Weiterentwicklung von Bemessungs- und Konstruktionsregeln bei … · 2014. 12. 12. · DIN 1045...

Jürgen Schnell Josef Hegger Martin Empelmann

Weiterentwicklung von

Bemessungs- und Konstruktionsregeln

bei großen Stabdurchmessern

(> Ø 32 mm, BSt500)

26. und 27. November 2014, Düsseldorf

55. Forschungskolloquium des DAfStb

55. Forschungskolloquium des DAfStb 26.11.2014 2

Maximale Stabdurchmesser Normung

f bis 28 mm

DIN 488 (1984)

DIN 1045 (1988)

f bis 40 mm

DIN 488 (2009)

DIN 1045-1 (2001)

Zusatzregelungen für große Stabdurchmesser nach EC2

1. Abminderung der

Verbundfestigkeit

h2=(132-f)/100

2. Übergreifungen:

50%-Stoß

h,b ≥ 1,0 m

ss≤ 0,8fyd

3. Verbundsicherungs-

bewehrung 0,1As[cm²/m]

4. Oberflächenbewehrung zur

Rissbreitenbeschränkung

Anwendung großer Stabdurchmesser

Detail

Forschungsprojekt „große Stabdurchmesser“

Verbundfestigkeit und

Übergreifungsstöße Druckglieder und

Druckstöße

Rissverhalten und

Oberflächenbewehrung

RWTH Aachen TU Kaiserslautern TU Braunschweig

Verbundverhalten

Stäbe werden über fR und Oberfläche definiert

RILEM Pull-Out Test Modifizierter Beam End Test

55. Forschungskolloquium des DAfStb 26.11.2014

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

Schlupf s [mm]

Verbundverhalten

s=0,1 mm

Verbundverhalten

Abminderung der Verbundfestigkeit

0 10 20 30 40 50 60

,f20 [-]

Stabdurchmesser [mm]

h2=(132-f)/100 (EC)

h3=(25/f)0,3 (MC)

(lb = 5∙f, c=1,5∙f, tm(f 20 mm) = 1,0)

Übergreifungen

160 N/mm² 320 N/mm² 400 N/mm² Bruch

(a6 = 2,0, c=1,5∙f)

Übergreifungen - Rissbilder

Mtest/Mu = 83%

Versuch mit Mindestwerten nach EN 1992

a6=1,5 und c=1,0·f

Vergrößerung der Betondeckung

a6=1,5 und c=1,5·f

Mtest/Mu = 89%

wm = 0,40 mm

wm = 0,43 mm

Übergreifungen - Rissbilder

Mtest/Mu = 100%

Vergrößerung des Stoßfaktors

a6=2,0 und c=1,5·f

Oberflächenbewehrung

a6=2,0 und c=1,5·f

Mtest/Mu = 113%

wm = 0,62 mm

wm = 0,16 mm

Übergreifungen - Oberflächenbewehrung

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

wm Randfaser [mm]

StoßbereichStoßende

ohne Oberflächenbewehrung

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

wm Randfaser [mm]

mit Oberflächen-bewehrung

StoßbereichStoßende

Zusammenfassung

• Abminderung der Verbundfestigkeit für große

Stabdurchmesser ≥ 28 mm angemessen

• Stoßfaktor a6 = 2,0 und Betondeckung c=1,5·f erforderlich

für 100 %-Stöße

• Oberflächenbewehrung notwendig zur

Rissbreitenbegrenzung

(> Ø 32 mm, BSt500)

2. Jahrestagung und 55. Forschungskolloquium des DAfStb 26.11.2014 17

Rissbreiten und Oberflächenbewehrung

(> Ø32 mm, B500)

2. Jahrestagung und 55. Forschungskolloquium des DAfStb 26.11.2014

f40 f20 f14 f12 f28 f10 f8

1 f40 8 f14 11 f12 16 f10 4 f20 25 f8

Empfohlene Oberflächenbew. nach EC2 (kreuzweise 1% von Act,ext)

Geforderte Oberflächenbew. gem. NA für Deutschland (kreuzweise 2% von Act,ext)

Oberflächenbew. gem. Zulassungen GEWI

1998: Hautbewehrung nach DIN 1045:88

Längs: ash ≥ 2∙csb (≙2% von Act,ext) Quer: 2,0 cm²/m

2009: Oberflächenbewehrung nach DIN 1045-1:08

Längs: As,surf ≥ 0,02∙Act,ext Quer: As,surf ≥ 0,02∙Act,ext

Serie 1

Rissbreiten und Oberflächenbewehrung - Rissabstand Serie 1

5 15 25 35 45 55

Stabdurchmesser f [mm]

Eurocode 2

75%-Fraktil

Mittelwert

Serie 2

ohne Oberflächenbewe.

