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Bemessung von zugbeanspruchten kombinierten Übergreifungsstößen aus Glatt- und Rippenstählen beim Bauen im Bestand

  • Beim Bauen im Bestand werden häufig neue Stahlbetonbauteile kraftschlüssig an bestehende Tragstrukturen angeschlossen. Dies wird bei Ortbetonbauteilen günstig mit dem Übergreifungsstoß realisiert. Bis Ende der 1950-er Jahre wurden im Stahlbetonbau überwiegend glatte Betonstähle verwendet, bevor sie mit einer Übergangszeit bis Ende der 1970-er Jahre von den heute eingesetzten gerippten Betonstählen abgelöst wurden. Im Gegensatz zu den seit 1925 genormten Übergreifungsstößen mit Betonstählen gleicher Art und Güte sind kombinierte Übergreifungsstöße von Glatt- und Rippenstählen jedoch bis heute nicht geregelt. Zur Beseitigung dieses Defizits wurden im Rahmen dieser Arbeit differenzierte Bewehrungsregeln hergeleitet, die wissenschaftlich abgesicherte und gleichzeitig wirtschaftliche Lösungen für kombinierte Übergreifungsstöße ermöglichen, denn unter Einbeziehung des Rückbaus bestehender Altbetonsubstanz verlangt eine ökonomische Bauweise für Übergreifungsstöße von freigelegten historischen Glattstählen mit aktuell verwendeten Rippenstählen nach Vollstößen mit kleinstmöglichen Übergreifungslängen. Dabei sind die Anforderungen nach heute gültigem Regelwerk an die Zuverlässigkeit gegen Versagen im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) und die Sicherstellung der vorgegebenen Nutzung durch Begrenzung der Rissbreiten im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) zu beachten. Für verschiedene kombinierte Übergreifungsstöße von mit Endhaken versehenen glatten Betonstählen BStI und gerippten Betonstählen B500 mit geraden Stabenden oder Endhaken wurden die erforderlichen Übergreifungslängen anhand systematisch aufgebauter Versuchsreihen empirisch ermittelt. Dabei wurde ein grundlegendes Verständnis für die Tragwirkung kombinierter Übergreifungsstöße gewonnen und ein allgemeingültiges Lastübertragungsmodell erarbeitet. Zur Bemessung kombinierter Übergreifungsstöße wurde weiter ein Ingenieurmodell abgeleitet, welches die Tragwirkung derartiger Stöße zuverlässig beschreibt und die experimentell ermittelten Übergreifungslängen bestätigt. Dabei wurde unter Berücksichtigung der für den Verbund maßgebenden Betonzugfestigkeit, der Stahlspannungen und den Stabdurchmessern auf Basis statistischer Methoden ein Bemessungsdiagramm für die erforderliche Übergreifungslänge bestimmter Stoßkombinationen erarbeitet und eine ergänzende FE-Modellierung durchgeführt. Darauf aufbauend werden allgemeingültige Gleichungen zur Ermittlung der Bemessungswerte der Übergreifungslängen kombinierter Übergreifungsstöße mit Glattstahl BStI und Rippenstahl B500 angegeben und Konstruktionsregeln für in der Praxis regelmäßig vorkommende Kombinationen von Stabdurchmessern, Betongüten und Verbundbedingungen erarbeitet, die für Kombi-Stöße gleichwertig zu den Regeln des EC2 für den Neubaufall angewendet werden können.
  • In design and construction of existing buildings new reinforced concrete components often are connected to existing support structures. At in situ concrete structures this is beneficial realized with lapped joints. Until the late 1950’s in reinforced concrete predominantly smooth reinforcing bars were used. After this until the 1970's they were step by step replaced by ribbed reinforcing bars as used today. In contrast to lapped joints with equal steel grade at each bar, as they have been standardized since 1925, combined lapped joints of smooth and ribbed steel, however, are not regulated until now. To eliminate this deficit, in this work reinforcement regulations were differentiated, that allow scientifically verified and simultaneously economical solutions for combined lapped joints. The involved dismantling of existing concrete requires an economical design for lapped joints of exposed historical smooth steels with modern ribbed steels with the smallest possible overlap length. Thereby current requirements according to applicable rules and regulations on the reliability against failure in the ultimate limit state (ULS) and ensuring the predetermined usage by limiting the crack widths in the serviceability limit state (SLS) must be observed. For several combined lapped joints of smooth steel BStI with hooks and ribbed reinforcing steel B500 with straight bar ends or hook the necessary overlap lengths were empirically determined based on systematically constructed experimental series. Thereby a basic understanding of the structural behavior of combined lapped joints was recovered and a universal load transfer model could be developed. Furthermore for design of combined lapped joints an engineering model has been derived, which reliably describes the supporting effect of such joints and confirms the experimentally determined overlap lengths. Based on modern statistical methods and a supplemental finite element modeling there was developed a design diagram for the required lap length of certain lapped combinations taking into account the composite strength of concrete, which is mainly affected by the tensile strength of concrete, the steel stresses and the bar diameters. Building on this general equations and design rules for in practice regularly occurring combinations of bar diameters, concrete qualities and bond conditions were developed and specified for determining the design values of the lap lengths of combined overlapped joints with smooth steel BStI and ribbed steel B500, that can be applied equivalent to the rules of EC2 in the case of new building.

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Metadaten
Author:Uwe Angnes
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-43782
ISBN:978-3-95974-019-7
Serie (Series number):Schriftenreihe der Fachgebiete Baustofftechnologie und Bauschadenanalyse, Massivbau und Baukonstruktion, Stahlbau des Studienganges Bauingenieurwesen (23)
Publisher:Technische Universität Kaiserslautern
Place of publication:Kaiserslautern
Advisor:Jürgen Schnell, Martin Empelmann
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2016/05/17
Date of first Publication:2016/05/17
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2016/03/22
Date of the Publication (Server):2016/05/18
Number of page:XXII, 222, A.1-33, A.2-124, A.3-41
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Bauingenieurwesen
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vom 30.07.2015