Aufsatz: Sicherheitsansätze zu nichtlinearen Rechenverfahren im Betonbau – Fraunhofer IRB

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Sicherheitsansätze zu nichtlinearen Rechenverfahren im Betonbau

Autor: Tecusan, Remus; Zilch, Konrad
Quelle: 3. Brückenkolloquium. Beurteilung, Ertüchtigung und Instandsetzung von Brücken, 19. und 20. Juni 2018. Tagungshandbuch 2018. Mit CD-ROM
Seiten: 53-61
2018

Publikationslisten zum Thema:
Spannbetonbauteil, Spannbetonträger, Spannbetonbalken, Schubbeanspruchung, Querkraftbeanspruchung, Tragverhalten, Untersuchungsmethode, Versuchsträger, Versuchsbalken, Durchlaufträger, Zweifeldträger, Längsbewehrung, Bügelbewehrung, Bewehrungsanordnung, Spanngliedführung, Bruchlast, Rissbild, Tragwiderstand, Simulationsrechnung, Modellierung, Berechnungsverfahren, Nichtlinearität, Finite-Elemente-Methode, Sicherheitskonzept, prestressed concrete unit, prestressed concrete girder, prestressed concrete beam, subjection to shear, transverse force stress, load-bearing behaviour, investigation method, test medium, experimental beam, continuous beam, two span beam, longitudinal reinforcement, lateral ties, reinforcement system, tendon guidance, ultimate load, fracture pattern, load-bearing resistance, simulation calculation, modelling, calculation method, non-linearity, finite element method,

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Spannbeton für die Praxis
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2017, XXVII, 674 S., 940 SW-Abb., 49 Tabellen. 244 mm, Hardcover
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Die zweite Auflage des Bauwerk-Titels Berechnungsbeispiele im Stahlbeton- und Spannbetonbau konzentriert sich nur noch auf die Nachweisführung und Bemessung nach Eurocode 2 (DIN EN 1992-1-1:2011-01, DIN EN 1992-1-1/A1:2013-09 und DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04). Insgesamt sind 20 Bemessungsbeispiele zu folgenden Themengebieten enthalten: Nachweise von Stahlbeton und Spannbetonbauteilen im ULS (Grenzzustände der Tragfähigkeit/Nachweis auf Traglastniveau) und SLS (Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit/Nachweis auf Gebrauchslastniveau); Rissbreitenberechnungen infolge Zwang- und Lastbeanspruchungen; Aussteifungsberechnungen; Bemessung von Stahlbetonflachdecken.

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Bacchetta, Bachmann
Versuche zur teilweisen Vorspannung für Längsschub und Querbiegung in Druckplatten von Betonträgern
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Forschungsberichte

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Katarzyna Zdanowicz, Michael Hansen
Chemische Vorspannung von textilbewehrten Sichtbetonbauteilen mit Quellbeton
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Das Ziel dieses Forschungsprojekts lag in der Entwicklung von dünnen Fassadenbauteilen in Sichtbetonqualität. Dafür sollte die chemische Vorspannung von textilbewehrtem Beton untersucht werden, die durch Zugabe von Quellmitteln zur Betonrezeptur entsteht. Dafür wurden Betone mit unterschiedlichen Rezepturen analysiert, wobei ihr Quellen und das damit verbundene Vorspannverhalten an Betonprobekörpern mit Betonstahl- und Textilbewehrung untersucht wurde. In dem Forschungsprojekt wird aufgezeigt, dass chemisch vorgespannte dünne Betonelemente mit Carbontextilbewehrung viele Vorteile im Bereich der Tragfähigkeit und insbesondere der Gebrauchstauglichkeit aufweisen. Durch die Vorspannung infolge einer kontrollierten, durch innenliegende Bewehrung behinderten Ausdehnung des Betons sind keine zusätzlichen mechanischen Vorspannvorrichtungen oder -verankerungen erforderlich. Insbesondere für die Fertigteilindustrie wäre die chemische Vorspannung mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden, da sich die Produktion der Fertigteile durch den Einsatz von Quellmitteln verkürzen würde.

Neuartige, mit nicht-metallischer Basaltbewehrung (BFRP) vorgespannte Rohrprofile aus Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) für außerordentlich dauerhafte, materialsparende Betontragkonstruktionen unter klimatisch und chemisch extremen Beanspruchungen. Abschlus. sbericht

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Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit von Stahlbetonbauteilen gegen klimatische und chemische Einwirkungen kann ein UHPC verwendet werden, der sich durch eine hohe Druckfestigkeit und äußerst dichte Gefügematrix auszeichnet. Die Dauerhaftigkeit lässt sich weiter steigern, wenn die Betonstahlbewehrung durch eine nicht korrodierende BFRP ersetzt wird. Ferner hat BFRP eine höhere Zugfestigkeit, so dass prinzipiell auch eine Vorspannung möglich ist. Insgesamt wurden umfangreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen zu verschiedenen Themen und Fragestellungen im Hinblick auf den Einsatz von BFRP in Betonbauteilen aus UHPC ausgeführt. Es konnten wertvolle Ergebnisse zu den verschiedenartigsten Fragestellungen gewonnen werden.

