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Forschungsberichte

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Forschungsbericht: Spritzbetonverstärkte Stahlbetonstützen - Bemessungskonzept

Spritzbetonverstärkte Stahlbetonstützen - Bemessungskonzept

Bauforschung, Band T 2804
Josef Hegger, Naceur Kerkeni
TH Aachen, Lehrstuhl und Institut für Massivbau -IMB-
1997, 242  S.
Fraunhofer IRB Verlag

Inhalt

Seit längerem schon werden Stahlbetonstützen mit Spritzbeton instand gesetzt oder nachträglich verstärkt. Bislang gibt es zu diesem Bauverfahren kein umfassendes Bemessungskonzept. Nach einer systematischen Auswertung früherer Untersuchungen an den Stützen sind Versuche unter zentrischer wie auch ausmittiger Belastung unternommen worden. Zusätzliche Langzeitversuche klärten den Einfluss des zeitabhängigen Materialverhaltens von Altbeton und Spritzbeton. Alle Versuche, auch die früheren, wurden mit LIMFES nachgerechnet. Dieses Rechenprogramm basiert auf der Methode der finiten Elemente und arbeitet mit einem dreidimensionalen Betonmodell. Umfangreiche Parameterstudien mit LIMFES führten schließlich zu dem Bemessungsverfahren für spritzbetonverstärkte Stahlbetonstützen. Das Verfahren gilt für zentrische und ausmittige Belastung, ist einfach praktizierbar und ergibt Resultate, die mit den experimentell erhaltenen Ergebnissen gut übereinstimmen.

Verfügbare Formate

E-Book (PDF-Datei)
EUR 25.00 (* inkl. MwSt.)
Social DRM
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Inhaltsverzeichnis

1 PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG 1
1.1 Problemstellung 1
1.2 Zielsetzung 1
2 ÜBERBLICK ZUM STAND DER KENNTNISSE 3
2.1 Untersuchungen an monolithischen, umschnürten Druckgliedern 3
2.1.1 Stützen mit kreisförmigem Querschnitt 3
2.1.2 Rechteckige Stützen 6
2.2 Versuche zur Stützenverstärkung 15
2.2.1 Versuche von Eibl, Bachmann [El, E2] 15
2.2.2 Versuche von Eibl, Wörner, Braun [E4] 15
2.2.3 Versuche von Krause, Cordes, Trost [C4, K3] 16
2.2.4 Versuche von Schäfer, Li, Bäätjer [S3] 17
2.3 Bemessungskonzepte für spritzbetonverstärkte Stützen 18
2.3.1 Allgemeines 18
2.3.2 Bemessungsansätze für den Krafteinleitungsbereich 19
2.3.3 Bemessungsansatz für den Stützenmittelbereich 28
3 DER BAUSTOFF SPRITZBETON 30
3.1 Anwendung 30
3.2 Normen, Richtlinien, Vorschriften und Empfehlungen 30
3.3 Spritzverfahren 32
3.4 Bereitstellungsgemisch 34
3.5 Betonzusatzmittel und -stoffe 35
3.5.1 Silicastaub 35
3.6 Auftragsfläche 36
3.7 Spritztechnik 36
3.8 Nachbehandlung 37
3.9 Porosität 37
3.10 Prüfverfahren 39
3.11 Bemessungsregeln 39
4 EIGENE VERSUCHE 42
4.1 Versuchsprogramm und Begründung 42
4.2 Herstellung der Versuchskörper 44
4.2.1 Baustoffe 44
4.2.2 Altbetonstütze 46
4.2.3 Verstärkungsmaßnahme .48
4.3 Nachtrglich verstärkte Stützen unter zentrischer Belastung 49
4.3.1 Versuchsaufbau 49
4.3.2 Durchführung der Versuche 51
4.3.3 Trag- und Verformungsverhalten 53
4.4 Nachträglich verstärkte Stützen unter exzentrischer Belastung 64
4.4.1 Versuchsaufbau 64
4.4.2 Trag- und Verformungsverhalten 65
4.5 Langzeitversuche an spritzbetonverstärkten Stützen 73
4.5.1 Einführung 73
4.5.2 Versuchsaufbau 73
4.5.3 Zeitlicher Ablauf der Versuche 77
4.5.4 Versuchsergebnisse 79
4.5.5 Parameterstudie 88
4.5.6 Zusammenfassung 95
5 RECHNERISCHE UNTERSUCHUNGEN UND ENTWICKLUNG EINES BEMESSUNGSKONZEPTES FÜR SPRITZBETONVERSTÄRKTE STÜTZEN 96
5.1 Rechnerische Untersuchungen 96
5.1.1 Grundlagen der rechnerischen Untersuchungen 96
5.1.2 Das FE-Programm "LIMFES" 112
5.1.3 Parameterstudien 115
5.2 Bemessungsansatz für den Lasteinleitungsbereich 124
5.2.1 Herleitung 124
5.2.2 Bemessungsansatz 133
5.3 Bemessungsansatz für den Stützenmittelbereich 135
5.4 Bemessungsbeispiel 135
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 138
7 LITERATURVERZEICHNIS 140
ANHANG A A1-A15

Publikationslisten zum Thema:
Instandsetzung, Sanierung, Tragfähigkeit, Stütze, Verstärkung, Spritzbeton, Stahlbetonstütze, Versuch, Parameterstudie, Tragverhalten, Querbewehrung, Ausmittigkeit, Lastausmitte, Bemessung, Berechnung, Vergleich, Übereinstimmung, Tragfähigkeitserhöhung, Nachrechnung,


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Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)
Oliver Fischer, Dirk Volkmer, Philipp Lauff, Manuel Hambach, Matthias Rutzen
Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)
Abschlussbericht.
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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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2018, 332 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
 
 
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
Fraunhofer IRB Verlag
 
 
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


Hochfeste Bewehrung im Stahlbetonbau - Identifizierung von Anwendungsmöglichkeiten, Entwicklung von Bemessungsgrundlagen und Ermittlung des wirtschaftlichen Einsparpotentials
Matthias Scheibe, Florian Hude, Josef Hegger, Janna Schoening
Hochfeste Bewehrung im Stahlbetonbau - Identifizierung von Anwendungsmöglichkeiten, Entwicklung von Bemessungsgrundlagen und Ermittlung des wirtschaftlichen Einsparpotentials
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Fraunhofer IRB Verlag
 
 
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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