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Forschungsberichte

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Forschungsbericht: Praxisgerechte Bemessung mehrseitig gelagerter, schlanker Beton- und Stahlbetonwände. Schlußbericht

Praxisgerechte Bemessung mehrseitig gelagerter, schlanker Beton- und Stahlbetonwände. Schlußbericht

Bau- und Wohnforschung
Rainer Grzeschkowitz, Karl Kordina, Andreas Menzel
1989, 619  S.
Fraunhofer IRB Verlag


Short Version [PDF] englische Version

Inhalt

Ausgangsbasis des Forschungsvorhabens sind die im eigenen Institut durchgeführten experimentellen Untersuchungen zur "Stabilität mehrseitig gelagerter Betonwände". Die gewonnenen Erkenntnisse über das Trag- und Verformungsverhalten drei- und vierseitig gelenkig gelagerter Beton- und Stahlbetonwände wurden in drei Abschlußberichten niedergelegt: ihre Zusammenfassung zu einem Bericht war das Ziel dieses Forschungsvorhabens. Die Berichterstattung beschränkte sich bisher auf die Beschreibung und Dokumentation des Trag- und Verformungsverhaltens der 15 Versuchswände. Die Vielzahl der variierten Parameter machten zur Verallgemeinerung eine Normierung erforderlich: diese wurde mit dem Programmsystem FIPSE, das auf der Basis der Finite-Elemente-Methode beruht, versucht. Weiterhin wurde das in DIN 1045 vorgegebene Bemessungsverfahren überprüft. Im Endergebnis wird festgestellt, daß eine kreuzweise, beidseitig angeordnete Eckbewehrung das Tragvermögen schlanker Wände deutlich verbessert und im übrigen nach DIN 1045 (7.88) bemessen werden kann. Lotrechte Risse beeinträchtigen das Tragvermögen nicht. (-y-)

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Inhaltsverzeichnis

1. EINLEITUNG 1
1.1 Überblick 1
1.2 Einführung in die Problematik 1
1.3 Ziele 2
2. VERSUCHS PLANUNG 4
2.1 Versuchsprogramm 4
2.2 Versuchsstand und Belastungskonstruktion 8
2.2.1 Konstruktionsbedingungen 8
2.2.2 Versuchsrahmen
2.2.3 Lager- und Belastungskonstruktion 12
2.3 Versuchskörper 17
2.3.1 Wahl der Versuchsparameter 17
2.3.2 Herstellung der Versuchskörper 22
2.3.3 Vermessung der Versuchskörper 29
2.4 Messprogramm, Genauigkeit der Messung 34
2.5 Ergebnisse der Werkstoffprüfungen 36
3. VERSUCHSDURCHFÜHRUNG 39
3.1 Allgemeines 39
3.2 Stufe 1 39
3.2.1 Wand W 1 39
3.2.2 Wand W 2 40
3.2.3 Wand W 3 42
3.2.4 Wand W 4 43
3.2.5 Wand W 5 45
3.3 Stufe 2 47
3.3.1 Wand W 6 47
3.3.2 Wand W 7 49
3.3.3 Wand W 8 51
3.3.4 Wand W 9 53
3.3.5 Wand W 10 56
3.4 Stufe 3 59
3.4.1 Wand W 11 59
3.4.2 Wand W 12 62
3.4.3 Wand W 13 67
3.4.4 Wand W 14 70
3.4.5 Wand W 14/1 71
3.4.6 Wand W 14/2 75
3.4.7 Wand W 15 80
4. VERSUCHSERGEBNISSE 86
4.1 Allgemeines 86
4.2 Quadratische, vierseitig gelenkig gelagerte Wände 86
4.3 Rechteckige, vierseitig gelenkig gelagerte Wände 89
4.4 Quadratische, dreiseitig gelenkig gelagerte Wände 91
5. RECHNERISCHE UNTERSUCHUNGEN 94
5.1 Randbedingungen 94
5.1.1 Rechenprogramm FIPSE 94
5.1.2 Rechenanlage 97
5.2 Nachrechnung der durchgeführten Versuche /Tim79, Kie82, BGS86/ 98
5.2.1 Den Nachrechnungen zugrundegelegte Systeme 98
5.2.2 Grundlagen der Nachrechnungen 100
5.2.3 Ergebnisse der Nachrechnungen 100
5.3 Diskussion der Ergebnisse der Nachrechnungen 104
5.3.1 Wertung der Ergebnisse in Hinblick auf die Serienrechnungen 104
5.3.2 Wertung der Ergebnisse im Vergleich mit den Nachrechnungen von Bergmann, Mehlhorn, Schäfer 105
5.4 Studie des Trag- und Verformungsverhaltens von Beton- und Stahlbetonwänden 106
5.4.1 Einführung 106
5.4.2 Werkstoffparameter aller Rechnungen 108
5.4.3 Elementparameter aller Rechnungen 108
5.4.4 Variable Parameter 109
5.4.5 Systemparameter und Elementteilung der 240 Serien- und 15 Vergleichsrechnungen 110
5.4.6 Systemparameter und Elementteilung bei den Vergleichsrechnungen zur Systemwahl 112
5.4.7 Systemparameter und Elementteilung bei den Vergleichsrechnungen zur Elementwahl 115
5.4.8 Ergebnisse der Serienrechnungen 119
5.4.9 Kontrolle der kubischen Anpassung durch die Rechnungen von Bergmann, Mehlhorn, Schäfer 121
5.4.10 Ergebnisse der Vergleichsrechnungen 126
6. ENTWICKLUNG VON NÄHERUNGSANSÄTZEN AUFGRUND DER SERIENRECHNUNGEN 128
7. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 137
8. LITERATUR 145
Anhänge:
A: Darstellung der Versuchsanlage und der Messergebnisse
B: Last-Verformungskurven der Wandversuche und Nachrechnungen
C: Serien- und Vergleichsrechnungen

