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Die Einführung des EC 7 Teil 1 Die Einführung des EC 7, Teil 1 ÖNORM EN 1997-1 ÖNORM B 1997-1-1
VERANKERUNGEN
K. Breit, L. Martak, M. Suppan
2009-06-04
Verankerungen
Verankerungen von
Bauwerkswänden,
Bauwerkssohlen,
Böschungen,
Zuggliedern, etc.
2
2
Verankerungen
Um das gängige Sicherheitsniveau nicht zuunterschreiten werden
geeignete Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen γE(Beanspruchungen γG , γQ ) und Widerstände γR (γa)
Einwirkungen (Beanspruchungen) in Abhängigkeit der Bemessungssituationen BS1, BS2 und BS3 definiert
Widerstände in Abhängigkeit der Schadensfolgeklassen CC1, CC2 und CC3 festgelegt
Anpassungswerte η (Abhängig von Schadensfolgeklassen CC1 bis CC3)siehe Tabelle 12 des NAD als Faktor des Bemessungswertes des Materialwiderstandes des Zuggliedes eingeführt
3
Verankerungen
derzeit gültig:– ÖNORM EN 1537 Verpressanker – ÖNORM EN 1537 Verpressanker
oft verwendet:– ÖNORM B 4455 „Vorgespannte Anker für Festgestein und
Lockergestein“
neu:– ÖNORM EN 1997-1 und ÖNORM B 1997-1-1
zusätzlich:– ÖNORM prEN ISO 22477-5 „Geotechnische Erkundungen-
Prüfungen von Geotechnischen Bauwerken und Bauwerksteilen-Teil 5: Ankerprüfungen“
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3
Nachweisführung der Grenzzustände GEO und STR gemäß ÖNORM B 1997-1-1:2007
Verankerungen
5
Verankerungen EBoden,m mittlerer Steifemodulltf ÷ l freie Stahllänge ÷ Stauchungslänge
des Bodens
Verankerungen
des BodensP0 ≥ h · γW - σBeton Festlegekrafth Anstieg des
BerechnungswasserstandesγW Wichte des GWσBeton Vertikalbelastung der BodenplattePp = 1,25 · Pk PrüfkraftPk charakteristischer Wert der
AnkerbelastungpW Porenwasserdruck
6
4
Verankerungen Lastfall 1Lastfall 1
Verankerungen
OPoBetonvtotalLT +Σ+=σσ 1
weffvtotal p+′= σσ
7
Lastfall 2 Lastfall 2
Verankerungen
weffv ptotal
+′= σσ( ) 12 vtotalLTwwoBetonvtotalLT hhP σγγσσ ≡∗+∗−Σ+=
Die Festlegekraft PDie Festlegekraft Poo ändert sich ändert sich
nicht, solange der Auftrieb nicht, solange der Auftrieb
NICHT die Größe von h*NICHT die Größe von h*γγw w
überschreitetüberschreitet
8
5
Verankerungen
Bild 2 der ÖNORM B 4455
Ausgabe August 1992
9
Ostermayer, H.:
Verankerungen
y ,1974:
Conference on Diaphragm Walls and Anchorages, London
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6
ÖNORM B 4455, Ausgabe August 1992bodenphysikalische Randbedingungen
Verankerungen
p y g gRichtlinien für den Entwurf, Punkt 6.8 der Einbau von Dauerankern ohne besondere Maßnahmen ist nicht gestattet
(1)wenn bestimmte Bodenverhältnisse im Bereich des Verpresskörpers vorliegen:
• organische Böden
• bindige (feinstkörnige) Böden mit einer Konsistenzzahl Ic < 0.90
• bindige (feinstkörnige) Böden mit einer Fliesgrenze wl > 50% und
• lockere Sande (mit einer auf den Porenanteil bezogenen Lagerungsdichte D < 0.30)
(2)wenn Wasser (Grundwasser) oder Böden anstehen, die Beton „stark“ oder „sehr
stark“ angreifen (siehe ÖNORM EN 1008)11
Vornorm zum Eurocode 7/1, die ENV 1997-1:1996 Abschnitt 8.8.3 „Konstruktive Gesichtspunkte“,
Verankerungen
