Embed Size (px)
Citation preview
8
Zusammenfassung
Mit der Verwendung von Murfor-Lagerfugenbewehrungen verfolgt man die Idee, die durch Zwängungsbeanspruchungen entstehenden Risse so zu verteilen, dass keine Folgeschäden entstehen und das Aussehen nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Um einen zweckmässigen Einsatz der Bewehrung zu erreichen, sind Empfehlungen für den notwendigen Bewehrungsgehalt erforderlich.
Die vorliegende Forschungsarbeit soll die Grundlagen für eine solche Empfehlung liefern. Es wurden Zugversuche an bewehrten Wänden aus Siporex-Mauerwerk durchgeführt, um den Einfluss der Bewehrung auf die Rissverteilung und die Rissweite zu studieren.
Unter Verwendung von Siporex-Gasbetonsteinen der Qualität GN und dem Klebemörtel 'Lamit E 20' wurden zwei Wände gleicher Aussenabmessungen hergestellt. Beide Wände wiesen eine Lagerfugenbewehrung auf. Es wurden zwei verschiedene Bewehrungsgehalte geprüft, einmal mit Bewehrung in jeder Lagerfuge und einmal mit Bewehrung nur in jeder zweiten Fuge. Für den Versuch MZ 9 wurde die beidseitig verkürzte Wand des Versuchs MZ 1 mit einer veränderten Krafteinleitung versehen. Die Wände wurden in Richtung der Lagerfugen mit zentrischem Zug belastet. Gemessen wurden die Last, die Verformung in Kraftrichtung und die Rissweiten.
Aus den Resultaten lässt sich folgendes hervorheben:
Die Risslast wurde bei rund 50 kN erreicht. Dies entsprach einer Spannung bezogen auf den Bruttoquerschnitt der Wand von 0.12 N/mm2 • Bis zur Risslast verhielten sich die Siporex-Wände linear elastisch. Die Steifigkeit der Wände betrug 1150 N/mm2 •
- Mit dem Auftreten des ersten Risses fiel die Last auf ca. 60% der Risslast ab, bei konstant gehaltener Verformung.
Die Siporex-Wände rissen immer schlagartig über den ganzen Querschnitt senkrecht zur Kraftrichtung. Beim stärker bewehrten Versuch MZ 3 entstanden insgesamt vier Risse, im Abstand einer Steinlänge über die Wand verteilt. Beim geringer bewehrten Versuch MZ 9 bildete sich nur ein Riss in der Wandmitte aus.
- Die Rissweiten nahmen sofort bei Entstehung der Risse sehr gros se Werte an: bei MZ 3 0.6 mm und bei MZ 9 sogar 2 mm.
- Als Bruchlast der Wand wird die Last bei Bruch der Bewehrung definiert. Bei der Wand MZ 3 mit dem geometrischen Bewehrungsgehalt von 0.346.10-3 war die Bruchlast um rund 70% grösser als die Risslast. Bei der Wand MZ 9 mit dem Bewehrungsgehalt von 0.173.10-3 war die Bruchlast hingegen kleiner als die Risslast, sie betrug nur 90% der Risslast. Deshalb konnten nach dem ersten Riss gar keine weiteren Risse mehr entstehen.
Beim Versuch MZ 1 versagten die Krafteinleitungen bevor die Risslast erreicht werden konnte.
9
Resume
Par 1 'utilisation de 1 'armature "Murfor" dans les lits de pose on cherche a atteindre les buts suivants: assurer la distribution des fissures induites par les etats d'autocontraintes et prevenir les eventuels dommages et deteriorations importantes qui pourraient nuire a 1 'aspect des constructions en ma~onnerie. L'utilisation d'une telle armature doit toutefois s'effectuer sur la base de recommandations fixant le
taux d'armature adequat.
Les travaux de recherche effectues dans le cadre du present projet doivent fournir les bases d'une telle recommandation. Pour ce faire, on a procede ades investigations experimentales sur des parois en "Siporex" sollicitees par des actions de traction. Le but de ces essais etait 1 'etude de 1 'influence de 1 'armature sur la distribution et 1 'ouverture des fissures.