Publikationslisten zum Thema:
Stahlbeton, Wandelement, Bemessung, Stabilität, Tragverhalten, Verformungsverhalten, Schlankheit, Lagerung, Laborversuch, EDV-Programm, Programmsystem, Finite-Elemente-Methode, Normung, Betonwand, Stahlbetonwand,


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Forschungsberichte

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Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)
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Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)
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Seit längerem gibt es intensive Bestrebungen, den volkswirtschaftlich außerordentlich bedeutsamen Verbundwerkstoff Stahlbeton weiterzuentwickeln und dazu vor allem die Zugfestigkeit von Beton zu erhöhen. Mit dem an der Universität Augsburg entwickelten Herstellungsverfahren, bei dem die Ausrichtung beigemischter Kohlenstofffasern durch eine Düse gezielt eingestellt werden kann, ist es gelungen, mit handelsüblichen Ausgangsstoffen und im Grunde praxisgerechten Verfahren eine signifikante Erhöhung des Verhältniswertes von Zug- und Druckfestigkeit bei Zementsteinproben zu erreichen. In den Untersuchungen zur Materialentwicklung konnte gezeigt werden, dass die hohen Festigkeiten der faserverstärkten Prüfkörper auch mit kürzeren Fasern erreicht werden können und somit besser verarbeitbare Mörtel gleicher Festigkeit herstellbar sind. Ein sowohl preisliches als auch in der Ökobilanz günstigeres System konnte ohne Festigkeitsverlust realisiert werden, indem teure neuwertige Fasern durch günstigere Recyclingprodukte ersetzt wurden.


