Vorfabrizierte, vorgespannte Betonpfähleki-bautechnik.ch/files/thk/_afe/v_berichte/VB_RC_Beton_DS.pdf · aus herkömmlichem Beton vergleichbar. - Infolge des höheren Anteils an

Horw, 17. Dezember 2013

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Bericht ‒ Durchstanzversuche mit RC-M

Bericht

CC Konstruktiver Ingenieurbau

Prof. Dr. Karel Thoma

hauptamtlicher Dozent

T direkt +41 41 349 34 02

[email protected]

Dr. Birgit Seelhofer

wissenschaftliche Mitarbeiterin

T direkt +41 41 349 34 25

[email protected]

Geht an:

Stadt Zürich–Amt für Hochbauten

Eberhard Bau AG, Kloten

Richi AG, Weiningen


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Durchstanzversuche mit Recyclingbeton aus Mischabbruch

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung ............................................................................................................................ 2

1. Einleitung ............................................................................................................................... 3

2. Versuchskörper ...................................................................................................................... 3

2.1. Abmessungen und Bewehrungsanordnung ............................................................................. 3

2.2. Baustoffe ................................................................................................................................ 5

3. Versuchsdurchführung ........................................................................................................... 9

3.1. Messungen ........................................................................................................................... 10

4. Versuchsresultate ................................................................................................................. 13

4.1. Effektive Abmessungen und Höchstlasten mit Durchbiegungen ........................................... 13

5. Versuchsanalyse ................................................................................................................... 21

5.1. Vergleich der Versuchswerte mit der Nachrechnung ............................................................ 21

5.2. Ermittlung von Dmax,eff .......................................................................................................... 24

Bezeichnungen ............................................................................................................................... 25

Literaturverzeichnis ....................................................................................................................... 26

I. Anhang ................................................................................................................................. 27

I.1. Frisch- und Festbetonprüfungen ........................................................................................... 27

I.2. Last-Durchbiegungsbeziehungen .......................................................................................... 28

I.3. Hauptverzerrungen ............................................................................................................... 40

mailto:[email protected]


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Zusammenfassung

An je drei nicht schubbewehrten, quadratischen Platten aus Recyclingbeton mit Mischgranulat der

Unternehmen Eberhard Bau AG, Kloten und Richi AG, Weiningen wurden Durchstanzversuche

durchgeführt. Ziel der Versuche galt der Kalibrierung des bei Querkraft- bzw.

Durchstanznachweisen zu verwendeten Grösstkornwerts der Gesteinskörnung Dmax. Aktuell wird

gemäss SIA 262:2013 [1] und Merkblatt 2030 [2] Recyclingbeton wie Leichtbeton behandelt und

Dmax = 0 gesetzt.

Die Auswertung der Versuchsresultate zeigte:

- Die Versuche der Unternehmen Richi AG P1.1, P2.1, P3.1, und Eberhard Bau AG, P1.2, P2.2,

P3.2 verhielten sich alle ähnlich und sind mit dem Tragverformungsverhalten von Platten

aus herkömmlichem Beton vergleichbar.

- Infolge des höheren Anteils an Zuschlagskörnern geringerer Festigkeit und der damit

Verbundenen Durchtrennung der Zuschläge im massgebenden Riss kann auf eine etwas

geringere Rissverzahnung als bei herkömmlichem Beton geschlossen werden.

- Der ermittelte mittlere Grösstkornwert der Gesteinskörnung beträgt für die Versuche P1.1,

P2.1 und P3.1 Dmax,eff = 23 mm sowie für die Versuche P1.2, P2.2 und P3.2 Dmax,eff = 28 mm.

Für die Verwendung bei Querkraft- bzw. Durchstanznachweisen gemäss SIA 262:2013 [1]

wird ein Unternehmen unabhängiger Wert von

Dmax,rc/Dmax,c = 0.65

empfohlen.

Zur Ermittlung eines mit Recyclingbeton erreichbaren oberen Grenzwerts der Querkraft bzw.

Durchstanzlast VR,max sowie zur Optimierung des Faktors ksys, welcher die Wirksamkeit der

Durchstanzbewehrung beschreibt, wird die Durchführung weiterer Durchstanzversuche mit

eingelegter Durchstanzbewehrung vorgeschlagen. Aufgrund des jetzigen Kenntnisstands muss

gemäss SIA 262:2013–4.3.6.5.7 mit ksys = 2.0 gerechnet werden.

