Knicksicherheitsnachweis für ebene Stahlbetonrahmen

Wolfram Jäger, Torsten Pflücke, Todor Vassilev, Gunnar Baier, Falk Morlack
Knicksicherheit von Mauerwerk nach EC 6. Untersuchungen zur Knicksicherheit von Mauerwerksbauteilen mit Berücksichtigung großer Exzentrizitäten und nichtlinearer Spannungs-Dehnungs-Beziehung nach ENV 1996-1-1. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 2988
2002, 186 S., Abb.,Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Untersuchungen haben gezeigt, dass die in der ENV 1996-1-1 vorgeschlagene Methode zur Ermittlung der Traglasten vertikal beanspruchter Mauerwerkswände das tatsächliche statische Verhalten teilweise besser abbildet als das Berechnungsverfahren nach DIN 1053-1. Allerdings weist das Verfahren nach ENV 1996-1-1 in bestimmten Anwendungsfällen Sicherheitsrisiken auf. Der Forschungsbeitrag analysiert die möglichen rechnerischen Überschätzungen der Tragfähigkeiten, spezifiziert sie hinsichtlich ihrer Ursache und Wirkung und erarbeitet Normänderungsvorschläge. Neben weitreichenden theoretischen Analysen wurden experimentelle Überprüfungen der Versagensmechanismen vertikal beanspruchter Mauerwerkskonstruktionen durchgeführt. Untersucht wurden die vorhandenen Bemessungsansätze extrem exzentrisch beanspruchter Mauerwerkswände für verschiedene Stein-Mörtel-Kombinationen. Der Spannungsblock (Spannungsrechteck) als Bemessungsgrundlage der ENV 1996-1-1 wurde hinsichtlich der charakteristischen Bruchbedingungen und Materialfestigkeiten überprüft, ebenso die minimal zulässige überdrückte Querschnittsfläche. Erarbeitet wurde eine ingenieurmäßig praktikable Näherungslösung des Knickproblems von Mauerwerkswänden, die die realen Versagensbedingungen berücksichtigt. Der Forschungsbeitrag beschreibt ein neues, unabhängiges Lösungsverfahren zur Ermittlung von Traglasten vertikal beanspruchter Mauerwerkswände, welches auf der Basis der Differentialgleichung des knickgefährdeten Stabes entwickelt wurde. Zur möglichst exakten Erfassung des tatsächlichen Materialverhaltens wurde zudem ein neues Materialgesetz zur Beschreibung der Spannungs-Dehnungs-Kennlinien unterschiedlicher Mauerwerksarten formuliert.

G. Hanswille, R. Bergmann
Ermittlung geometrischer Ersatzimperfektionen für Verbundstützen mit hochfesten Stählen
Bauforschung, Band T 2970
2002, 110 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Mit Erarbeitung der neuen deutschen Verbundbaunorm EDIN18800 Teil 5 (1999) wurde gegenüber DIN 18806:1984 und DINV ENV1994-1-1 ein modifiziertes Bemessungskonzept für Verbundstützen auf der Grundlage der Elastizitätsthorie II. Ordnung eingeführt. Dieses Bemessungsverfahren ist zwischenzeitlich auch in den Entwurf der EN-Fassung des Eurocode 4-1-1 aufgenommen worden, da es im Vergleich zu dem in DIN 18806 enthaltenen Bemessungsverfahren auf der Grundlage des Ersatzstabverfahrens insbesondere bei seitlich verschieblichen Rahmentragwerken Vorteile bietet. Im neuen Bemessungsverfahren wird der Imperfektionseinfluss nicht mehr indirekt über das Querschnittsinteraktionsdiagramm erfasst, sondern direkt in Abhängigkeit vom Querschnittstyp und der entsprechenden Versagensachse durch geometrische Ersatzimperfektionen erfasst. Für Verbundstützen mit Profilen der Stahlgüten S235 und S355 wurden die geometrischen Ersatzimperfektionen, die den Einfluss der geometrischen und strukturellen Imperfektionen abdecken, in mehreren Forschungsvorhaben ermittelt. Bei hochfesten Stählen ist der Frage nachzugehen, ob die den vereinfachten Bemessungsverfahren zugrundliegende vollplastische Querschnittsinteraktionskurve weiterhin verwendet werden kann, da sich bei Stützen aus hochfesten Stählen relativ große Bereiche im Stahlquerschnitt ergeben, die nicht plastizieren. Mit der nun vorliegenden Untersuchung ist es möglich, Verbundstützenquerschnitte mit hochfestem Stahl in Bezug auf ihre Einordnung in die Knickspannungskurven und in Hinblick auf den Nachweis unter kombinierter Normalkraft- und Momentenbeanspruchung zu beurteilen. Im Vergleich zu Verbundstützen mit Stahlprofilen aus S235 und S355 ist bei der Einstufung in die Knickspannungskurven und bei der Festlegung der geometrischen Ersatzimperfektionen keine Änderung erforderlich. Beim Nachweis für Druck und Biegung muss jedoch der Reduktionsfaktor bei hochfesten Stählen von 0,9 auf 0,8 reduziert werden.