Nachhaltiges Bauen mit vorgespannten Tragelementen aus ultrahochfestem Beton (UHPC); Anwendung für Parkhäuser. Abschlussbericht
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Nachhaltiges Bauen mit vorgespannten Tragelementen aus ultrahochfestem Beton (UHPC); Anwendung für Parkhäuser. Abschlussbericht
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Ultrahochfester faserbewehrter Beton birgt sowohl in wirtschaftlicher als auch in ökologischer Hinsicht große Potentiale für den Fertigteilbau. Mit Hilfe dieses innovativen Werkstoffs können gegenüber üblichen Betonbauweisen der Ressourcenverbrauch und die Eigenlasten deutlich reduziert werden, während sich gleichzeitig die Dauerhaftigkeit erhöht. Der Parkhausbau stellt somit ein ideales Anwendungsgebiet für den vielversprechenden Werkstoff dar. Mit dem Forschungsvorhaben konnten die Vorteile von ultrahochfestem faserbewehrten Beton, wie z.B. die exzellenten Dauerhaftigkeitseigenschaften sowie die Reduktion von Eigengewicht, für eine Anwendung im Parkhausbau aufgezeigt werden. Das entwickelte Tragsystem aus vorgespannten Längsträgern und filigranen Plattenelementen weißt dabei, bei gleichbleibender Tragfähigkeit, extrem geringe Querschnittsabmessungen auf. Dadurch und aufgrund des entwickelten Fügeprinzips ohne Anschlussbewehrung und Beschichtungen ergäben sich erhebliche Vorteile bei der Verlegung. Aufgrund der exzellenten Dauerhaftigkeitseigenschaften kann auf jegliche (im Parkhausbau übliche) Beschichtungen verzichtet werden.


Bestimmung der maßgebenden Einwirkungskombinationen nach DIN EN 1990 zur rationellen Bemessung von Stahlbetonbauteilen im üblichen Hochbau
Carl-Alexander Graubner, Jaroslav Kohoutek, Ngoc Linh Tran
Bestimmung der maßgebenden Einwirkungskombinationen nach DIN EN 1990 zur rationellen Bemessung von Stahlbetonbauteilen im üblichen Hochbau
Bauforschung, Band T 3325
2016, 126 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
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Anlass: Seit der Einführung des Teilsicherheitskonzeptes werden die bei der Bemessung zu berücksichtigenden Sicherheitsbeiwerte auf die Einwirkung und den Widerstand verteilt, wobei hinsichtlich der anzusetzenden Teilsicherheitsbeiwerte zwischen ständigen und veränderlichen Einwirkungen unterschieden werden muss. Dies führt bei der Bemessung von größeren Tragsystemen aufgrund der nichtlinearen Momenten-Normalkraft Interaktion in der Regel zu einer Vielzahl von zu untersuchenden Einwirkungskombinationen. Die Anzahl der Kombinationen steigt dabei mit der Anzahl der vorhandenen Einwirkungen überproportional an. Zusätzlich ist zu beachten, dass für verschiedene Nachweisstellen eines Bauteils unterschiedliche Einwirkungskombinationen maßgebend werden können. Die Berücksichtigung von verschiedenen Einwirkungskombinationen führt in der Bemessungspraxis zu einer zeitaufwändigen Aufgabe, die mit einer einfachen Handrechnung kaum noch zu bearbeiten ist. Darüber hinaus kann es leicht zu fehlerhaften Bemessungen kommen, wenn aufgrund des steigenden Zeit- und Kostendrucks eine maßgebende Einwirkungskombination vergessen wird. Dies kann die Zuverlässigkeit von Tragstrukturen signifikant beeinflussen, da die normativ definierten Teilsicherheitsfaktoren den Einfluss von menschlichem Fehlverhalten bei der Planung und Ausführung nicht abdecken. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Anzahl der theoretisch möglichen Einwirkungskombinationen für praxisübliche Fälle wissenschaftlich zu analysieren und hinsichtlich ihrer Bemessungsrelevanz zu clustern, um die bemessungsmaßgebenden Kombinationen identifizieren zu können. Dies kann zu einer deutlichen Reduzierung der zu berücksichtigenden Einwirkungskombinationen genutzt werden. Somit kann ein Beitrag zur Rationalisierung und Kostensenkung in der Planung geleistet, die Übersichtlichkeit bei der Berechnung erhöht und eine Verringerung der Fehleranfälligkeit bei der Bemessung von Bauteilen im üblichen Hochbau erreicht werden. - Arbeitsplan und Durchführung: Parameteridentifikation