Les investigations experimentales ont ete realisees sur deux parois en briques de beton aere "Siporex" de qualite GN, hourdi es au mortier adhesif "Lamit E 20" et armees au moyen d'elements "Murfor". Les dimensions des parois ont ete maintenues constantes. On a experimente deux taux d'armature differents; dans une paroi, on a dispose un element "Murfor" dans chaque lit de pose tandis que dans 1 'autre, 1 'armature etait concentree dans un lit de pose sur deux (Fig. 5). L'essai MZ 9 a ete realise avec la paroi MZ 1 apres que 1 'on ait modifie le dispositif de chargement.
Les parois ont ete soumises a 1 'action d'une traction uniforme dans la direction des lits de pose. Lors des essais, on a effectue le mesurage des grandeurs suivantes: la charge de traction, les deplacements dans la direction de la charge ainsi que 1 'ouverture des fissures.
Les resultats des essais peuvent etre resumes comme suit:
- La charge de fissuration s'est elevee a environ 50 kN. Cette valeur correspond a une contrainte de traction rapportee a la surface brute de la section transversale d'environ 0.12 N/mm2 • Avant la fissuration, le comportement de la paroi en "Siporex" etait elastique et lineaire. Le module d'elasticite de la parois se montait a 1150 N/mm2 •
Au moment de la formation de la premiere fissure, les deplacements ont ete maintenus constants. La diminution de charge qui en est resulte s'est elevee a environ 60% de la charge de fissuration.
- Les fissures se sont formees d'une maniere soudaine, perpendiculairement a la direction de la charge et sur toute la hauteur et 1 'epaisseur de la paroi. Dans la paroi MZ 3, armee plus fortement, on a observe quatre fissures distribuees regulierement avec un ecartement egal a la longueur d'une brique (Fig. 14). Par contre, dans la paroi MZ 9 qui possede moins d'armature, on n'a observe qu'une seule fissure au milieu de la longueur.
- Le nombre de fissures etant limite, la largeur de leur ouverture est immediatement importante: pour la parois MZ 3 on a mesure une largeur moyenne de 0.6 mm tandis que pour la paroi MZ 9, cette valeur s'elevait a 2 mm.
Si 1 'on definit que la charge de rupture de 1 'armature est egale a la capacite portante de la paroi, on peut faire les deductions suivantes:
La capacite portante de la paroi MZ 3 dont le taux d'armature s'eleve a 0.346.10-3 est environ 70% superieure a la charge de fissuration. Par contre pour la paroi MZ 9 dont le taux d'armature s'eleve a 0.173.10-3, la capacite port an te ne represente que 90% de la valeur de la charge de fissuration. Dans ce cas, la capacite portante de la paroi est epuisee des la formation de la premiere fissure.
L'essai prevu avec la paroi MZ 1 a du etre interrompu pour cause de defaillance du systeme de chargement.
10
SU/l1l1ary
By using "Murfor" bed-joint reinforcement, cracks in masonry caused by constraint induced loadings are more evenly distributed over the masonry surface. As a consequence, structural damage and impairements to the sight of the building are avoided. However, to be able to make practical use of bed-joint reinforcement, recommendations concerning the necessary reinforcement percentage are required.
This re port shall discuss the criterion to set up such recommendations. Tensile tests on reinforced masonry walls with "5iporex" bricks were performed in order to study the influence of reinforcement on the crack distribution and crack widths.
By utilizing bricks of aired concrete "5iporex" of the Type GN and the adhesive mortar "Lamit E 20", two walls with the same external measurements were built. Both walls had bed-joint reinforcement. Two different reinforcement percentages were used: one wall with reinforcement in each bed-joint and the other with reinforcement only in each second bed-joint. Due to the fact that the wall MZ 1 was slightly damaged at the ends the wall was shortened and a new loading distribution plate was built in. With this wall the test MZ 9 was executed.
The walls were loaded in the direction of the bed-joints in uniform tension. The loads, the deformations in the direction of the load and the crack widths were noted. From the results the following point can be observed:
- The cracking-load was reached at about 50 kN, which corresponds to a stress of 0.12 N/mm2 in relation to the gross cross-sectional area. The walls displayed linear elastic behaviour up to the cracking load. The stiffness of the walls was 1150 N/mm2 •
- With the appearance of the first crack, the load decreased to a value of about 60% of the cracking-load, corresponding deformations remained constant.