(3) die folgenden Kriterien werden als Richtwerte angesehen, bei derenÜberschreitung besondere Vorkehrungengegen Wasseraggressivität am Beton und am erhärtenden Zementmörtel notwendig sind:
pH-Wert weniger als 5.5
Kohlensäure CO2 mehr als 40 mg/lKohlensäure CO2 mehr als 40 mg/l
Ammonium NH4 mehr als 30 mg/l
Magnesium mehr als 1000 mg/l
Sulphat SO4 mehr als 200 mg/l
Härte (dH) weniger als 30 mg CaO/l 12
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ÖNORM EN 1537:2000-09-01; Abschnitt D Bemessung von Verpresskörpern (informativ) D.5.1 Ankerbeiwert γq : 0,8 ≤ γq ≤ 1,1
Verankerungen
Beanspruchung des Untergrundes vorwiegend in Ankerachse
Ankersicherung:
die Anker sind durch
Zug beansprucht
Erd- und Wasserdruck:
Anker sind vorwiegend durch
Zug beansprucht
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ÖNORM EN 1537:2000-09-01; Abschnitt D Bemessung von Verpresskörpern (informativ) D.5.1 Ankerbeiwert γq : 0,8 ≤ γq ≤ 1,1
Verankerungen
Untergrund wird in Ankerachse und seitlich dazu beansprucht
Geländebruch:
die Verschiebung erfolgt ±rechtwinkelig zur Ankerachse
Hang-/Felssicherung:
die Verschiebung erfolgt sehr schiefzur Ankerachse
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8
Verankerungen
15
Verankerungen
Bemessung nach B 1997-1-1, EN 1997-1e essu g ac 99 , 99
• Verfahren 2 gemäß ÖNORM EN 1997-1:2006
• Bemessungssituationen : BS1, BS2, BS3
» BS1 : alle Einwirkungen aus normalem Betrieb, ständige Lasten, regelm. NL + Verkehrslasten,g , g ,also Schnee, Grundwasser, Wind
» BS2 : zeitl. begrenzte Zustände, z.B. Bauzustände» BS3 : Außergewöhnliche Situationen
Brand, Explosion, Erdbeben etc.
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9
Verankerungen
Bemessung nach B 1997-1-1, EN 1997-1Bemessung nach B 1997 1 1, EN 1997 1
• Schadensfolgeklasse CC1, CC2, CC3
» CC1 : keine Gefährdung für Mensch, geringe FolgenGebäude untergeord. Bedeutung
» CC2 : Gefährdung von Menschenleben,Hangsicherungen im Verkehrswegebau
» CC3 : Gefährdung vieler MenschenStaudämme, Infrastruktur hoher Bedeutung
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Teilsicherheitsbeiwerte für Beanspruchungen (γE)
WertSymbol Beanspruchung
Verankerungen
Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände vorgespannter Anker gegen Herausziehen für alle Bemessungssituationen (γR)
BS 1 BS 2 BS 3
ungünstig γG 1,35 1,20 1,00
günstig γG 1,00 1,00 1,00
ungünstig γQ 1,50 1,30 1,00
günstig γQ 0 0 0
ständig
veränderlich
yp g
Modellfaktor ηCC 1 CC 2 CC 3
γa;t 1,05 1,25 1,40
γa;p 1,05 1,25 1,40Daueranker
WertSymbol Widerstand
Kurzzeitanker
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10
Modellfaktor
Verankerungen
Modellfaktor η
CC 1 CC 2 CC 3
η 1,00 1,10 1,20
η 1,00 1,10 1,20Daueranker
WertSymbol Modellfaktor
Kurzzeitanker
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Verankerungen
– Erforderliche Nachweise
• Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit
• Nachweis für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit
20
11
Verankerungen
STR: Inneres Versagen oder große Verformungen von Bauteilen, wobei die Festigkeiten der Baustoffe für den Widerstand entscheidend sind
