UNIVERSITÄTSBIBLIOTHEK

Ein Modell zur Beschreibung des Querkrafttragverhaltens von Stahlverbunddecken aus Leicht- und Normalbeton

  • Die Verbunddecke ist ein Deckensystem, das Akzeptanz und Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitig ausgereifter bautechnischer Qualität vereint. Nachweiskonzepte zur Biegetragfähigkeit und Längsschubtragfähigkeit wurden bereits für normative Regelungen erarbeitet. Für die Bemessung unter Querkraft orientiert sich das Regelwerk für Verbundbau am Nachweiskonzept für Massivbauteile. Eine eigenständige, an die besondere konstruktive Gestaltung von Verbunddecken angepasste Bemessung ist nicht vorhanden. Bisher wird somit ein empirisch gestütztes Querkraftmodell verwendet, dessen statistische Kalibrierung ohne Berücksichtigung von Verbunddeckenversuchen vorgenommen wurde. Neuere Untersuchungen an Verbunddecken mit gefügedichtem Leichtbeton zeigten, dass bei einem ungünstigen Verhältnis der Zug- zur Druckfestigkeit des Betons und in Abhängigkeit der Verankerung der Längsbewehrung relevante Sicherheitsdefizite infolge Querkraftversagen auftreten können. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die das Querkraftversagen bei Verbunddecken auslösenden Mechanismen separiert und in ihrer Wirkung beschrieben. Hierzu wurden eine Vielzahl von Querkraftversuchen an Verbunddecken mit variierender Blechgeometrie und in wechselnder Kombination mit Normal- und Leichtbeton durchgeführt. Aus dem Zugewinn an Erkenntnissen wurde ein mechanisch begründetes, variables Bemessungsmodell für Verbunddecken unter Querkraftbeanspruchung formuliert. Das Modell zeichnet sich durch die Berücksichtigung der bisher vernachlässigten Eigentragfähigkeit des Verbundblechs aus und kann zudem flexibel an die verwendete Betonart sowie an variierende Blechgeometrien angepasst werden. Das Querkraftmodell setzt sich aus den additiv wirkenden Traganteilen des Blechs, der ungerissenen Druckzone sowie der aktivierten Bruchprozesszone zusammen. Damit wurde ein geschlossener Lösungsvorschlag zur Querkraftbemessung erarbeitet, welcher eine optimale und sichere Ausnutzung des Deckensystems ermöglicht. Da die Einzeltragwirkungen individuell und mechanisch beschrieben wurden sind Ergän-zungen leicht möglich, so dass zukünftig auch die Einbindung der Wirkung von Faserbeton denkbar wäre. In der Arbeit wurde erstmals der Frage nach einem ingenieurmäßigen Nachweisformat für Verbunddecken unter Schubbeanspruchung nachgegangen. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen Schlussfolgerungen zu dem von Stahlbetonbalken abweichenden Tragverhalten und liefern damit eine Basis für weitere Forschungsansätze. Um dies zu unterstützen wurde eine umfangreiche Datensammlung durchgeführt und in einer Versuchsdatenbank von Stahlverbunddecken mit Querkraftversagen festgehalten.
  • The use of composite slabs is common because of its acceptance, technical quality and economic advantages. Design concepts for bending and longitudinal shear of the composite slabs are already embedded in the standardization. For the verification of the shear force capacity of composite slabs, the code of composite elements refers to the semi-empirical regulations for massive concrete beams without shear reinforcement. These empirical rules were not adapted to the specific bearing behaviour of composite slabs and a discrete model for composite slabs under shear load is missing. Latest investigations with composite slabs and structural lightweight aggregate concrete revealed a safety deficit in case of shear failure. The inaccuracy in the description of the failure mode depended on an unfavourable ratio between concrete tensile strength and compressive strength and interacts with the anchorage of the longitudinal reinforcement. Within the scope of this project the failure mechanisms of vertical shear in composite slabs were separated and described in their effect in order to develop a suitable shear model. For this purpose, shear tests on composite slabs with varying plate geometry and an alternating combination with normal and lightweight con-crete were performed. A mechanically justified, variable design model for composite slaps subjected to shear forces was formulated from the gain in knowledge. The model is characterized by a variable formulation. It can be adapted to varying sheet geometries and is valid for lightweight and normal weight concrete. The previously neglected shear bearing capacity of the metal sheet was taken into account. The shear model is composed by the vertical bearing components of the metal sheet, the uncracked compression zone and the activatible part of the fracture process zone. The components act in an additive manner. Thus, a first proposal of a closed solution for the shear design of composite slabs has been developed, which allows an efficient and safe utilization of this ceiling system. As the different bearing effects have been described individually, substitions or supplements of bearing mechanisms are easy. In future, the integration of the effect of fiber-reinforced concrete is conceivable. For the first time a research project dealt with an analysis for steel composite slabs under shear force. The findings allow conclusions on the structural behavior of composite slabs and the differences to reinforced concrete beams. This provides the basis for further research approaches. An extensive data collection was performed and recorded in a database of composite slabs with vertical shear failure in order to support further investigations.

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Metadaten
Verfasserangaben:Simon Hartmeyer
URN (Permalink):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-38874
Betreuer:Wolfgang Kurz, Ekkehard Fehling
Dokumentart:Dissertation
Sprache der Veröffentlichung:Deutsch
Veröffentlichungsdatum (online):01.10.2014
Jahr der Veröffentlichung:2014
Veröffentlichende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Titel verleihende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Datum der Annahme der Abschlussarbeit:15.09.2014
Datum der Publikation (Server):09.10.2014
Freies Schlagwort / Tag:Leichtbeton; Normalbeton; Querkraft; Verbunddecken
GND-Schlagwort:Querkraft; Stahlverbundbau; Stahlverbundkonstruktion
Seitenzahl:XI, 215
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Fachbereich Bauingenieurwesen
DDC-Sachgruppen:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 624 Ingenieurbau und Umwelttechnik
Lizenz (Deutsch):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vom 10.09.2012