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Längsschubbeanspruchung bei Verbundträgern mit liegenden Kopfbolzendübeln im Hochbau. Schlussbericht

Bauforschung, Band T 2908
Ulrike Kuhlmann, Ulrich Breuninger
Univ. Stuttgart, Institut für Konstruktion und Entwurf I
1999, 170 S., Abb.,Tab.,Lit.
Fraunhofer IRB Verlag

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Inhalt

Werden bei Verbundträgern die Kopfbolzendübel in der Betonplatte liegend angeordnet, dann wirkt bei einer Längsschubbeanspruchung der Verbundfuge Spaltzug in Plattendickenrichtung. Durch den Spaltzug entstehen Risse. Im Gegensatz zum stehenden Kopfbolzendübel wird die Rissbildung nicht behindert, da die Ausdehnung der Platte in Dickenrichtung sehr begrenzt und eine Netzbewehrung in Dickenrichtung nicht vorhanden ist. Neben den Kopfbolzenabmessungen hat die Dicke der Platte bzw. der Randabstand des Dübels entscheidenden Einfluss auf die Tragfähigkeit der Verbindung. Auch der Achsabstand der Dübel untereinander wirkt sich auf die Tragfähigkeit aus. Zusätzlich beeinflussen die Größe und Lage der Bewehrungsstähle die Tragfähigkeit. Zur Untersuchung des Einflusses der verschiedenen Konstruktionsparameter auf die Tragfähigkeit mittig in Betonplatten eingebauter, liegender Kopfbolzendübel werden Versuche und Finite-Elemente-Untersuchungen durchgeführt. Es wird eine Gleichung zur Bestimmung der Tragfähigkeit mittig in Betonplatten eingebauter, liegender Kopfbolzendübel unter Längsschubbeanspruchung in Abhängigkeit verschiedener Parameter entwickelt. Darauf aufbauend wird eine Gleichung zur Ermittlung des Bemessungswiderstandes nach Eurocode 4 vorgeschlagen. Die Duktilität mittig in Betonplatten eingebauter, liegender Kopfbolzendübel überschreitet die Anforderungen nach Eurocode 4 bei weitem.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Definition von liegenden Kopfbolzendübeln 8
1.2 Möglichkeiten zur Anwendung von liegenden Kopfbolzendübeln im Hochbau 8
1.3 Gegenstand der Untersuchungen 9
2 Stand von Wissenschaft und Technik
2.1 Allgemeines 12
2.2 Kopfbolzendübel im Verbundbau 12
2.3 Kopfbolzendübel in der Befestigungstechnik 19
2.4 Bewertung der vorhandenen Untersuchungen im Hinblick auf liegende Kopfbolzendübel 22
3 Gestaltung der Versuchskörper
3.1 Ausbildung von Stahlbetondeckenplatten im Hochbau 24
3.2 Randbedingungen der Versuchskörperreihen 24
3.3 Gliederung der Versuche 25
4 Durchführung der Versuche
4.1 Versuchsablauf 27
4.2 Messeinrichtungen 27
4.3 Werkstoffkennwerte 29
4.3.1 Werkstoffkennwerte des Betons 29
4.3.2 Werkstoffkennwerte des Betonstahls 32
4.3.3 Werkstoffkennwerte der Kopfbolzendübel 32
4.4 Toleranzen der Fertigung 33
5 Versuchsbeschreibung
5.1 Allgemeines 35
5.2 Versuchsverlauf 36
5.3 Last-Verformungsmessungen 43
5.3.1 Schlupf der Verbundfuge 43
5.3.2 Dickenänderung der Stahlbetonplatte 44
5.3.3 Distanzänderung der Betonplatten 44
5.4 Dehnungsmessungen 44
5.4.1 Allgemeines 44
5.4.2 Messungen an den Kopfbolzendübeln 45
5.4.3 Messungen an den Bügeln 47
6 Auswertung der Versuche
6.1 Allgemeines 50
6.1.1 Vergleich der Versuchstragfähigkeiten mit den theoretischen Tragfähigkeiten für stehende Dübel 50
6.1.2 Vergleich der Versuchstragfähigkeiten mit den theoretischen Tragfähigkeiten am Betonplattenrand liegender Dübel 51
6.1.3 Tragverhalten der Verbundfuge 52
6.1.4 Beanspruchungsverteilung in der Dübelreihe 55
6.1.5 Normalkraft- und Biegebeanspruchung in den Kopfbolzendübeln 55
6.2 Einzelne Versuchsparameter 56
6.2.1 Betongüte 56
6.2.2 Randabstand der Kopfbolzendübel 57
6.2.3 Achsabstand der Kopfbolzendübel 59
6.2.4 Durchmesser der Kopfbolzendübel 60
6.2.5 Durchmesser der Bügelbewehrung 61
6.2.6 Anzahl der Bügel pro Kopfbolzendübel und Form der Bügel 61
7 Untersuchungen mit der Methode der Finiten Elemente
7.1 Allgemeines 63
7.2 Grundlagen des Programms 63
7.2.1 Richtungsinteraktion in der Rissprozesszone 63
7.2.2 Räumliche Interaktion in der Rissprozesszone 64
7.2.3 Maßstabseffekt von Beton- und Stahlbetonkonstruktionen 64
7.3 Verwendete Finite Elemente Modelle 65
7.3.1 Allgemeines 65
7.3.2 Geometrie und Randbedingungen des Elementnetzes 65
7.3.3 Materialeingaben 66
7.4 Qualitative Bewertung der Untersuchungen 67
7.4.1 Allgemeines 67
7.4.2 Kraft-Verschiebungsverlauf 67
7.4.3 Spannungsverläufe 68
7.4.4 Rissentwicklung 69
7.4.5 Beanspruchungsverteilung in der Dübelreihe 70
7.4.6 Zusammenfassung und Vergleich mit den experimentellen Untersuchungen 71
7.5 Einzelne Versuchsparameter 71
7.5.1 Allgemeines 71
7.5.2 Randabstand der Kopfbolzendübel 72
7.5.3 Achsabstand der Kopfbolzendübel 73
7.5.4 Durchmesser der Kopfbolzendübel 73
7.5.5 Durchmesser der Bügelbewehrung 73
7.5.6 Anzahl der Bügel pro Kopfbolzendübel 74
7.5.7 Lage der Bügelbewehrung 75
8 Ergebnisse der Untersuchungen
8.1 Theoretische Tragfähigkeit der Verbundfuge 77
8.2 Duktilität 81
8.3 Bemessungsvorschlag 82
8.4 Vergleich mit der Tragfähigkeit stehender Kopfbolzendübel 83
8.5 Zusammenfassung 84
8.6 Ausblick 84
9 Bezeichnungen 86
1O Literaturverzeichnis 88
Anhang 1 Versuchskörper 91
Anhang 2 Last - Verformungsverläufe, Last - Dehnungsverläufe und Versuchsprotokolle 113
Anhang 3 Maßabweichungen der Versuchskörper 167

Publikationslisten zum Thema:
Dübel, Dübelverbindung, Verbundbau, Kopfbolzendübel, Längsschub, Verbundträger, Spaltzugversuch, Spaltzugkraft, Beanspruchung, Bemessung, Berechnung, Versuch, Stahlbetondecke, Finite-Elemente-Methode, Rissentwicklung,

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