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Die Verwendung von hochfesten Bewehrungsstählen, die eine um bis zu 1/3 höhere Streckgrenze aufweisen, ermöglicht schlankere Bauteile und damit eine ressourceneffizientere Bauweise. Das Forschungsvorhaben soll die Einsatzbereiche hochfester Bewehrung ermitteln und bewerten sowie durch experimentelle und theoretische Untersuchungen die wissenschaftliche Basis für ihre baupraktische Anwendung schaffen. Weiterhin sind für die Anwendung in der Praxis Bemessungstools bzw. Bemessungshilfen zu erstellen, soweit sie nicht von bestehenden Programmen abgedeckt sind. Von der RWTH werden die Versuchskörper erstellt und getestet. Auf Basis der Versuchsergebnisse und begleitender theoretischer Untersuchungen werden Verbundkennwerte für die hochfesten Stähle bestimmt und Bemessungsregeln zur Biegebemessung, zum Rissbreitennachweis und zur Rotationsfähigkeit hergeleitet. Bei den Untersuchungen der hochfesten Stähle dienen Referenzversuche mit Betonstahl BSt 500S als Vergleichswerte. Zur vertieften Analyse des Verbundverhaltens der hochfesten Stähle sind FE-Berechnungen vorgesehen. Nach Abbildung der Versuche und Kalibrierung der Verbundgesetze sollen numerische Parameterstudien durchgeführt werden, um die Ergebnisse des Forschungsvorhabens auf andere Randbedingungen als in den Versuchen zu übertragen. Die FE-Berechnungen werden sowohl von SAH als auch von der RWTH durchgeführt. Das Institut für Betonbau der TU Graz (Prof. Tue) wird die numerische Abbildung des Verbundverhaltens beratend begleiten. Zur Kalibrierung und Validierung der FE-Modelle dienen die Versuchsergebnisse der RWTH. Damit werden im Forschungsvorhaben Grundlagen für alle Bewehrungsstähle mit den gleichen oder ähnlichen Eigenschaften ermittelt.


Grenzzustände kleiner Rissbreiten in Dichtkonstruktionen aus Stahlbeton unter Berücksichtigung der Anforderungen an Durchflusssicherheit, Nutzungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit
Manfred Curbach, Martin Just
Grenzzustände kleiner Rissbreiten in Dichtkonstruktionen aus Stahlbeton unter Berücksichtigung der Anforderungen an Durchflusssicherheit, Nutzungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit
Bauforschung, Band T 3283
2012, 46 S., 41 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
 
 
Aus dem vorangegangenen Forschungsvorhaben ergaben sich, begründet durch die geringe Vorhersagegenauigkeit bei kleinen Rissbreiten, erhebliche Zweifel bezüglich der Zuverlässigkeit von Dichtkonstruktionen aus Stahlbeton mit kleinen Trennrissen. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes sollte daher eine Untersuchung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit, beruhend auf dem (semi-)probabilistischen Sicherheitskonzept durchgeführt werden, in dem sowohl die Abweichungen zwischen vorhergesagter und tatsächlich auftretender Rissbreite, als auch die Streuungen auf der Widerstandsseite berücksichtigt werden. Dazu wurde eine Literaturrecherche durchgeführt, mit dem Ziel Verteilungsfunktionen auf der Widerstandsseite für verschiedenen Aspekte der Dauerhaftigkeit zu finden. Dies ist nur für den Eindringwiderstand gegen wassergefährdende Stoffe gelungen. Des Weiteren wurde aufbauend auf einem Rissdatensatz eine Beziehung zwischen berechneter und tatsächlich auftretender Rissbreite für mehrere Rissbreitenmodelle hergestellt. Mit den so ermittelten Verteilungsfunktionen wurden probabilistische Betrachtungen durchgeführt und Tendenzen hinsichtlich der Zuverlässigkeit bei der Bemessung von Dichtkonstruktionen aufgezeigt. Außerdem wurden Empfehlungen gegeben für weitere Untersuchungen auf dem Gebiet der Rissbreitenvorhersage, insbesondere im Hinblick auf die bei der Berechnung angesetzte Lasteinleitungslänge und die Verbundfestigkeit. Hier sind durch die Untersuchungen Zweifel an dem aktuellen Rissbreitenmodell nach EC2-1 mit Nationalem Anhang entstanden.


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