall".

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Der dritte Band der bewährten Bauwerk-Basis-Bibliothek zur Stahlbetonbau-Praxis stellt Ihnen jetzt in 2. Auflage alle relevanten Bemessungs- und Planungsgrundlagen für die Tragwerksplanung im Bestand in kompakter und übersichtlicher Form zur Verfügung. Band 3 beinhaltet zunächst allgemein Themen der Werterhaltung, die durch Instandsetzungs- und ggf. durch Verbesserungsmaßnahmen bestimmt sein können. Wichtige Voraussetzung ist dabei, dass der entwerfende Ingenieur ausreichende Kenntnisse über historische Baukonstruktionen und ältere Regelwerke hat. Baumaßnahmen im Bestand sind verbunden mit Sanierungs-, Instandsetzungs-, Verstärkungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen. Die konkrete Tragwerksplanung im Bestand beginnt mit der Zustandserfassung und der Nachrechung der vorhandenen Konstruktionen, je nach Situation auch mit angepassten Sicherheitsbeiwerten. Auch experimentelle Verfahren werden in den letzten Jahrzehnten wieder verstärkt eingesetzt. Für das Verstärken mit Textilbeton gibt es seit 2016 eine erste bauaufsichtliche Zulassung; dieses Thema wurde daher in der jetzt vorliegenden 2. Auflage neu aufgenommen. Das Kapitel Ertüchtigungsmaßnahmen wurde erweitert (Textilbeton), neu hinzu gekommen ist das Thema Befestigungstechnik mit der Bemessung der Verankerung von Befestigungen.

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Forschungsberichte

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Oliver Fischer, Christopher Bert
Tragverhalten von Sandwichfassaden unter mechanischen und thermischen Einwirkungsgrößen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3114
2019, 161 S., 55 Abb., 27 Tab. u. 77 Diagr., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Sandwichwände werden bisher üblicherweise aus Stahlbeton mit Vorsatzschalendicken zwischen 70 und 100 mm hergestellt. Durch Einsatz korrosionsbeständiger Textilbewehrung ist es möglich, die äußere Deckschicht signi?kant in ihrer Dicke zu reduzieren. Im Hinblick auf diese Entwicklungen und den Forschungsbedarf ist das Ziel des Vorhabens, die für die Bemessung maßgebenden Temperaturgrößen und -gradienten sowohl numerisch als auch experimentell nachzuweisen. Das behandelte Forschungsprojekt entstand aus der Intention heraus für neuartige innovative Bauweisen mit ?ligranen textilbewehrten Vorsatzschalen maßgebende klimatische Einwirkungsgrößen herzuleiten und den als Stand der Technik zu bezeichnenden Lastansatz nach DIBt 1995/5 um derartige Anwendungsfälle zu erweitern. Im Zuge der Forschung konnte diese Notwendigkeit jedoch nicht nur für neuartige Vorsatzschalensysteme, sondern auch für die üblicherweise angewendeten Stahlbetonsysteme mit Vorsatzschalendicken zwischen 70 und 100 mm ermittelt werden. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass der Lastansatz nach DIBt 1995/5 keine Querschnittsabhängigkeit aufweist. Auch veränderte klimatische Verhältnisse mit immer extremeren Witterungsbedingungen sind dabei als Begründung zu nennen.

C.-A. Graubner, Tilo Proske, Jochen Zeier
Entwicklung einer thermischen Entkoppelung von Stahlbetonwänden im Wand-Deckenknoten
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3134
2019, 152 S., 87 Abb. u. 48 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Gegenwärtig werden Wände im Übergangsbereich von unbeheizten zu beheizten Räumen nicht oder nur in Teilbereichen gedämmt. Dadurch entstehen erhebliche Wärmebrücken. Durch einen innovativen Wand-Decken-Anschluss könnte eine Verbesserung der wärmedämmenden Eigenschaften des Gebäudes erreicht werden. Derzeit gibt es für Wand-Decken-Anschlüsse im Stahlbetonbau kein geeignetes integrales System mit Dämmwirkung und lastabtragender Funktion. Daher sollten im Forschungsvorhaben die wissenschaftlichen Grundlagen für Anschlüsse zur thermischen Entkoppelung zwischen Stahlbetonwänden und Decken erarbeitet werden. Hinsichtlich der Methodik gliedert sich das Vorhaben in drei Teilbereiche: den theoretischen Teil, den experimentellen Teil sowie den analytischen Teil. Grundlage zur Anwendbarkeit des Wandanschlusses bildet die Erfüllung der bauphysikalischen Einflüsse. Wesentlich ist hierbei die Vorgabe aus dem Brandschutz, dass kraftübertragende Bereiche nur aus nichtbrennbaren Materialien bestehen dürfen. Mithilfe einer numerischen Berechnung zur Bestimmung des Wärmeflusses am Wand-Decken-Knoten konnte die einzuhaltende Wärmeleitfähigkeit für den Wandanschluss bestimmt werden.

