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Zum Verbund- und Querkrafttragverhalten von Spannbetonträgern aus Ultra-hochfestem Beton

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[Quelle: http://d-nb.info]

Im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 1182 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wurden das Verbundverhalten von Spannlitzen in Ultrahochfestem Beton (UHPC) und die Querkrafttragfähigkeit von Spannbetonträgern aus UHPC untersucht, was den Schwerpunkten dieser Arbeit entspricht. Die experimentellen Untersuchungen umfassten 72 Pull-Out- und 14 Spannkrafteinleitungsversuche zum Verbundverhalten, und in 60 Versuchen an profilierten Spannbetonträgern aus UHPC wurde das Querkrafttragverhalten untersucht. Sowohl zum Verbund- als auch zum Querkrafttragverhalten wurden nichtlineare Berechnungsmethoden angewendet, um Ingenieurmodelle herzuleiten. Das Verbundverhalten von Litzen in UHPC wird mit einem Verbundmodell aus drei Traganteilen beschrieben: einem konstanten Grundwert sowie einem schlupfabhängigen und einem spannungsabhängigen Anteil der Verbundfestigkeit. Um die Vorspannung rissefrei einzuleiten, ist wie bei normal- und hochfesten Betonen eine bezogene Mindestbetondeckung c/d tief p = 2,5 erforderlich. Die experimentellen Übertragungslängen von 0,5 Zoll Litzen betrugen etwa 20 bis 22 cm. Bei mehreren Litzenlagen wie bei den Spannbetonträgern waren diese um etwa 20 Prozent vergrößert. Das hergeleitete Verbundgesetz gibt die Versuchsergebnisse zutreffend wieder. In den Untersuchungen zur Querkrafttragfähigkeit von vorgespannten Trägern aus UHPC mit und ohne Stegöffnungen wurden in insgesamt 60 Querkraftversuchen vor allem die Traganteile der Stahlfasern, einer Zulagebewehrung sowie die Einflüsse aus Maßstabseffekten und Öffnungen im Steg untersucht. Die Tragfähigkeit der Träger mit Stahlfasern als Querkraftbewehrung war etwa doppelt bis dreifach so groß wie die Tragfähigkeit von Trägern ohne Querkraftbewehrung. Die Einflüsse aus der Lage und der Anzahl von Öffnungen im Steg wurde systematisch untersucht. Öffnungen mit einem Durchmesser von 0,5d reduzieren die Querkrafttragfähigkeit auf etwa 75 Prozent. Durch den Einbau einzelner Betonstahlstäbe am Rand der Öffnungen konnte die Tragfähigkeit des Vollwandträgers wieder nahezu erreicht werden. Bei mehreren Öffnungen konnte eine gegenseitige Beeinflussung ausgeschlossen werden, wenn der lichte Abstand zwischen den Öffnungen mindestens 1,5d betrug. Maßstabseffekte waren in erster Linie bei der Fasertragwirkung zu beobachten. Während bei kleinen Trägerhöhen ein gutmütiges Nachrissverhalten und langsames Risswachstum auftrat, führte das plötzliche Risswachstum aufgrund des Maßstabseffektes bei Balken mit höheren Querschnitten zu einer deutlich geringeren Faserwirksamkeit. Die Querkrafttragfähigkeit wurde mit einem additiven Bemessungsansatz beschrieben, der aus den Fachwerktraganteilen der Stahlfasern und der Betonstahlbewehrung sowie einem Betontraganteil besteht. Nach Vergleichen mit den eigenen Versuchen und Versuchen aus der Literatur lässt sich mit dem hergeleiteten Bemessungsansatz die Querkrafttragfähigkeit von Spannbetonträgern aus UHPC zutreffend wiedergeben.

