Zur Ermittlung der Tragfähigkeiten, der Steifigkeiten und der Schnittgrößen von Verbundträgern mit halbsteifen, teiltragfähigen Verbundanschlüssen

  • In der vorliegenden Arbeit wurde ein vereinfachtes Rechenmodell zur Berechnung von Verbundträgern, mit der Berücksichtigung des Verbundanschlusses mit einer bilinearen Anschlußfeder hergeleitet. Die Entwicklung des Rechenmodells basiert dabei auf der Auswertung von Versuchen, die im Labor für Konstruktiven Ingenieurbau an der Universität Kaiserlautern durchgeführt worden sind. Besonders das beobachtete Trag-und Verformungsverhalten der Großversuche lieferte einen sehr wichtigen Beitrag zur Entwicklung des Modells. Es wurde Wert auf die Entwicklung eines einfachen Verfahrens gelegt, das trotzdem einen guten Kompromiß zwischen den Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit und die Sicherheit findet. Zur Bestimmung der verschiedenen, im Modell benötigten Rechengrößen, wurden insgesamt 56 Versuche mit Verbundanschlüssen ausgewertet. Die benötigten Rechengrößen sind folgende: Das vom Anschluß erreichbare, maximale Moment Die Auswertung der Versuche hat gezeigt, daß das rechnerische plastische Moment nicht von allen Anschlüssen erreicht wurde. Diesen Anschlüssen war gemeinsam, daß sie mit Matten bewehrt waren (oder mit Stabstahl d8mm), oder es wurde der Stützensteg für das Versagen des Anschlusses maßgebend. Auch die gelenkigen Fahnenblechanschlüsse (mit einem Spalt zwischen dem Trägeruntergurt und der Stütze) erreichten nicht immer das plastische Moment. Für diese Anschlüsse muß die Biegetragfähigkeit elastisch berechnet werden. Ausdrücklich zu betonen ist, daß die Bezeichnung plastischer Anschluß im Zusammenhang mit dem Rechenmodell nur etwas über die Größe des erreichbaren, rechnerischen Anschlußmomentes aussagt. Ein plastisch berechneter Anschluß kann sich, im Bezug auf die Duktilität, trotzdem spröde verhalten. Die Duktilität des Anschlusses wird gesondert ermittelt. Die Steifigkeit des Anschlusses Die im vereinfachten Rechenmodell zu ermittelnde Steifigkeit des Verbundanschlusses wird auf die Steifigkeit des angeschlossenen Trägers (im Zustand II) bezogen. Desweiteren hängt diese noch von der Geometrie des Anschlusses selbst ab. Die Zahlenwerte für die bezogenen Steifigkeiten der verschiedenen Anschlußtypen wurden mit Hilfe von 56 ausgewerteten Verbundanschluß-Versuche und mit Hilfe von wirklichkeitsnahen, physikalisch nichtlinearen Berechnungen kalibriert. Die rechnerische Grenzverdrehung des Anschlusses Für die Ermittlung der rechnerischen Grenzverdrehung wird, auf der sicheren Seite liegend, der Drehpunkt des Anschlusses in Höhe des Träger-Untergurtes festgelegt. Dann wird die rechnerische Grenzdehnung des Betongurtes berechnet und die Grenzverdrehung aus den Geometriewerten des Anschlusses und der Grenzdehnung des Betongurtes ermittelt. Die Kalibrierung des Verfahrens und die Justierung der Korrekturfaktoren wurden mit Hilfe der vorliegenden 56 Verbundversuche durchgeführt. Das reduzierte, plastische Feldmoment und die rechnerische Grenzverdrehung des Anschlusses Um noch eine zusätzliche Sicherheit gegen das Überschreiten der Maximallast des Trägers im Rechenmodell zu berücksichtigen, wird das größte Feldmoment auf das reduzierte, plastische Feldmoment begrenzt. Die Einführung dieser Reduzierung begründet sich in den nichtlinearen Berechnungen und insbesondere in der Auswertung der Großversuche. Um die letzten 10 % der Biegetragfähigkeit im Feld zu aktivieren, benötigt der Träger besonders große Verformungen. Dies bedeutet, daß die Duktilität des Verbundanschlusses dann benötigt wird, wenn der Verbundträger die 90%-Grenze seiner Biegebeanspruchbarkeit im Feld überschreitet. Im Rechenmodell wird diesem Verhalten dadurch Rechnung getragen, daß die Biegetragfähigkeit im Feld auf 90% des plastischen Feldmomentes begrenzt wird. Die restlichen 10% der