Horw, 17.12.2013

Prof. Dr. K. Thoma Dr. B. Seelhofer


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1. Einleitung

Anhand der Durchführung von sechs Durchstanzversuchen soll sowohl das Durchstanz- als auch

das Schubtragverhalten von nicht schubbewehrten Platten aus Recyclingbeton mit Mischgranulat

(RC-M) untersucht werden.

Die Versuchsserie umfasste sechs quadratische Platten mit 3.3 m Seitenlänge. Es wurden in drei

Serien je zwei identische Platten geprüft. Diese waren einerseits mit Recyclingbeton aus der

Eberhard Bau AG, Kloten und andererseits mit Recyclingbeton von der Richi AG, Weiningen

hergestellt. Zur Vergleichbarkeit der beiden Betone wurden folgende Eigenschaften gefordert:

- RC-M 25/30 - Rc + Rb 25%

- XC1-XC3 - Rc ≥ 5 %

- W/C = 0.65 - Dmax = 32 mm

- Ec = 25‘000 N/mm2

Der Anteil an recycelten Körnern Rb, bestehend aus Mauer- und Dachziegeln, aus gebranntem Ton,

Kalksandsteinen und nicht schwimmenden Porenbetonsteinen wurde gemäss SIA-Merkblatt SIA

2030 2.2.4 [2] definiert. Die Wahl des Zements wurde den Herstellern überlassen.

Zur eindeutigen Bestimmung der Bruchmechanismen und der Bewehrungslagen wurden die

Probekörper nach Versuchsende in zwei Hälften zersägt.

2. Versuchskörper

2.1. Abmessungen und Bewehrungsanordnung

Es wurden drei Versuchsserien mit je zwei bis auf den Beton identische Platten geprüft. Die Serien

unterschieden sich in den Plattendicken und dem Durchmesser der oberen Bewehrungslagen.

Tabelle 1 zeigt die Bezeichnungen der durchgeführten Versuche mit der Anzahl geprüfter

Versuchskörper, der dazugehörigen Plattendicke, dem Betonlieferant und der Bewehrung in den

zwei oberen Lagen.

Versuch Anzahl Plattendicke h Betonlieferant Biegebewehrung oben

P1.1

P1.2 1

1 28 cm Richi AG

Eberhard Bau AG ø 20 mm, s = 100 mm

P2.1

P2.2 1

1 22 cm Richi AG

Eberhard Bau AG ø 18mm, s = 100 mm

P3.1

P3.2 1

1 22 cm Richi AG

Eberhard Bau AG ø 14 mm, s = 100 mm

Tabelle 1 Auflistung der drei Versuchsserien mit je zwei Platten.

In einem Abstand von 1.5 m von Plattenmitte wurden in regelmässigen Abständen Aussparungen

mit einem Durchmesser von 63 mm angebracht, durch welche die Gewindestangen der Pressen

geführt wurden. Die Abmessungen der Platten, die Bewehrungslage und die Anordnung der für die

Krafteinleitung erforderlichen Aussparungen sind Bild 1 zu entnehmen.


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Bild 1 Abmessungen [mm] und Bewehrungsanordnung der Versuchskörper


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2.1.1. Herstellung und Lagerung

Bei der Herstellung der Versuchskörper im Elementwerk Stüssi AG in Dällikon wurde der fertige

Beton jeweils von den Unternehmen Eberhard AG resp. Richi AG im Fahrmischer angeliefert und

nach Einbringen in die Schalung auf dem Rütteltisch verdichtet. Nach zwei resp. vier Tagen fand

der Transport durch selbige Unternehmen zur Versuchsvorbereitung an die HSLU statt. Die Platten

wurden in den Versuchsstand eingebaut und die für die Materialversuche benötigten Betonzylinder

bis zum Prüftermin neben der Platte gelagert.

Bild 2 zeigt die Plattenschalungen mit eingelegten Bewehrungsstäben vor dem Betonieren.

Bild 2 Plattenschalung mit eingelegten Bewehrungsstäben und Rohren für die Aussparungen.

2.2. Baustoffe

Die Festigkeitsprüfungen des Betons wurden am CC Konstruktiver Ingenieurbau der HSLU

durchgeführt, die Prüfung der Bewehrungsstäbe erfolgte am Institut für Baustatik und Konstruktion

der ETH Zürich.