GEO: Versagen oder große Verformungen des Baugrunds, wobei dessen Festigkeit für den Widerstand entscheidend ist
Nachweis
Ed ≤ Rd
it
Nachweisverfahren 2
Ed = γE · E {Frep; Xk; ad }
Rd = R {Frep; Xk; ad }/γR
mit
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Verankerungen
– Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit
1. Errechnung des Bemessungswertes der Ankerkraft
2. Dimensionierung des Verpresskörpers
3 Dimensionierung des Stahlzuggliedes3. Dimensionierung des Stahlzuggliedes
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12
– Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit
Verankerungen
g g
1. Errechnung des Bemessungswertes der Ankerkraft Pd
Pd wird unter Verwendung der Teilsicherheitsbeiwerte und Variation der Bemessungssituationen ermittelt
Maßgebend ist jene Kombination, die ein maximales Pd = f(BS1,BS2,BS3) ergibt
Zusätzlich ist aus dem statischen Modell die minimal erforderliche freie Stahllänge zu ermitteln
→ Pd, ltf
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2. Dimensionierung des Verpresskörpers
Verankerungen
Ekd PP γ⋅=
a
ka;
γR
Ra;d =
Pd ≤ Ra;dPk charakteristischer Wert der Ankerbelastung
Pd Bemessungswert der Ankerbelastung
Ra;k charakteristischer Herauszieh-Widerstand
Ra;d Bemessungswert des Herauszieh-Widerstandes
γE Teilsicherheitsbeiwert für Beanspruchungen
T il i h h it b i t fü Wid tä dγa Teilsicherheitsbeiwert für Widerstände vorgespannter Anker gegen Herausziehen
→ Ra,d→ LFixed kann gewählt werden
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13
3. Dimensionierung des Stahlzuggliedes
Verankerungen
Ra;d ≤ Rt;d (ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.3)
Pd ≤ Ra;d ≤ Rt;d
R f A (1/ )
Aa;erf erforderliche Querschnittsfläche des Ankerzuggliedes
fpd Bemessungswert der Stahlspannung
fp0,1k Spannung bei 0,1%-Dehngrenze des St hl li dRt;d = fpd · Aa,erf · (1/η)
fpd = fp0,1k/γs
Stahlzuggliedes
γs Teilsicherheitsbeiwert des Stahlzuggliedes (γs=1,15 gemäß ÖNORM B 1992-1-1)
η Faktor in Abhängigkeit von den Schadensfolgeklassen
25
– Nachweis der Gebrauchstauglichkeit
Verankerungen
• Die Gebrauchstauglichkeit eines JEDEN Ankers ist zumindest mit der Abnahmeprüfung nachzuweisen.
• Prüfkräfte entsprechend Kapitel 4.6.1 ÖNORM B 1997-1-1:2007, die Durchführung der Prüfung selbst erfolgt gemäß ÖNORM EN 1537ÖNORM EN 1537.
26
14
• Prinzipiell 3 Arten von Ankerprüfungen
Verankerungen
p p g
– Untersuchungsprüfungen
– Eignungsprüfungen
– Abnahmeprüfungenp g
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Verankerungen
• Untersuchungsprüfungen
– Nur bei ausgewählten Bauprojekten
– Als Ergebnis erhält man den maximalen Herauszieh-Widerstand
Nachteil : Anker können nicht als Bauwerksanker – Nachteil : Anker können nicht als Bauwerksanker verwendet werden und großer Zeitbedarf
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15
• Eignungsprüfung
Verankerungen
– In Österreich gängige Praxis, die für die statischen Berechnungen zu Grunde gelegten Annahmen hinsichtlich des Herausziehwiderstandes mittels Eignungsprüfung zu überprüfen.