- In the "Siporex"-brick walls the cracks always appeared suddenly and perpendicular to the direction of the load and extended over the entire thickness which separated the whole wall into different parts. The wall with a larger reinforcement percentage, MZ 3, had in total four cracks at regular intervals of one brick. The wall with a smaller reinforcement percentage, MZ 9, only had one crack in the middle of the wall.
- Directly after their appearance, the crack widths became very large: 0.6 mm in the wall MZ 3 and 2 mm in the wall MZ 9.
- The load level at which reinforcement breaks is defined as the ultimate load of the wall. The ultimate load of the wall MZ 3, with a reinforcement percentage of 0.346'10-3, was about 70% greater than the cracking-load. On the other hand, the ultimate load of the wall MZ 9, with a reinforcement percentage of 0.173.10-3, was smaller than the cracking-load. It came to only 90% of the cracking-load. That is why no more cracks occurred after the first one had appeared.
Apremature break at the edge at which the load was introduced into the wall put a stop to the test MZ 1 before the cracking-load was reached.
11
Bezeichnungen
Geometrische Grössen
Ö Verschiebung
E Dehnung
Ern mittlere Dehnung der Wand
Er mittlere Dehnung bei Risslast
EU Bruchde""ung
w Rissweite
Asi Querschnittsfläche des Stahls
p geometrischer Bewehrungsgehalt
Kraftgrössen
Fr Risslast
Fu Bruchlast
FA Anfangslast: zu Beginn der Laststufe
FE Endlast: am Ende der Laststufe
Materialwerte
f statischer Wert der Streckgrenze y,s f dynamischer Wert der Streckgrenze y,d
fst,s statischer Wert der Zugfestigkeit
fst,d dynamischer Wert der Zugfestigkeit
~Gl Gleichrnassdehnung
Es Elastizitätsmodul des Stahls
Gm mittlere Spannung im Mauerwerk (Bruttoquerschnitt)
Allgemeine Bezeichnungen
MZ 'Murfor-Zug' als Ve~suchsbezeichnung
LS Laststufe
GL Gasbeton der Qualität leicht
GN Gasbeton der Qualität normal
GH Gasbeton der Qualität schwer
M/L Murfor-Bewehrung pro Lagerfuge
M-F Murfor flach
o Durchmesser
tB Belastungszeit
tAE Zeit zwischen Anfangs- und Endmessung
Indizes
A Anfang
E Ende
d dynamisch
s statisch, Stahl
Index
12
Literaturverzelchnis
[1) R. Guggisberg, J. Pralong, B. Thürlimann: "Zugversuche an Mauerwerkswänden aus Backstein und Kalksandstein mit Murfor-Lagerfugenbewehrungen", Institut für Baustatik und Konstruktion, ETH Zürich, Versuchsbericht Nr. 8201-1, April 1984, Birkhäuser Verlag Basel und Stuttgart, ISBN-Nr. 3-7643-1639-X.
[2) R. Sell: "Festigkeit und Verformung von Gasbeton unter zweiaxialer Druck-Zug-Beanspruchung", Technische Hochschule München, DAfStb Heft 209, Berlin 1970, Verlag Wilhelm Ernst und Sohn, Berlin, München und Düsseldorf.
Verdankungen
Siporex wird als Markenprodukt in der Schweiz durch die Zürcher Ziegeleien hergestellt und vertrieben. Im Rahmen eines Forschungsauftrages der
Zürcher Ziegeleien
13
wurden am Institut für Baustatik und Konstruktion der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich die Forschungsarbeit und der vorliegende Bericht ausgeführt. -Die Verfasser möchten den Zürcher Ziegeleien und insbesondere Herrn Dr. R. Furler, dipl. Bauing. ETH, Leiter der Abteilung Bautechnik, für die gute Zusammenarbeit aufrichtig danken.
Speziell danken wir in diesem Zusammenhang Herrn R. Caflisch, dipl. Bauing. ETH, für die administrative Betreuung des Projektes. Herrn H.R. Ganz, dipl. Bauing. ETH, danken wir für die Beratung bei der Planung und Durchführung der Versuche, wozu er auf seine differenzierten Erfahrungen aus der Forschung auf dem Gebiet Mauerwerk zurückgreifen konnte.