Serie 3

Längs: 1% von Act,ext

Bügel: f10-150

Serie 4

Bügel: f6-200

Serie 5

Bügel: f10-64,3

Serie 6

Bügel: f6-200

Gewi-Zulassung?

0,2 mm

Rissbreitenmessung

0,280mm

• Rissgeometrie

0,000 0,100 0,200

ngssta

Rissbreite [mm]

Vergleich der Rissbilder Serie 2 - 6

Serie 2

Serie 3

Serie 4

Serie 5

Serie 6 2% Oberflächenbewehrung, Bügel f6-200

2% Oberflächenbewehrung, Bügel f10-64,3

1% Oberflächenbewehrung, Bügel f6-200

1% Oberflächenbewehrung, Bügel f10-150

keine Oberflächenbewehrung

2 3 4 5 6 7

1,3 rk

Rissbreiten und Oberflächenbewehrung – Rissabstand Serie 2-7

75%-Fraktil

Mittelwert

Eurocode 2

Auswertung der Rissbreiten

• CEB-FIP Model Code 90 → wk = 75%-Fraktil

• Eurocode 0 → 75% Konfidenzniveau

• Beispiel: Mittelwert: wm = 0,263mm

Standard.: sw = 0,114mm,

Anzahl: n = 20

k m t ww w k s

Konfidenzniveau

75% 90%

Fraktilwert

75% 0,362 0,382

95% 0,483 0,515

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300

Rissbreite w [mm]

RB.6.40.C30/37.2.ko

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300

Rissbreite w [mm]

RB.5.40.C30/37.2.ko

0,000 0,100 0,200 0,300 0,400

Rissbreite w [mm]

RB.4.40.C30/37.1.ko

0,000 0,100 0,200 0,300 0,400

Rissbreite w [mm]

RB.3.40.C30/37.1.ko

Versuchsergebnisse

0,282mm

0,307mm

0,199mm

Serie 3 – 1% Oberflächenbewehrung

Fazit:

• As,surf ≥ 0,02∙Act,ext w75% ≤ 0,2mm kein Nachweis erforderlich!

• As,surf ≥ 0,01∙Act,ext w75% ≤ 0,3mm Rissbreitennachweis

Eurocode 2 ist ausreichend – NA kann aufgehoben werden

NDP, EN1992

Quelle: A. Ignatiadis, DAfStb

(> Ø 32 mm, BSt500)

Tragverhalten von Druckgliedern

(> Ø32 mm, B500)

Tragverhalten von Druckgliedern

Motivation

Vereinfachung in der

Bewehrungsführung bei

hochbewehrten Konstruktionen

Verringerung der Anzahl der

Bewehrungslagen und damit des

Verlegeaufwands

Vermeidung von Stabbündeln

und komplexen Stoß- und

Übergreifungskonstruktionen

Vereinfachung beim Betonieren

und Verdichten aufgrund der

größeren Stababstände

8 Ø28 mm 4 Ø40 mm

Stand der Normung und der Technik

Forschungsziel

Übertragung der Regelungen nach EC2+NA auf

Druckglieder mit Längsbewehrung > Ø32 mm ist

experimentell nicht abgesichert.

Experimentelle und theoretische Untersuchungen an

NSC- und HPC-Druckgliedern mit Rechteck-

querschnitt und Längsbewehrungsstäben Ø40 mm

zur Klärung folgender Punkte:

Mindestbauteildicke

Mindest- und maximale Betonfestigkeit

Bügeldurchmesser und Bügelabstände

Maximale Anzahl von Längsstäben je Bügelecke

Druckstöße und Bewehrungsgrad

Ziel: Erweiterung bestehender Bemessungsansätze und Konstruktionsregeln

zur Anwendung von Bewehrungsstäben Ø40 mm als Längsbewehrung

in Druckgliedern.