– Anzahl : 3 Anker pro Baustelle
– Prüfkraft BS1, BS2 Pp = 1,25 Pk
BS3 Pp = 0.90 Pd
– Durchführung und Prüfintervalle gemäß ÖNORM EN 1537
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Verankerungen
– Nachweis der Gebrauchstauglichkeit
• Abnahmenprüfung
– An JEDEM Anker
– Prüfkräfte analog Eignungsprüfungen
BS1, BS2 Pp = 1,25 Pk
BS3 Pp = 0.90 Pd
– Durchführung und Prüfintervalle gemäß ÖNORM EN 1537
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16
Beispiel 1Schadensfolgeklasse CC 2
Beispiel 1
Bodenart:schluffiger Sand, dicht gelagert
Ankerbelastung Bemessungssituation 1 (ständige BS)
Bemessungsituation 2 (vorübergehende BS)
Ständige Ankerbelastung PG,k [kN] 300 300
Veränderliche Ankerbelastung PQ,k [kN] 10031
1. Ermittlung des Bemessungswertes der Ankerbelastung Pd
Gesucht ?
2. Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit
- Dimensionierung des Verpresskörpers
- Dimensionierung des Stahlzuggliedes
3. Ermittlung der Prüfkraft Pp für die Eignungs- und Abnahmeprüfung
4. Nachweis für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit
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Bemessungswert der Ankerbelastung Pd
Bemessungssituation 1
fü ( ) Ö OTeilsicherheitsbeiwerte für Beanspruchungen (γE): ÖNORM B 1997-1-1, Tabelle 9ständig ungünstig: BS 1 γG = 1,35
Pd = PG,k·γG
Pd = 300·1,35 = 405,00 kN
Bemessungssituation 2
Teilsicherheitsbeiwerte für Beanspruchungen (γE): ÖNORM B 1997-1-1, Tabelle 9ständig ungünstig: BS 2 γG = 1,20veränderlich ungünstig: BS 2 γQ = 1,30
Pd = PG,k·γG + PQ,k·γQ
Pd = 300·1,20 + 100·1,30 = 490,00 kN33
St hlb t
Grenzzustand der Tragfähigkeit –Dimensionierung des Verpresskörpers
Stahlbeton b/l = 2,0/2,0 m
Litzenanker
2,00
0,80
t = ?
t = LFree + LFixed
LFree = 0,80 + 4,00 = 4,80 mLFree freie AnkerlängeLFixed Krafteintragunglänge
34
18
Bemessungswert des Herauszieh-Widerstandes:
Grenzzustand der Tragfähigkeit –Dimensionierung des Verpresskörpers
a
ka;RγRa;d =
Pd ≤ Ra;d
a
k;ad
RP
γ≤ (ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.2)
(ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.1)
Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände vorgespannter Anker gegen Herausziehen (γR) für alle Bemessungssituationen:Tabelle 11, ÖNORM B 1997-1-1: Daueranker, CC 2: γa = 1,25
kN 50,612R25,1
RkN 490 k,a
k;a ≥→≤
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Herauszieh-Widerstand (Untersuchungsprüfung)
Gemessene Kraft-Verschiebungslinien aus der Untersuchungsprüfung
kopf
vers
chie
bung
[mm
]An
