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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.

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Forschungsberichte

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Nachrechnung von Stahlbetontragwerken mit niedriger Festigkeit
Abschlussbericht.
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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.

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.

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
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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.

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Anlass: Die Ermüdungsnachweise für Beton unter Druckschwellbeanspruchung basieren auf der linearen Akkumulationshypothese von Palmgren-Miner. Diese berücksichtigt jedoch nicht das stark nichtlineare Schädigungsverhalten des Betons während des Ermüdungsprozesses. Zudem können die Einflüsse aus unterschiedlichen Belastungsreihenfolgen und aus mehraxialen Beanspruchungszuständen auf die resultierende Ermüdungsfestigkeit nicht erfasst werden. Ziel: Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, einen Bemessungsansatz zu entwickeln, durch den die Einflüsse aus mehrstufiger und mehraxialer Ermüdungsbeanspruchung auf die Schädigungsentwicklung und die Ermüdungsfestigkeit bei Betontragwerken berücksichtigt werden können. Arbeitsplan und Durchführung: Es wurde ein mechanisch begründetes Schädigungsmodell aus der Literatur, welches für einaxiale Ermüdungsbeanspruchung mit konstanter Amplitude hergeleitet wurde, für die Anwendung bei mehrstufigen Ermüdungslastgeschichten erweitert. Dieser mehrstufige Schädigungsansatz wurde an eigenen, experimentellen Untersuchungen validiert. Weiterhin wurden die Eingangs- und Materialkennwerte so modifiziert, dass die Bruchschwingspielzahlen sowie die Schädigungsentwicklungen auch unter mehraxialen Ermüdungsbeanspruchungen berechnet werden können. Ergebnisse: Da die Bruchschwingspielzahlen unabhängig von dem verwendeten Schädigungsmodell hergeleitet wurden, können diese auch direkt durch einen zusätzlichen Modifikationsfaktor in die Bestimmungsgleichungen des bisherigen einaxialen Ermüdungsnachweises eingebunden werden. Dadurch wird es möglich, den derzeit gültigen Ermüdungsnachweis für mehraxiale Beanspruchungssituationen zu erweitern. Ferner wird die Möglichkeit geschaffen werden, nichtlineare Strukturanalysen von Betontragwerken für Windenergieanlagen unter Ermüdung durchführen. Hierzu wurde das Schädigungsmodell an das Betonmodell eines finiten Elemente-Programms adaptiert. Die numerischen Simulationsergebnisse wurden anhand von in-situ-Messungen bewertet.

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Zeitschriftenartikel

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Empelmann, Martin; Matz, Henrik
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Busch, Alexandra
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Experimentelle Untersuchungen und Vorstellung eines Bemessungsansatzes zur Durchstanzverstärkung von Betonbauteilen mit Betonschrauben
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Hegger, Josef; Adam, Viviane
Optimizing the shear design of slabs. State of research and prospects
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