Joachim Lindner, A. Rusch
Interaktionsgleichungen für das Biegeknicken bei Druck und zweiachsiger Biegung. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 2895
1999, 90 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für stabilitätsgefährdete Bauteile und Bauwerke ist generell eine Berechnung nach Elastizitätstheorie 11. Ordnung möglich. Bei der praktischen Anwendung dominiert aber in Deutschland und auch international immer noch die Verwendung von Interaktionsgleichungen. Bei Diskussionen zur europäischen Normung wurden Zweifel laut, ob die im Eurocode 3, Abschn. 5.5. vorhandenen Interaktionsgleichungen für den Fall von Druck und Biegung hinreichend sicher sind. Es wurden Parameterstudien durchgeführt, die aus Traglastberechnungen bestehen. Diese Traglastberechnungen wurden unter Berücksichtigung des elastisch-plastischen Werkstoffverhaltens, von Eigenspannungen, von geometrischen Imperfektionen und der Ausbreitung plastischer Zonen in Stablängsrichtung durchgeführt. Die vorhandenen Interaktionsgleichungen des Eurocode 3 weisen ein hinreichendes Sicherheitsniveau auf, sind zum Teil aber etwas unwirtschaftlich. Zum anderen erwies sich ein gemeinsam mit Prof. Greiner/Graz erarbeitetes Nachweisformat sowohl als sicher als auch als wirtschaftlich.

J. Lindner
Geometrische Ersatzimperfektionen für Verbundstützen, die in die Knickspannungslinien b und c eingestuft sind. Schlußbericht
Bauforschung, Band T 2759
1996, 62 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei dem künftigen Tragsicherheitsnachweis für Verbundstützen aus Stahl und Beton sind geometrische Ersatzimperfektionen anzusetzen, die unter anderem den Einfluß von Eigenspannungen, Fließzonenausbreitung und geometrischen Imperfektionen erfassen. Für solche Werte liegen bisher nur wenige Untersuchungen vor, die nicht die notwendigen Parameter abdecken. Die Ermittlung der Ersatzimperfektionen erfolgte für planmäßig mittig gedrückte Stäbe auf der Basis der europäischen Knickspannungslinien. Da die so ermittelten Werte dann auch zur Bemessung von Stäben der Beanspruchung von Druck und Biegung benutzt werden sollen, wurde anhand von Traglastrechnungen die Zulässigkeit überprüft. Die Ermittlung der geometrischen Ersatzimperfektionen erfolgt dabei so, daß das nach der Elastizitätstheorie II.Ordnung ermittelte Biegemoment in die zugehörige Interaktionskurve der Verbundstütze eingesetzt wurde. Alle Berechnungen wurden für mehrere repräsentative Querschnitte, die das Spektrum der üblichen Anwendungen weitestgehend abdecken, im Schlankheitsbereich bis Lambda gleich 2,0 durchgeführt.

H. Reeh, W. Schulz, E. Buchholz, D.H. Maier
Baupraktische Überprüfung von Lotabweichungen und Krümmungen von gemauerten Wänden und Auswertung der Ergebnisse im Hinblick auf den Ansatz einer ungewollten Ausmitte beim Knicksicherheitsnachweis. Anhang Meßergebnisse
Bauforschung, Band T 2237
1990, 190 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Nach einer Erläuterung des Begriffes "ungewollte Ausmitte" und einer Auswertung der Literatur zum Thema "Bauungenauigkeit bei der Herstellung von Mauerwerkswänden" werden grundsätzliche Überlegungen darüber angestellt, wie sich die Größe der ungewollten Ausmitte auf die Tragfähigkeit von Wänden unterschiedlicher Dicke auswirkt. Der Verlauf der in der Praxis gemessenen Ausmitten ist über die Wandhöhe unregelmäßig und muß für rechnerische Untersuchungen durch eine Näherung beschrieben werden. Das durchgeführte Meßprogramm und die verwendete Meßeinrichtung werden beschrieben. Die Meßergebnisse werden zusammengestellt und statistisch ausgewertet. Dabei werden verschiedene Einflüsse berücksichtigt. Aus den durchgeführten Messungen und der vorgenommenen Auswertung werden Empfehlungen über die Größe der in die Vorschriften aufzunehmenden ungewollten Ausmitte abgeleitet. Über die Untersuchung der ungewollten Ausmitte hinaus wird eine Beurteilung der nach DIN 1053 Teil 2 und EC 6 anzunehmenden Lotabweichung des Gesamtgebäudes durchgeführt. (-z-)