Für die Betreuung der im Zusammenhang mit der Erstellung und dem Druck des Berichtes entstandenen administrativen Aufwendungen danken wir dem Nachfolger von Herrn R. Caflisch, Herrn Dr. B. Zimmerli, dipl. Bauing. ETH.
Die Herren K. Bucher und J. Schönjahn haben bei der Durchführung der Versuche mitgewirkt. Herr M. Baumann, dipl. Bauing. ETH, hat alle messtechnischen Probleme bearbeitet. Den Herren G. Göseli und L. Sieger oblag die Gestaltung und Ausarbeitung der graphischen Unterlagen, Frau S. Burki schrieb die Druckvorlagen. Diesem ganzen Team von Mitarbeitern möchten wir Tür alle ihre Bemühungen und die gute Zusammenarbeit ganz herzlich danken.
14
1/2 M/l
MZ 9: 2t50mm
MZ 1 : 2450mm
Bild 1 Versuchskörper Siporex
1/1 M/l
t250mm
l 2450mm ,
Bild 2: Vergleich des Formats eines Siporex - Steins mit einem Modulbackstein
Länge / Breite / Höhe:
Siporex - Stein
Modul - Stein
608/ 325 /204
300/ 150/190
15
250mm M-F, TYP 25
l .. 435mm l ..
Bild 3: Geometrie der Murfor - Bewehrung
G' [N/mm2 ]
rfst,d
I t=- fst,s
I 600 I
I I I I I
400 I I I I I I I I
200 I I I I I I
orcton Es
0.2 2 3 4 Es' 10 2
Bild 4: Spannungs - Dehnungs - Diagramm der Lagerfugenbewehrung
16
Legende:
Bild 5 Versuchsanlage
1 U-Profil 2 Veronkerungsblöcke 3 Kolben 4 Zugstangen 5 Krofteinleitungen 6 Kroftmessdosen 7 Kunststoffolie mehrlogig 8 Verteilprofile
Murfor-Bewehrung
17
Bild 6: Versuchsanlage
Bild 7 : Detail der Krafteinleitung (von sChräg oben gesehen)
48
MZ 1
I 21 221 23 241 25 I 1 1 261 27 .281 29 301
I 1 1
1 32 331 34 351 36 I 1 I 371 38 391 40 41 I
1 1 1
I 43 44J 45 461 47 I J I 481 49 501 51 52/
I 1 1
MZ 3
I I I
I 21 22J 23 241 25 I 1 1 271 28 291 30 311
1 1 1
I 32 331 34 351 36 I 1 1 381 39 4a 41 421
1 1 I
I 42 441 45 461 47 I 1 1 1 I I
MZ 9
I r "1 211 22 231 r"l I I 1
i 24 251 26 ! I
I ! 281 29 301 ! I I I ! 31 321 33 ! I I
I ! 351 36 371 ! I i 1 i ! 38 391 40 J L. I
Bild 8: Messnetz tür Deformetermessungen
FE [kN]
80
70 MZ 3
60
5 MZ9
40 6
30 5
~ MZ 1 (Verankerungsbruch ) 7
20
10
2 3
Bild 9: F - E - Diagramm
F,8
8 ,..' / , ,,,0-~----------~
,..' --~
L l L .. 0 A E
Lostgesteuerte Loststufe F,8 LSn LSn+l
I ...r-FA I
/8 ",,~ ~-o-------------<1" ,,'" ,," ---er tB L tAE l
.. 1 ..