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Bücher, Broschüren

Matthias Kohl
Berechnungsbeispiele im Stahlbeton- und Spannbetonbau nach EC 2 und Nationalem Anhang
Bauwerk
2., Aufl.
2016, 198 S., 240 mm, Softcover
Beuth

 

 

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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Ralf Avak, Kathy Meiss
Spannbetonbau
Bauwerk-Basis-Bibliothek (BBB)
Theorie, Praxis, Berechnungsbeispiele nach Eurocode 2
3., überarb. Aufl.
2015, VI, 359 S., m. Abb. 170 x 240 mm, Softcover
Beuth

 

 

Das Grundlagenwerk nach Eurocode 2 stellt detailliert und übersichtlich den Zusammenhang zwischen Theorie und Praxis im Spannbetonbau dar. Anschaulich und verständlich werden neben der Theorie und zahlreichen einfachen Übungsbeispielen auch vollständige Berechnungsbeispiele von Spannbetonkonstruktionen (Zweifeldträger und Flachdecke) dargestellt. Alle Beispiele basieren auf DIN EN 1992-1-1 und den aktuellen DAfSt-Richtlinien gemäß Eurocode 2. Für die dritte Auflage wurde der gesamte Inhalt vollständig überarbeitet und hinsichtlich der Anforderungen des Eurocode 2 aktualisiert.

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Spannbeton
Grundlagen und Anwendungsbeispiele
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2012, 234 S., m. zahlr. Abb. 240 mm, Softcover
Reguvis Fachmedien

 

 

Spannbeton ist aus dem heutigen Baugeschehen nicht mehr wegzudenken. Im Brückenbau ist er gängige Praxis, im Hoch- und Industriebau (und hierbei insbesondere in Betonfertigteilen) wird er gleichfalls angewendet, um schlanke, weit gespannte Konstruktionen zu ermöglichen. Die Neuauflage berücksichtigt die Deutsche Fassung der DIN EN 1992-1-1 (2011) - EC 2 - sowie den zugehörigen Deutschen Nationalen Anhang NA (2011) - EC 2/NA. Die Theorie wird in komprimierter Form dargestellt. Die Bemessung im Spannbetonbau wird mit Hilfe von einfachen und ausführlichen Anwendungsbeispielen praxisnah erläutert. Aus dem Inhalt: - Spannverfahren-Vorspanntechnologie; - Arten der Vorspannung; - Querschnittswerte und Spannungsbeziehungen; - Schnittgrößenermittlung für vorgespannte Tragwerke; - Bemessung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit; - Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit; - Besonderheiten für den Brückenbau (DIN-Fachberichte 101 und 102).

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Gert König, Reinhard Maurer, Tilman Zichner
Spannbeton: Bewährung im Brückenbau
BMFT - Risiko- und Sicherheitsforschung
Analyse von Bauwerksdaten, Schäden und Erhaltungskosten
2012, x, 330 S., 59 Tabellen. 244 mm, Softcover
Springer, Berlin

 

 

Diese Reihe, vom Bundesminister fuer Forschung und Technologie herausgegeben, macht die Ergebnisse der Arbeit des Foerderschwerpunktes "Risiko- und Sicherheitsforschung" einer breiten Oeffentlichkeit zugaenglich. Sie dient damit dem Interesse nach einem allgemeinen Informationsaustausch zwischen den Beteiligten, den Fachleuten in Industrie und Forschung, den betroffenen Buergern und den Entscheidung tragenden Politikern. Dieser Band fasst die Ergebnisse einer Untersuchung von dreiundvierzig groesseren Tal- und Flussbruecken in Spannbetonweise zusammen, der Bericht beleuchtet den Brueckenbestand, wertet die dokumentierten Bauwerks- und Schadensdaten aus, geht dem Einfluss von Rissen in Beton auf Korrosion und Ermuedung der Stahleinlagen nach, zeigt Schwachstellen auf und unterbreitet Vorschlaege zu ihrer Ueberwindung. Auf bestehende Wissensluecken wird hingewiesen. Diese Bilanz betreibt Aufklaerung zu spektakulaeren Schadensfaellen und belegt, dass sich der Spannbeton auch im Brueckenbau bewaehrt hat. Das Buch wendet sich an Bauherren, Bauunternehmer, entwerfende und pruefende Ingenieure, aber auch an Behoerden und verantwortliche Politiker sowie an Juristen, die sich mit derartigen Schadensfaellen befassen. (-z-); This series published by the Federal Minister for Research and Technology throws the results of work in the main field of promotion "Risk and safety research" open to the public. 8311 Sie dient damit dem Interesse nach einem allgemeinen Informationsaustausch zwischen den Beteiligten , den Fachleuten in Industrie und Forschung, den betroffenen Buergern und den Entscheidung tragenden Politikern. This volume summarizes the results of an investigation of forty-three major valley and stream bridges in the prestressed concrete construction method; the report illustrates the stock of bridges, evaluates the documented structural and damage data, investigates the effect of cracks in concrete on corrosion and fatigue of the reinforcements, detects weak points and makes proposals for overcoming them. Existing gap