2.2.1. Beton

Zur Ermittlung der Festigkeitswerte und des Spannungs-Dehnungsverhaltens des Betons wurden im

Elementwerk Stüssi AG zeitgleich mit der Betonierung der Platten jeweils sechs Betonzylinder mit

einem Durchmesser d = 160 mm und einer Höhe h = 320 mm hergestellt. Die Lagerung der

Zylinderproben erfolgte entsprechend der Prüfkörper.

Vier Betonzylinder dienten zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls sowie der einachsigen

Druckfestigkeit. Zwei Zylinder wurden für die Stempeldruckversuche halbiert und daraus die

Spaltzugfestigkeit bestimmt.

Die Prüfungen erfolgten an der Druckprüfmaschine 3000 kN an der Materialprüfstelle des CCKI.

Bei der Bestimmung des E-Moduls wurde zur Dehnungsmessung ein Baustoff-

Feindehnungsmessgerät mit Messbereich zwischen +/- 1000 μm verwendet.

Beim verwendeten Beton handelte es sich um Pumpbeton mit Grösstkorndurchmesser von 32 mm.

Zusammenfassend zeigt Tabelle 2 die Resultate der Festigkeitsprüfungen und E-Modulprüfungen,

welche an jeweils 6 Betonzylindern erfolgte. Die Klammerwerte zeigen die Standardabweichung.


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Versuchskörper P1.1 P1.2 P2.1 P2.2 P3.1 P3.2

Probenalter [d] 8 10 8 10 8 9

Höhe [mm] 148.9 1) 317.5 316.9 318.0 316.5 316.5

[0.9] [1.2] [1.4] [1.3] [0.6] [0.4]

Durchmesser [mm] 148.5 1) 159.8 159.8 159.8 159.8 159.8

[-] [0.0] [0.0] [0.0] [0.0] [0.0]

Rohdichte ρrEcm [kg/m3] 2297 1) 2203 2278 2111 2207 2169

[-] [9] [9] [5] [11] [15]

Zylinderdruckfestigkeit frcm

[N/mm2]

30.5 2) 30.9 33.2 31.0 27.1 31.1

[-] [0.9] [0.4] [1.4] [0.2] [1.2]

Spaltzugfestigkeit frcts

[N/mm2]

- 2.3 2.6 2.3 2.4 2.1

[-] [0.2] [0.1] [0.1] [0.2] [0.3]

Elastizitätsmodul Ercm

[N/mm2]

22‘7903) 19‘560 24‘680 19‘500 19‘950 18‘240

[-] [590] [860] [920] [810] [2450]

1) Die Werte wurden an zwei Betonwürfeln ermittelt.

2) Frcm = 0.81*frcm,cube

3) Schätzwert aus Ercm = 9725·(fcm)^1/3·0.8·ρrcm/2450

Tabelle 2 Betonkennwerte der Prüfzylinder: Mittelwerte der Festigkeitsprüfungen und E-Modulprüfungen;

Klammerwerte: Standardabweichung.

Sämtliche Ergebnisse der Frisch- sowie Festbetonkontrollen sind im Anhang in Tabelle I

zusammengefasst. Die Frischbetonkontrollen erfolgten ca. 30 Minuten nach dem Betonieren der

Platten im Elementwerk Stüssi AG in Dällikon. Gemessen wurden die Frischbetonrohdichte, der

Wassergehalt, der Wasserzementwert, die Konsistenz sowie der Luftporengehalt. Ausserdem

wurden die Würfeldruckfestigkeit, der Elastizitätsmodul und die Rohdichte nach 2, 7 und 28 Tagen

bestimmt, sowie die Einteilung der Bestandteile der Recycling Gesteinskörnungen ermittelt. Alle

Prüfungen wurden durch das LPM Beinwil am See durchgeführt.

P1.2 P2.1 P2.2 P3.1 P3.2

Bild 3 Zylinderschnittflächen der Betonprüfkörper.

Die in Bild 3 abgebildeten Schnittflächen der geprüften Betonkörper geben einen Eindruck der

Zusammensetzung der verwendeten Zuschlagskörner.