kerk
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Herauszieh-Widerstand (Ostermayer)
Ra,k = 700 kN (Bruch) Bodenart:schluffiger Sand, dicht gelagert
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Herauszieh-Widerstand
Definition Bruch: Kriechmaß 2 mm (ÖNORM EN 1537)
Ra;k = 0,97·700 = 679,00 kNa;k , ,
kN 20,543kN 00,490 <
Pd ≤ Ra;d
Ra;d = kN 20,54325,1
679R
a
ka; ==γ
Ankerlänge t:t = LFree + LFixed = 4,80 + 5,00 = 9,80 m
Ausnutzungsgrad: μ = 90,020,54300,490
RE
d
d ==
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20
Grenzzustand der Tragfähigkeit –Dimensionierung des Stahlzuggliedes
Ra;d ≤ Rt;d (ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.3); ;
Pd ≤ Ra;d ≤ Rt;d
Pk·γE ≤ ≤ Rt;d
Rt;d = fpd · Aa;erf · (1/η)
a
ka;Rγ
fpd = fp0,1k/γs
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Grenzzustand der Tragfähigkeit –Dimensionierung des Stahlzuggliedes
Gewählt: Spannstahl-Litze 0,60″ (15,2 mm ∅) , 1″ = 2,54 cmStahlgüte St 1570/1770
Mechanische Eigenschaften
Streckgrenze fyk = 1570 N/mm2
Zugfestigkeit fpk = 1770 N/mm2
0,1%-Dehngrenze fp0,1k = 0,9· fpk = 1593 N/mm2
E-Modul Ep = 195000 N/mm2
Nennquerschnitt Ap = 140 mm2
40
21
Grenzzustand der Tragfähigkeit –Dimensionierung des Stahlzuggliedes
Pd ≤ Ra;d ≤ Rt;d
Ra;d = 543,20 kN = 543200 N
543,20 kN ≤ Rt;d
Rt;d = fpd · Aa;erf · (1/η)
Ra;d ≤ fpd · Aa;erf · (1/η)
fpd = fp0,1k/γs = 1593/1,15 = 1385 N/mm2
Tabelle 12: Daueranker, CC 2: η = 1,10
543200 N ≤ 1385 N/mm2 · Aa,erf · (1/1,10) → Aa;erf ≥ 431 mm2
→ 4 Spannstahl-Litzen 0,60″ (140 mm2), Stahlgüte St 1570/177041
Prüfkraft für Eignungs- und Abnahmeprüfung
ÖNORM B 1997-1-1: BS 1 und BS 2: Pp = 1,25 · Pk
BS 3 P 0 90 PBS 3: Pp = 0,90 · Pd
Bemessungssituation 2:
PG,k = 300,00 kN
PQ,k = 100,00 kN
Pk = PG,k + PQ,k = 300,00 + 100,00 = 400,00 KN
Pp = 1,25 · Pk = 1,25 · 400,00 kN = 500,00 kN
42
22
Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit
ÖNORM B 1997-1-1:
Abnahmeprüfung:
Die Gebrauchstauglichkeit jedes Einzelankers ist mit der
Abnahmeprüfung nachzuweisen.
Pp = 1,25 · Pk = 1,25 · 400,00 kN = 500,00 kN
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Bodenkennwerte (charakteristisch):ϕk = 35°γ = 18 0 kN/m3
Beispiel 2
γk = 18,0 kN/m3
δk = 2/3·ϕkErddruck: 50% Ea, 50% E0
Schadensfolgeklasse CC 2
LastenBemessungssituation 1
(ständige BS)Bemessungsituation 2 (vorübergehende BS)
Ständige Last pk [kN/m²] - -
Veränderliche Last qk,1 [kN/m²] 20 20
Veränderliche Last qk,2 [kN/m²] 30 44
23
1. Ermittlung der Ankerbelastung Pk und Pd
Gesucht?
2. Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit
- Dimensionierung des Verpresskörpers
- Dimensionierung des Stahlzuggliedes
3. Ermittlung der Prüfkraft Pp für die Eignungs- und Abnahmeprüfung
4. Nachweis für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit
45
Ankerbelastung Pk und Pd
Ankerkraft P [kN/m] BS 1 BS 2
Ankerbelastung pro Meter
Ankerkraft P [kN/m] BS 1 BS 2
charakteristische Ankerkraft Pk 203,47 224,55
Bemessungswert der Ankerkraft Pd 281,22 275,92
Mit einem gewählten Ankerabstand von 2,00 m ergibt sich die Ankerbelastung
Ankerkraft P [kN] BS 1 BS 2
charakteristische Ankerkraft Pk 406,94 449,10
Bemessungswert der Ankerkraft Pd 562,44 551,84
46
24
Grenzzustand der Tragfähigkeit –Dimensionierung des Verpresskörpers
Bemessungswert des Herauszieh-Widerstandes:
Pd ≤ R d (ÖNORM EN 1997-1 Gl 8 1)
a
ka;RγRa;d =
Pd ≤ Ra;d
a
k;ad
RP
γ≤
Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände vorgespannter Anker gegen
(ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.2)
(ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.1)
kN 05,703R25,1
RkN 44,562 k,a
k;a ≥→≤
Herausziehen (γR) für alle Bemessungssituationen:Tabelle 11, ÖNORM B 1997-1-1: Daueranker, CC2: γa = 1,25
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Herauszieh-Widerstand
Nachweis:
kN 00,780kN 44,562 <
Pd ≤ Ra;d
Nachweis:
Ausnutzungsgrad: μ = 72,000,78044,562
RE
d
d ==Ra;d =
Ra,k = 975 kN (Bruch)
kN 00,78025,1
975R
a
ka; ==γ
48
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Grenzzustand der Tragfähigkeit –Dimensionierung des Stahlzuggliedes
Ra;d ≤ Rt;d (ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.3); ;
Pd ≤ Ra;d ≤ Rt;d
Pk·γE ≤ ≤ Rt;d
Rt;d = fpd · Aa,erf · (1/η)
a
ka;Rγ
fpd = fp0,1k/γs
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Grenzzustand der Tragfähigkeit –Dimensionierung des Stahlzuggliedes
Gewählt: Spannstahl-Litze 0,60″ (15,2 mm ∅) , 1″ = 2,54 cmStahlgüte St 1570/1770
Mechanische Eigenschaften
Streckgrenze fyk = 1570 N/mm2
Zugfestigkeit fpk = 1770 N/mm2
0,1%-Dehngrenze fp0,1k = 0,9· fpk = 1593 N/mm2
E-Modul Ep = 195000 N/mm2
Nennquerschnitt Ap = 140 mm2
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Grenzzustand der Tragfähigkeit –Dimensionierung des Stahlzuggliedes
Pd ≤ Ra;d ≤ Rt;d
Ra;d = 780 kN = 780000 Na;d 80 80000
780 kN ≤ Rt;d
Rt;d = fpd · Aa,erf · (1/η)
Ra;d ≤ fpd · Aa,erf · (1/η)
fpd = fp0,1k/γs = 1593/1,15 = 1385 N/mm2
Tabelle 12: Daueranker, CC 2: η = 1,10
780000 N ≤ 1385 N/mm2 · Aa,erf · (1/1,10) → Aa,erf ≥ 619 mm2
→ 5 Spannstahl-Litzen 0,60″ (140 mm2), Stahlgüte St 1570/177051
Länge des Verpressankers: Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge
Bruch in der tiefen Gleitfuge nach Kranz (Bild EB 44 1)Bruch in der tiefen Gleitfuge nach Kranz (Bild EB 44-1)
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Länge des Verpressankers: Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfugemaximaler charakteristischer Ankerwiderstandes Ra,k
Nachweis:
Pd ≤ Ra,d Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände von Stützbauwerken (γR):ÖNORM B 1997-1-1, Tabelle 11Erdwiderstand BS 1: γR;e = 1,40
e;R
k,ad,a
RR
γ=
53
Prüfkraft für Eignungs- und Abnahmeprüfung
ÖNORM B 1997-1-1: BS 1 und BS 2: Pp = 1,25 · Pk
BS 3: Pp = 0,90 · Pd
Bemessungssituation 2:
Pk = 449,10 KN
P = 1 25 · Pk = 1 25 · 449 10 kN = 561 38 kNPp 1,25 Pk 1,25 449,10 kN 561,38 kN
54