Versuchsprogramm

S 0 Referenzversuche mit Längsbewehrung Ø20 mm 3 Versuche

S 1 Versuche zur Mindestbauteilabmessung 3 Versuche

S 2 Versuche zum Einfluss der Bügelbewehrung 6 Versuche

S 3 Versuche zur zulässigen Stabanzahl je Bügelecke 6 Versuche

S 4 Versuche zur Druckstoßausbildung 5 Versuche

S 4 S 2 S 0 S 1 S 3

L = 2,06 m L = 1,50 m L = 1,50 m L = 1,50 m L = 1,50 m

Herstellung der Versuchskörper

S 2.3 S 0.3 S 1.3 S 3.3 S 4.2

Versuchsaufbau

10-MN-Druckprüfer 30-MN-Druckprüfer

4 Ø40 ▪ Bü Ø8/48

Experimentelle Ergebnisse S 0, S 1, S 2 und S 3

12 Ø40 ▪ Bü Ø12/30

4 Ø40 ▪ Bü Ø8/48

4 Ø40 ▪ Bü Ø8/24

Versagen S 2.5

10.000

12.000

14.000

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0

horizontale Mittenauslenkung v [mm]

Längsbewehrungsgrad Höhe der Traglast

Bügelbewehrungsgrad Nachbruchverhalten

0,00 0,33 0,67 1,00 1,33 1,67 2,00

bezogene vertikale Verformung w/wmax [-]

S 1.3S 2.3S 2.5S 3.2S 3.3

Längsbewehrungsgrad Höhe der Traglast

Bügelbewehrungsgrad Nachbruchverhalten

Experimentelle Ergebnisse S 4

2x4 Ø40 ▪ Bü Ø12/11

2x4 Ø40 ▪ Bü Ø12/6,3

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0

horizontale Mittenauslenkung v [mm]

S 4.2S 4.3

Durchstanz- bzw. Verbundversagen

Bü Ø12/6,3

Bü Ø12/11

0,00 0,33 0,67 1,00 1,33 1,67 2,00

bezogene vertikale Verformung w/wmax [-]

Durchstanz- bzw. Verbundversagen

Bü Ø12/6,3

Bü Ø12/11

Weitere Auswertung Versuch S 2.3

3D-Laserscan

Bruchvolumen 13,8 %

Stütze nach Versuch Bewehrungskorb

Versuchs- und Versagensmatrix

Vorschlag auf Grundlage der Versuche

Zusammenfassung

1. Die Versuchskörper aus normalfestem Beton versagten robust (Betonbruch).

2. Die Versuchskörper aus hochfestem Beton versagten schlagartig (Betonbruch).

3. Die max. Traglast wurde bei der Versuchserie S 0, S 1, S 2 und S 3 durch den

Längsbewehrungsgrad beeinflusst.

4. Die max. Traglast wurde bei der Versuchserie S 0, S 1, S 2 und S 3 nicht durch

den Bügelbewehrungsgrad beeinflusst.

5. Das Nachbruchverhalten wurde bei der Versuchserie S 0, S 1, S 2 und S 3

durch den Bügelbewehrungsgrad beeinflusst.

6. Bei den Versuchen der Serie S 4 zur Druckstoßausbildung (Übergreifungsstoß)

trat vorzeitig ein Durchstanz- bzw. Verbundversagen auf.

7. Auf Basis der experimentellen und theoretischen Untersuchungen wurden

Vorschläge formuliert, die als Grundlage für eine Anpassung der

Konstruktionsregeln nach EC2+NA dienen könnten.

Hochbau – Business Center BraWoPark – Stützen

Quelle: Reichel + Stauth Architekten

Hochbau – Business Center BraWoPark – Stützen

20 Ø28 mm

10 Ø40 mm

Tiefbau – Fernbahntunnel Berlin – Senkkasten

Detail

Quelle: Betonkalender 2005

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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