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2.2.2. Betonstahl

In Tabelle 3 sind die Resultate der Festigkeitsprüfung zusammengefasst. Pro Durchmesser wurden

vier Zugversuche durchgeführt. Die Bestimmung des effektiven Durchmessers erfolgte mittels

Wägung und Längenmessung unter Annahme einer Stahldichte von 7850 kg/m3. Neben der

Zugkraft und dem Kolbenweg der Prüfmaschine wurde die Dehnung in Stabmitte mit einem

induktiven Wegaufnehmer über eine Basislänge von 300 mm gemessen.

Nomineller Durchmesser [mm] 10 14 18 20

Stahlsorte kaltverformt kaltverformt naturhart naturhart

Effektiver Durchmesser [mm] 9.8

[0.0]

13.9

[0.1]

18.3

[0.1]

20.1

[0.1]

Dyn. Fliessgrenze fs,dyn [N/mm2] 511.3

[2.4]

482.5

[8.2]

531.9

[6.6]

576.1

[12.8]

Stat. Fliessgrenze fs,stat [N/mm2] 483.9

[3.2]

455.2

[8.4]

514.9

[8.0]

559.7

[12.8]

Dyn. Zugfestigkeit ft,dyn [N/mm2] 578.4

[1.2]

574.2

[8.8]

626.1

[7.3]

689.7

[13.3]

Stat. Zugfestigkeit ft,stat [N/mm2] 536.9

[1.2]

529.8

[1.8]

586.6

[4.8]

649.9

[11.5]

Verhältnis ft,stat / fs,stat [-] 1.09

[0.01]

1.16

[0.01]

1.14

[0.01]

1.16

[0.00]

Dehnung bei Höchstlast εsu [‰] 47.5

[9.0]

64.4

[0.9]

115.0

[9.9]

111.4

[1.9]

Elastizitätsmodul Es [N/mm2] 193‘100

[2800]

192‘600

[4400]

186‘300

[2300]

198‘100

[3600]

Tabelle 3 Betonstahl: Mittelwerte der Festigkeitsprüfungen der Durchmesser 10 mm, 14 mm, 18 mm und

20 mm; Klammerwerte Standardabweichung.

Sämtliche in Tabelle 3 aufgeführten Festigkeitswerte wurden anhand des effektiven

Stabdurchmessers berechnet. Die statischen Werte der Fliessgrenze und der Zugfestigkeit wurden

durch Reduktion der dynamischen Festigkeitswerte um den Spannungsabfall in den jeweiligen

Laststufen ermittelt. Die aufgeführten Werte der Elastizitätsmoduln des Betonstahls entsprechen

der mittleren Steigung der Stahlkennlinie zwischen 100 und 400 N/mm2. Bild 4 zeigt die

Spannungs-Dehnungs-Diagramme der Stahlversuche. Die Elastizität der Prüfmaschine wurde bei

der Berechnung der Dehnungen berücksichtigt.


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Bild 4 Spannungs-Dehnungsdiagramme der Stahlzugversuche.


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3. Versuchsdurchführung

Die Versuchsdurchführung erfolgte am CC Konstruktiver Ingenieurbau der Hochschule Luzern,

Technik & Architektur auf dem Aufspannboden. Der Versuchstand setzte sich aus einem mittigen

Auflager mit 30 cm Durchmesser und 16 Hydraulikzylindern mit Maximallast von 150 kN

zusammen. Die Krafteinleitung erfolgte gleichmässig verteilt auf einem Radius von 1.5 m.

Nach Einbau der Platte wurden für die Oberflächendehnungsmessungen Messbolzen geklebt sowie

die Oberseite und sämtliche Stirnflächen der Probekörper zur besseren Risserkennung weiss

gestrichen. Das um die Prüfplatte aufgebaute KANAY-Messgestell diente zur Halterung der

induktiven Wegaufnehmer. Bild 5 und Bild 6 zeigen den Versuchsaufbau und Anordnung der

Messeinrichtung.

Bild 5 Versuchsaufbau und Messeinrichtung.


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a) b)

Bild 6 a) Draufsicht auf die eingebaute Versuchsplatte vor Versuchsbeginn, b) Ansicht der Platte, den

Versuchsstand und das Messgestell.

In Tabelle 4 sind die Herstellungs- und Prüfdaten der Stahlbetonplatten aufgeführt, sowie das

Betonalter zum Zeitpunkt der Prüfung.