Jürgen Schnell, Rabea Sefrin
Nachrechnung von Stahlbetontragwerken mit niedriger Festigkeit
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3156
2019, 167 S., 99 Abb. u. 58 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Die Standsicherheit von Bestandstragwerken muss bei Umbau oder Nutzungsänderung nach aktuellem Regelwerk nachgewiesen werden. Wird an Bestandstragwerken aus Stahlbeton die charakteristische Betondruckfestigkeit anhand von Bohrkernen ermittelt oder wird sie durch Umrechnung aus Bestandsunterlagen festgestellt, ergeben sich bei älteren Bauwerken sehr oft Festigkeiten unterhalb der Festigkeitsklasse C12/15. Werden Betondruckfestigkeiten < C12/15 angetroffen, besteht in der Praxis große Unsicherheit, wie in solchen Bauwerken regelkonform zu bemessen ist. In der Tendenz führt dies zu einer Unterbewertung der Tragfähigkeit und in der Folge zu Rückbau oder Verstärkungsmaßnahmen. Dies könnte in vielen Fällen vermieden werden, wenn klare Regeln zur Behandlung solcher Tragwerke vorlägen. Aus diesem Grund wurden im Projekt alle relevanten Bemessungs- und Konstruktionsregeln hinsichtlich ihrer Gültigkeit für niederfesten Beton analysiert und für die Praxis kommentiert.

Bewertung überarbeiteter Rechengrundlagen zur Wärmeleitfähigkeit im Zuge der Novellierung von EN 1992-1-2. Abschlussbericht

Jochen Zehfuß, Jens Spille
Bewertung überarbeiteter Rechengrundlagen zur Wärmeleitfähigkeit im Zuge der Novellierung von EN 1992-1-2. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3358
2018, 50 S., 30 Abb. u. 4 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Bei der Berechnung von Temperaturen innerhalb von Betonquerschnitten weist die thermische Leitfähigkeit einen großen Einfluss auf die Ergebnisse auf. DIN EN 1992-1-2 benennt für den temperaturabhängigen Verlauf der thermischen Leitfähigkeit eine untere und eine obere Grenzwertfunktion. Der nationale Anhang schreibt in Deutschland die Anwendung der oberen Grenzfunktion vor. Thermischen Berechnungen unter Ansatz der oberen Grenzwertfunktion für die thermische Leitfähigkeit haben gezeigt, dass dieser Ansatz bei der Bewertung des Raumabschlusskriteriums zu konservativen Ergebnissen führt, die nicht übereinstimmen mit den Mindestdicken nach Abschnitt 5 DIN EN 1992-1-2, für die das Raumabschlusskriterium als eingehalten gilt. Auch aufgrund geänderter Betonzusammensetzungen und geänderter Messtechnik wurde daher in der CEN/TC 250/SC 2/WG 1/TG 5 eine geänderte Grenzwertfunktion für den Verlauf der thermischen Leitfähigkeit vorgeschlagen, welche anhand von numerischen Vergleichsrechnungen zu ausgewählten experimentell bestimmten Temperaturzeitkurven überprüft wurde.

Dietmar Hosser, Ekkehard Richter
Erweiterung der DIN 4102-22, Tabelle 31 auf Stützen aus hochfestem Beton bis zur Festigkeitsklasse C80/85
Bauforschung, Band T 3243
2010, 37 S., 17 Abb., 15 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Der brandschutztechnische Nachweis von unbekleideten Stahlbetonstützen des normalen Hochbaus bei mehr- und einseitiger Normbrandbeanspruchung (ETK) erfolgt nach DIN 4102 Teil 22, Tabelle 31. Die Mindestquerschnittsabmessungen in Tabelle 31 wurden für Normalbeton bis zur Festigkeitsklasse C50/60 nachgewiesen, der Nachweis für Stützen aus hochfestem Beton fehlt. Ein entsprechender Nachweis ist erforderlich, da nach DIN 4102-4/A1, Abschnitt 3.1 die Tabelle 31 auch für Stützen aus hochfestem Beton gilt, wobei für Stützen mit Querschnittsmaßen h kleiner 400 mm und einer Schlankheit größer 20 oder h kleiner 400 mm und einer bezogenen Lastausmitte e/h ? 1/6 zusätzliche Maßnahmen zur Begrenzung von zerstören-den Betonabplatzungen gefordert werden, z. B. der Einbau einer oberflächennahen Brand-schutzbewehrung oder Vorkehrungen in Form betontechnologischer Maßnahmen. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurde untersucht, ob Tabelle 31 ohne Änderungen für Stützen aus hochfesten Beton bis zur Festigkeitsklasse C80/95 angewendet werden kann oder ob die Mindestquerschnittsabmessungen und Mindestachsabstände vollständig oder in Teilen neu berechnet werden müssen.

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Zeitschriftenartikel

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Tue, Nguyen Viet; Ehmann, Rainer; Betschoga, Christoph; Tung, Nguyen Duc
Einfluss geringer Querkraftbewehrung auf die Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbalken unterschiedlicher M/V-Kombinationen
Beton- und Stahlbetonbau, 2019

Pregartner, Thilo; Sippel, Thomas M.; Bucher, Andreas; Ignatiadis, Anett
Bemessung von Befestigungen in Beton nach EN 1992-4: Veröffentlichung der neuen Norm und Konsequenzen für die Anwender
Bauingenieur, 2019

Weber, Michael; Doktor, Markus; Stockis, Jean-Pierre; Glock, Christian; Kurz, Wolfgang; Fox, Christian
Ausreißertests bei der Bestimmung der In-situ-Betondruckfestigkeit. Anwendbarkeit des Grubbs-Tests sowie weiterer Ausreißertests
Beton, 2019

Dietz, Jörg
Besonderheiten bei der Ausführung semi-integraler Großbrücken am Beispiel der Wehretalbrücke
Beton- und Stahlbetonbau, 2019

Käseberg, Stefan; Hoffmann, Lars; Holschemaeher, Klaus
Aktivierung von rechnerischen Tragfähigkeitsreserven bei Stahlbetonstützen
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2019

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