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Die Verwendung von selbstverdichtendem Beton (SVB) für Spannbetonfertigteile stellt unter wirtschaftlichen, technischen und ästhetischen Gesichtspunkten eine Weiterentwicklung der Betonbauweise dar. Es war zu klären, ob die Bemessungsregeln für die Verbundfestigkeit und die Ansätze der Querkraftbemessung von Normalbeton direkt auf SVB-Bauteile anwendbar sind. Hierzu wurden theoretische Untersuchungen, 144 Ausziehversuche, 5 Spannkrafteinleitungsversuche sowie 4 Balkenversuche zur Verbundverankerung und 4 Querkraftversuche durchgeführt. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf drei Betone (Mehlkorntypen FA und LS, Kombinationstyp VMA und FA) und zwei Spannstähle (Litzen, gerippter Spanndraht). Die Versuche ergaben, dass im Allgemeinen der Verbund von SVB dem von herkömmlichem Beton entspricht. Die Verbundfestigkeit von SVB hängt vom Mischungsentwurf ab und ist bei Kalksteinmehl besser als bei SVB-Typen mit Flugasche. Abhängig vom Mischungsentwurf können die vorhandenen Bemessungsregeln zur Bestimmung der Übertragungslänge für SVB übernommen werden. Mit den aus den Spannkrafteinleitungsversuchen ermittelten Mindestabmessungen ist bei den Balkenversuchen eine unkontrollierte Sprengrissbildung im Einleitungsbereich nicht in jedem Fall ausgeschlossen. Die zu verankernde Kraft infolge der Biegebeanspruchung führte bei den gerippten Spanndrähten zu einem schlagartigen Verankerungsversagen mit Betonabplatzungen. Bei den Litzen war ein Verankerungsversagen infolge Litzeneinzugs festzustellen. Bei der Querkraftbeanspruchung konnte trotz klaffender Risse die Last weiter bis zum Einschnüren der Druckzone gesteigert werden. Mit erhöhtem Bügelbewehrungsgrad nimmt der über die Fachwerkwirkung hinausgehende Resttraganteil (Sprengwerk, Abtrag über Druckzone) ab. Die Versuche mit geringem Schubbewehrungsgrad liegen, wie bei Rüttelbeton, gegenüber dem Bemessungsansatz nach DIN 1045-1 auf der sicheren, für die hochschubbewehrten Spannbetonbauteile aus SVB jedoch auf der unsicheren Seite.

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Bei einer vorgespannten Flachdecke entstehen im Allgemeinen über der Stütze vertikale, nach unten gerichtete Umlenkkräfte. Werden diese direkt in die Stütze eingeleitet, erzeugen sie keine durchstanzrelevanten Querkräfte. Die Summe der vertikalen Anteile der Umlenkkräfte über der Stütze kann daher von der einwirkenden Belastung abgezogen werden. Aus baupraktischen Gründen werden jedoch nicht alle Spannglieder direkt über der Stütze angeordnet, sondern teilweise seitlich neben der Stütze verlegt. Für die Bemessung gegen Durchstanzen nach DIN 1045-1 dürfen alle Spannglieder, die innerhalb des kritischen Rundschnitts verlaufen, in Rechnung gestellt werden. Es war bisher nicht geklärt, ob die weiter entfernt liegenden Spannglieder ihre nach unten gerichteten Umlenkkräfte direkt in die Stütze einleiten können, ohne den Durchstanzbereich zu belasten. In diesem Forschungsvorhaben wurde der Einfluss des Vertikalanteils von Spanngliedern auf den Durchstanzwiderstand durch numerische Simulationen und die Auswertung von Versuchen aus der Literatur näher untersucht. Zum Einfluss des Vertikalanteils der Vorspannung auf den Durchstanzwiderstand wurden zwei Parameterstudien durchgeführt. Im ersten Teil wurde der Spanngliedverlauf in Spanngliedlängsrichtung variiert. Dabei zeigte sich, dass sich die Traglast mit zunehmendem Abstand des Wendepunktes vom Stützenrand reduziert. Die beobachtete Traglastreduktion konnte dabei jedoch nicht durch den Vertikalanteil des in Richtung der Stütze ansteigenden Spanngliedes erklärt werden, sondern ist vielmehr proportional zur aufgebrachten Plattenkrümmung am Stützenrand infolge Vorspannung. Im zweiten Teil der Parameterstudie wurden die Spannglieder seitlich neben der Stütze in unterschiedlichen Abständen angeordnet. Wie zu erwarten war, reduzierte sich in den numerischen Simulationen mit zunehmendem Abstand der Spannglieder vom Stützenrand die Durchstanztragfähigkeit der Platte. Allerdings kam es nicht zu einem sprunghaften Abfall, sondern zu einer gleichmäßigen Reduktion der Tragfähigkeit

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Im Zuge dieses Forschungsvorhabens wurde der Einfluss von Hüllrohren auf den maximalen Durchstanzwiderstand vorgespannter Flachdecken experimentell untersucht. Hierzu wurden drei Durchstanzversuche auf dem Niveau der Maximaltragfähigkeit durchgeführt. Zwei Versuche waren mit einer Bügelbewehrung und ein Versuch mit Doppelkopfankern bewehrt. Die Spannglieder wurden in zwei Versuchen konzentriert im Bereich der Stützenränder und in einem Versuch gleichmäßig über die Plattenbreite verteilt verlegt. Die Spanngliedführung war parabelförmig mit einem Abstand der Wendepunkte von 1,5d vom Stützenrand. Die Versuche mit Bügeln als Durchstanzbewehrung wurden identisch zu einem Referenzversuch zur Bestimmung der maximalen Durchstanztragfähigkeit ausgeführt, um einen direkten Vergleich der Traganteile aus Vorspannung zu ermöglichen. Die Doppelkopfanker wurden sternförmig mit der gleichen Querschnittsfläche je Rundschnitt wie die Bügelbewehrung in die Platte eingebaut. Mit dem vorliegenden Bericht werden die Versuchskörper, die Materialeigenschaften der verwendeten Baustoffe, die Herstellung der Versuchsplatten, das Messprogramm und die Versuchsdurchführung detailliert beschrieben.

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