Versuchsreihe und Prüfkörper Herstelldatum Prüfdatum Betonalter

P1.1 Biegebewehrung ø 20 mm, s = 100 mm 11.09.13 19.09.13 8 d


P2.1 Biegebewehrung ø 18mm, s = 100 mm 25.09.13 03.10.13 8 d

P2.2 Biegebewehrung ø 18mm, s = 100 mm 30.09.13 10.10.13 10 d



Tabelle 4 Herstellungs- und Prüfdaten der Stahlbetonplatten.

Die Belastung der Platten erfolgte kontinuierlich mit einer durchschnittlichen

Belastungsgeschwindigkeit der Pressen von 850 N/s. Während drei Laststufen, LS1 bis LS3, von ca.

40, 60 und 80 % der erreichten Bruchlast wurde die Belastung angehalten, die Durchbiegung der

Platte konstant gehalten und dabei Deformetermessungen durchgeführt sowie Risse angezeichnet.

Während der gesamten Prüfdauer wurden die Kraft in vier Hydraulikzylindern sowie die

Durchbiegung auf der Oberseite der Platte und in Auflagernähe auf der Plattenunterseite

kontinuierlich gemessen.

3.1. Messungen

Die Messung der vertikalen Plattendurchbiegung erfolgte durch induktive Wegaufnehmer mit

einem Messbereich von 5 mm. Die Frequenz der Messdatenübertragung betrug während der

gesamten Versuchsdauer 1 Hz. Angeordnet wurden die Wegaufnehmer über der Platte auf drei

Symmetrieachsen im Abstand von 300, 500, 850 und 1500 mm vom Plattenmittelpunkt, siehe

Bild 7. Auf der Plattenunterseite wurden sechs Wegaufnehmer ebenfalls auf den Symmetrieachsen

im Abstand von 150 mm von der Auflagerplatte befestigt.


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Bild 7 Messanordnung der Wegaufnehmer und Deformetermesspunkte.


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Zur Bestimmung der mittleren Verzerrungen wurden auf der Ober- und Unterseite in einem Viertel

der Platte Deformetermessungen durchgeführt. Die Lage und Nummerierung der 200 mm und

282 mm langen Messstrecken ist in Bild 8 ersichtlich.

Bild 8 Nummerierung und Lage der Deformetermessstrecken.


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Vor Belastungsbeginn erfolgten zur Fehlerminimierung zwei Nullmessungen. Anschliessend wurde

in jeder Laststufe eine Messung durchgeführt. Die drei Laststufen LS 1 bis LS 3 der Versuche und

die dazugehörigen Gesamtlasten bei Messbeginn FA und Messende FE sind in Tabelle 5 aufgeführt.

w1 und w2 bezeichnen die mittleren Plattendurchbiegungen im Radius der Krafteinleitung, in

Richtung der 3. bzw. 4. Biegebewehrungslage.

Versuchs-

reihe LS 1 LS 2 LS 3

FA [kN] FE [kN] w1 [mm]

w2 [mm] FA [kN] FE [kN]

w1 [mm]

w2 [mm] FA [kN] FE [kN]

w1 [mm]

w2 [mm]

P1.1 400 352 2.24

2.07 600 543

4.67

4.20 800 743

7.41

6.64

P1.2 320 285 1.49

1.37 480 440

2.79

2.55 640 591

4.42

3.99

P2.1 260 223 2.71

2.38 390 352

5.80

5.02 550 504

9.92

8.86

P2.2 200 163 1.571)

1.752) 300 274

3.121)

3.662) 400 366

4.861)

5.732)

P3.1 200 159 2.15

1.88 300 264

5.35

4.68 400 358

8.91

7.90

P3.2 200 164 2.71

2.44 300 265

6.18

5.41 400 366

10.69

9.48

1) in Richtung der 4. Bewehrungslage


Tabelle 5 Laststufen mit Gesamtlast bei Messbeginn FA, Gesamtlast bei Messende FE sowie gemittelter

Durchbiegung w1 = Mittelwert(W21 ; W33) und w2 = Mittelwert(W29 ; W41).