Biegetragfähigkeit werden nur anteilmäßig in Abhängigkeit von der Größe der rechnerischen Grenzverdrehung des Verbundanschlusses dazu addiert. Die Rechenergebnisse des Modells wurden mit wirklichkeitsnahen, physikalisch nichtlinearen Gegenrechnungen überprüft. Die nichtlinearen Berechnungen wurden ihrerseits an den Großversuchen, die im Labor für Konstruktiven Ingenieurbau der Universität Kaiserslautern durchgeführt wurden, kalibriert. Für das Rechenmodell wurden getestet: Anschlüsse mit großer Steifigkeit, Anschlüsse mit geringer Steifigkeit, Anschlüsse mit sehr geringer Verdrehungsfähigkeit, Anschlüsse mit großer Verdrehungsfähigkeit, desweiteren die Grenzwerte nach [2.24] für die Einordnung eines Anschlusses in die Kategorie gelenkig , die Grenzwerte nach [2.24] für die Einordnung eines Anschlusses in die Kategorie starr , die Auswirkungen von Überfestigkeiten in den Anschlüssen, die Auswirkungen von veränderten Annahmen für die Festigkeiten beim gleichen System und beim gleichen Anschluß. Die Teilsicherheitsbeiwerte gegen ein Systemversagen bei den Berechnungen mit den Bemessungswerten (Berechnungs-Nr.: 12 und 22) liegen zwischen 1,18 und 1,59. Es wurden auch Vergleichsrechnungen mit hohen Werkstoffestigkeiten durchgeführt (Berechnungs-Nr.: 11 und 21), bei denen die angesetzten Bemessungswerte die wirklichen Festigkeiten z.T. sogar übersteigen. Hier liegen die Sicherheiten zwischen 1,01 und 1,49. Diese Werte stellen einen guten Kompromiß zwischen sicher und wirtschaftlich dar. Der Abstand zwischen den mit dem Rechenmodell ermittelten Verformungen und den nichtlinear ermittelten Verformungen wird i.a. erst kurz vor dem Erreichen der rechnerischen Grenzlast groß. Auf dem Gebrauchslastniveau werden die Verformungen vom vereinfachten Rechenmodell gut angenähert. Die Grenzen für die Einordnung der Anschlüsse in die Kategorien starr , verformbar und gelenkig , die in [2.24] angegeben sind, können durch die hier durchgeführten, vergleichenden Berechnungen bestätigt werden. Die Vergleichrechnungen zeigen, daß ein Anschluß im Zweifelsfall besser etwas steifer angenommen werden sollte. Dadurch wird er rechnerisch stärker beansprucht, und die Anschlußkonstruktion liegt auf der sicheren Seite. Die Auswirkungen auf das Feld sind gering. Auch verhält sich der Feldquerschnitt im allgemeinen gegenüber Abweichungen in den rechnerischen Annahmen gutmütiger . Durch die konzentrierte Verdrehung im Bereich des Verbundanschlusses und durch die Kerbe, die das Stützenprofil für den Betongurt darstellt werden direkt am Stützenprofil Risse im Betongurt hervorgerufen. Die erforderliche Betongurtdehnung aus der Anschlußverdrehung findet hier konzentriert in 2, bis maximal 3 Rissen statt. Dieses Rißgeschehen läßt sich bei großen Anschlußverdrehungen und mit einer normalen Bewehrung nur sehr schwer beherrschen, siehe Bild 4.13. Versuche mit unterschiedlichen Arten von Bewehrungen und Bewehrungsführungen sollten durchgeführt werden (z.B. stahlfaserbewehrter Beton im Anschlußbereich, Zulage von Stäben mit hochfestem Stahl, Zulage von Glasfiebermatten). Das Ziel muß es dabei sein, die Rißbreiten im Gebrauchszustand unter Kontrolle zu halten. Zu beachten ist dabei, daß der Gebrauchszustand des Anschlusses vom ganzen System -Träger mit Verbundanschluß - vorgegeben wird. Die Möglichkeit, die Bewehrung wirtschaftlich herstellen und einbringen zu können, sollte ein weiterer Gesichtspunkt bei der Planung der Versuche sein.

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Metadaten
Author:Christoph Odenbreit
URN (permanent link):urn:nbn:de:bsz:386-kluedo-10295
Advisor:H. Bode
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2000
Year of Publication:2000
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2000/05/30
Faculties / Organisational entities:Fachbereich ARUBI
DDC-Cassification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten

$Rev: 12793 $