Beitrag zur Nachweisführung von querkraftbewehrten Stahlbeton- und Spannbetonquerschnitten unter kombinierter Biege- und Schubbeanspruchung auf Grundlage der Erweiterten Technischen Biegelehre

About the verification of reinforced and prestressed concrete cross-sections stressed by a combination of bending and shear based on an extension of the classical bending theory

  • Mit der Erweiterten Technischen Biegelehre (ETB) steht eine Möglichkeit zur Verfügung, den Gesamtverzerrungszustand von biege- und schubbeanspruchten Stahlbeton- und Spannbetonquerschnitten sowohl für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) als auch den Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) zu ermitteln. Bisher fehlte jedoch für eine allgemeine Anwendung der ETB eine statistische Absicherung durch einen umfangreichen Vergleich mit Versuchen. Als Grundlage für diesen Vergleich wurde zunächst ein Konzept zur Berücksichtigung von Tension-Stiffening und Tension-Softening in der Berechnung erarbeitet. Die Integration dieses Konzepts in die ETB erfolgte durch Dr. Hartung, der die ETB ursprünglich entwickelt hat. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden dann an der TU Kaiserslautern insgesamt 222 Querkraftversuche an Stahlbeton- und Spannbetontragern mit der ETB nachgerechnet. Dazu mussten zunachst fur die in den Versuchen auftretenden drei Schubbrucharten geeignete Versagenskriterien definiert werden. Aus der abschliesenden statistischen Bewertung ergaben sich mit der ETB fur die Tragfahigkeit gegenuber dem Fachwerkmodell wesentlich wirtschaftlichere Ergebnisse. Sowohl die verbleibende, nicht nutzbare Modellsicherheit war im Mittel deutlich geringer, als auch die Streuung der erzielten Ergebnisse. Damit wird eine Anwendung der ETB fur den GZT grundsatzlich ermoglicht. Auffallig ist hier u. a. die gegenuber dem Fachwerkmodell deutlich bessere Erfassung des Tragverhaltens von Spannbetontragern. Hier schrankt die untere Begrenzung der Druckstrebenneigung auf 18,4° die Effektivitat des Fachwerkmodells stark ein. Weiterhin wurde im Labor für Konstruktiven Ingenieurbau der TU Kaiserslautern an insgesamt sechs großmaßstäblichen Versuchen das Trag- und Verformungsverhalten von Stahlbeton- und Spannbetonträgern untersucht. Für die Bügeldehnungen ergaben sich daraus auch auf dem Niveau des Gebrauchszustandes gute Übereinstimmungen zwischen Versuch und Berechnung. Die bei einem Versuch im Momentennullpunkt erfolgten Messungen der Längsdehnungen haben zudem gezeigt, dass die durch die Schubbeanspruchung bedingte Stabverlängerung bereits im GZG nennenswerte Größen annehmen kann und somit bei Spannungsnachweisen berücksichtigt werden sollte. Eine statistische Absicherung für den GZG war jedoch aufgrund der geringen Anzahl der Versuche nicht möglich. In Verbindung mit der Vorstellung eines auf der ETB basierenden Bemessungskonzeptes wurde abschließend noch auf die Frage der erforderlichen Mindestquerkraftbewehrung eingegangen. Für den Nachweis von bestehenden Tragwerken wurde hier ein zu DIN 1045-1 2008 alternativer Nachweis der erforderlichen Duktilität auf Basis der ETB aufgezeigt.
  • The Extended Technical Bending Theory (ETB) allows determining the state of strain of reinforced and prestressed concrete cross-sections under bending and shear stress in serviceability limit state (SLS) as well as in ultimate limit state (ULS). Only a statistical validation by comparing the ETB with test results was missing for the common appliance of the ETB. As basis for this comparison a concept for the consideration of tension-stiffening and tension-softening was first designed. The integration of this concept into the ETB was done by Dr. Hartung, who has developed the ETB. In the context of this thesis 222 shear tests on reinforced and prestressed concrete beams was recalculated at the University of Kaiserslautern with the ETB. Therefor suitable failure criteria for the three types of shear failure have to be defined first. For the bearing capacity the final statistical evaluation delivers for the ETB much more economical results as for the common truss model. Both the remaining unusable model safety and the variation of the results were considerably lower. With these results the appliance of the ETB in ULS is basically possible. Especially the bearing behaviour of prestressed concrete beams is better realised by the ETB then by the truss modell. The restriction of the diagonal strut inclination on 18.4° limits in this case the effectiveness of the truss model. Furthermore the bearing and deformation behaviour of reinforced and prestressed beams have been analysed with six large-scale tests, done in the Laboratory for Construction Engineering at the University of Kaiserslautern. At SLS the comparison of measured and calculated stirrup strains shows a good conformance. The measurement of the longitudinal strains done in one of the tests at the moment zero-point demonstrates, that the additionally beam elongation due to shear stress can achieve appreciable values already at SLS. Therefore this additional beam elongation should be considered in stress verifications. Because of the limited number of tests a statistical validation for the SLS was not possible. Together with the presentation of a design concept based on the ETB the question of required minimum shear reinforcement was discussed at the end of this thesis. For the verification of existing concrete structures a proof of the required ductility based on the ETB was shown as alternative to the proof according to DIN 1045-1 2008.

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Metadaten
Author:Robert Kautsch
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-25300
Serie (Series number):Schriftenreihe der Fachgebiete Baustofftechnologie und Bauschadenanalyse, Massivbau und Baukonstruktion, Stahlbau des Studienganges Bauingenieurwesen (11)
Advisor:Jürgen Schnell
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2010
Year of Publication:2010
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2010/06/28
Tag:ETB; Fachwerkmodell
ETB; truss model
GND-Keyword:Bemessung ; Brückenbau ; Nachweis ; Querkraft ; Querschnitt ; Schub; Spannbeton ; Stahlbeton
Faculties / Organisational entities:Fachbereich ARUBI
DDC-Cassification:720 Architektur

$Rev: 12793 $