o A E
Verformungsgesteuerte Loststufe
Bild 10: Schema einer Laststufe
Legende:
MZ 1 : M-F;1I2 MZ3:M-F;1/1 MZ9: M-F;112
o Betostungsbeginn A Messbeginn E Messende
19
20
150
100
50
32
MZ 3
200
150
100
50
MZ 9
33 34
28 29
35
30 ~
36 -
MZ 3: E:m = 1. 790 • 10-5
MZ 9: E:m '" 2.372 • 10-5
Bild 11 : Beispiele für die Entwicklung der Verformung über eine Messreihe
w·102 [mm]
140
130
120
110
100
90
80
70
6
50
30
10
Bild 12: Rissweiten Versuch MZ 3
2
Bewehrung: M-F; ..!.. M/L 1
I I I I T
I 2 1 I I I I
I I
3
21
4
22
w·102 [mm]
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
4
30
20
10
Bild 13: Rissweiten Versuch MZ 9
2
1 Bewehrung: M-Fi 2' M/L
3 4
23
Bild 14: Bruchbilder der Wände MZ 1, 3, 9
24
Versuchsbezeichnung Bewehrung Alter bei Versuchsbeginn Typ M/L I:Asi
[nm2 ] [Tage]
MZ 1 M-F 1/2 70.2 27
MZ 3 M-F 1/1 140.4 32
MZ9 M-F 1/2 70.2 47
Tabelle 1: Versuchsprogranm
GL GN GH
1. Fonnat Tiefe / Länge / Höhe [l1li1] 325/608/204 325/608/204 325/608/204 2. Steinmasse Mittelwert ( kg] 19.0 22.9 30.5 3. Dichte Mittelwert [ kg/m 3 ] 355 414 535 4. Feuchtigkeitsgehalt Mittelwert [Gew.-%] - 1.9 -5. Druckfestigkeit Mittelwert [N/1III12 ] 2.3 3.0 4.3 6. E-Modul Mittelwert [N/mm2 ] 1100 1250 1900 7. Biegezugfestigkeit Mittelwert [N/1III12 ] 0.8 1.0 1.5 8. Spaltzugfestigkeit Mittelwert [N/nm2 ] 0.21 0.27 0.48
Tabelle 2: Resultate der Normprüfung der Steine
Bezeichnung Nenn-Ij) Anzahl Proben Asi fy,s f y,d fst,s fst,d AGl
[l1li1] [mm2 ] [N/nun2 ] [N/mm2 ] [N/nun2 ] [N/mm2 ]
M-F - 4 11.65 - - 690.6 707.1 0.005
Tabelle 3: Festigkeitswerte eines Längsdrahtes der Lagerfugenbewehrung
Laststufe Anfangslast Eridlast FA - FE FE FE Dehnung t B t AE LS FA FE FA r; r;; E .103
m [kN] [kN] [%] [%] [%] [Min] [Min]
04 8.44 8.59 - 1.7 - 25.6 0.016 13 20 05 21.96 21.37 2.7 - 63.8 0.042 6 15 06 30.57 30.08 1.6 - 89.8 0.064 26 -
Tabelle 4: Versuch MZ 1
Laststufe Anfangslast Endlast FA - FE FE LS FA FE FA Fr
[ kN] [kN] [%] [%]
03 16.65 16.59 0.4 36.9 04 35.87 34.84 2.9 77.4 05 38.19 33.64 11.9 74.8 06* - - - -07 48.52 49.22 - 1. 5 109.4 08 51. 58 51.34 1.2 114.1 09 53.19 52.84 0.7 117.4 10 69.77 67.34 3.5 149.6
Tabelle 5: Versuch MZ 3 (* Zwischenlaststufe)
Laststufe Anfangslast Endlast FA - FE FE LS FA FE -
FA Fr
[kn] [kN] [%] [%]
03 8.07 7.95 1.5 15.1
04 21. 62 20.77 3.9 39.6 05 35.67 33.03 7.4 62.9 06 44.94 44.41 1.2 84.6
07 34.78 32.29 7.2 61.5
08 44.85 44.32 1.2 84.4
Tabelle 6: Versuch MZ 9
F
MZ Fr Fu E .103 r E .103
u [kN] [kN]
1 - (33.5)* - (0.07)*
3 45 75.5 0.094 2.0
9 52.5 46.6 0.11 3.1
Tabelle 7: Riss- und Bruchlasten mit zugehörigen Dehnungen (* vorzeitiges Versagen, vgl. Abschn. 4.3)
25
FE Dehnung t B t AE Fu E .103
m
[%] [Min] [Min]
22.0 0.039 15 9 46.2 0.068 14 9 44.6 0.401 8 23 - - - -
65.2 0.759 18 14 68.0 1.319 14 13 70.0 1.349 7 11
89.2 1.790 26 12
FE Dehnung t B t AE - E .103 Fu m [%] [Min] [Min]
17.1 0.019 12 8 44.6 0.044 19 8 70.9 0.071 21 13 95.3 0.094 10 11 69.3 2.372 13 -95.1 3.030 30 7