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Bacchetta, Bachmann
Versuche zur teilweisen Vorspannung für Längsschub und Querbiegung in Druckplatten von Betonträgern
Institut für Baustatik. Versuchsberichte
1977, iii, 77 S., 15 SW-Abb. 297 mm, Softcover
Springer

 

 

Der Anschluss von Stahlbetondruckplatten an Laengsstege ist vor allem im Brueckenbau ein wesentliches Problem. Die hier beschriebenen Versuche dienten der Abklaerung des Einflusses einer teilweisen Quervorspannung der Druckplatten von Betontraegern, die durch Laengsschub und Querbiegung beansprucht sind. Verschiedene Bemessungsmodelle wurden ueberprueft und anhand von Versuchsresultaten verglichen. (-y-)

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
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Katarzyna Zdanowicz, Michael Hansen
Chemische Vorspannung von textilbewehrten Sichtbetonbauteilen mit Quellbeton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3197
2020, 87 S., 90 Abb. u. 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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.

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Omid Moghaddam, Marcel Wichert, Martin Empelmann
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
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3071
2018, 80 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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Josef Hegger, Norbert Will, Boris Kommer
Verbundverankerungen von Spannstählen sowie Querkrafttragfähigkeit bei Spannbetonfertigteilen aus selbstverdichtendem Beton
Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3229
2010, 190 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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Josef Hegger, Frank Häusler
Einfluss des vertikalen Anteils der Vorspannung auf den Durchstanzwiderstand von vorgespannten Flachdecken
Bauforschung, Band T 3226
2010, 59 S., 51 Abb., 7 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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Josef Hegger, Frank Häusler
Einfluss von Hüllrohren auf die maximale Durchstanztragfähigkeit
Bauforschung, Band T 3203
2009, 152 S., 191 Abb., 14 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Steinbock, Oliver; Bösche, Thomas; Schumann, Alexander
Carbonbeton - Eine neue Verstärkungsmethode für Massivbrücken. Teil 2: Carbonbeton im Brückenbau und Informationen zur Zustimmung im Einzelfall für das Pilotprojekt "Brücken über die Nidda im Zuge der BAB A 648"
Beton- und Stahlbetonbau, 2021

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Steinbock, Oliver; Teworte, Frederik; Neis, Bastian
Carbonbeton - Eine neue Verstärkungsmethode für Massivbrücken. Teil 3: Planung und Umsetzung der Verstärkungsmaßnahme mit Carbonbeton am Pilotprojekt "Brücken über die Nidda im Zuge der BAB A 648"
Beton- und Stahlbetonbau, 2021

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Kollegger, Johann
Balanced-lift method for prestressed concrete bridges - 25?% lower cost compared to steel-concrete composite bridges
BFT International, 2021

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Gebauer, Daniel; Schmidt, Boso; Schacht, Gregor; Marx, Steffen
Beurteilung der Festigkeitseigenschaften bestehender Talbrücken aus Spannbeton. Materialuntersuchungen an Betonproben der Lahntalbrücke bei Limburg
Beton- und Stahlbetonbau, 2021

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Gleich, Philipp; Maurer, Reinhard
Das Erweiterte Druckbogenmodell für die Nachrechnung von Spannbetonbrücken - Theoretische Hintergründe
Bauingenieur, 2020

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