4. Versuchsresultate

4.1. Effektive Abmessungen und Höchstlasten mit Durchbiegungen

In Tabelle 6 sind die effektiv gemessene Plattendicken h und mittleren statischen Höhen dm sowie

die ermittelten Höchstlasten Vmax der einzelnen Versuche aufgeführt. Ausserdem sind entsprechend

Tabelle 5 die dazugehörigen, mittleren Durchbiegungen im Radius der Krafteinleitung in Richtung

beider Bewehrungslagen, w1max und w2max, sowie der Diagonalen w3max angegeben.

Probekörper P1.1 P1.2 P2.1 P2.2 P3.1 P3.2

Plattendicke h [mm] 282 282 223 220 220 221

Statische Höhe dm [mm] 227 230 173 174 179 162

Höchstlast Vmax [kN] 959 1054 704 705 566 559

Maximale Durchbiegung w1max [mm]

w2max [mm]

w3max5)[mm]

9.93

8.90

9.06

9.80

8.91

9.27

14.32

12.62

13.15

11.743)

13.554)

12.40

16.16

14.41

14.67

18.75

16.67

16.98



5) w3 = Mittelwert(W25 ; W37)

Tabelle 6 Zusammenfassung: effektive Plattendicken h, mittlere statische Höhen dm und Höchstlasten Vmax mit

zugehörigen Durchbiegungen wmax im Radius der Krafteinleitung.


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Der Vergleich der Höchstlasten und zugehörigen Durchbiegungen aus Versuch P1.1 und P1.2 mit

einem früheren an der HSLU durchgeführten Versuch mit herkömmlichem Beton ( fc = 26 N/mm2,

Ec = 35‘300 N/mm2, fs = 501 N/mm2, Vmax = 1095 MN, wmax = 8.1 mm) und gleichen

Abmessungen zeigt ein ähnliches Verhalten [4].

In Bild 9 bis Bild 11 sind die Versuche P1.1 und P1.2, P2.1 und P2.2 bzw. P3.1 und P3.2 mit den Last-

Verformungskurven V-w1, V-w2 und V-w3 gegenübergestellt.

Bild 9 Gegenüberstellung der Platten P1.1 und P1.2: Lastverformungskurven V-w1, V-w2 und V-w3.


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Die Gegenüberstellung zeigt, dass sich die Platten der Unternehmen Richi AG P1.1, P2.1, P3.1, und

Eberhard Bau AG, P1.2, P2.2, P3.2, ähnlich verhalten haben. Die Unterschiede in der Steifigkeit und

Festigkeit sind in allen drei Versuchsserien klein und betragen nicht mehr als 8 %. Dies lässt sich

auch aus Tabelle 6 entnehmen. Einzig der Steifigkeitsunterschied zwischen P3.1 und P3.2 ist etwas

grösser und liegt bei 20 %.

Die Kraft-Durchbiegungsbeziehungen der einzelnen Wegaufnehmer W18 bis W41 sind im Anhang

dargestellt, siehe Bild I bis XII.


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In Bild 12 und Bild 13 sind die Rissbilder der Laststufen LS 1 bis 3 dargestellt. Alle Platten weisen

ein gleichmässiges Rissbild mit feiner Rissverteilung auf. In LS 3 zeichnet sich bereits das Ausmass

des Bruchkegels ab.

a)

b)

Bild 12 Rissbilder der Laststufen LS 1 bis 3: a) P1.1, b) P1.2.


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a)

b)

c)

d)

Bild 13 Rissbilder der Laststufen LS 1 bis 3: a) P2.1, b) P2.2, c) P3.1, d) P3.2.


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Sämtliche Hauptverzerrungen aller Laststufen LS1 bis LS3, welche in einem Quadrant auf der

Plattenober- und Unterseite gemessenen wurden, befinden sich im Anhang in Bild XIII bis XXX.

Bild 14 zeigt die Schnittflächen der getrennten Plattenhälften. Die Neigungswinkel der Bruchkegel

betrugen bei den Platten P1.1, P1.2, P2.1, und P2.2 ca. 35° zur Horizontalen gemessen. Bei den Platten

P3.1 sowie auf einer Seite von P3.2 wurde eine Bruchkegelneigung von ca. 43° zur Horizontalen

gemessen.

Bild 14 Plattenhälften mit Bruchkegel: von oben nach unten P1.1, P1.2, P2.1, P2.2, P3.1 und P3.2.

Die Bruchflächen bei Versuch P1.1 und P1.2 verliefen nach Erreichen der oberen Bewehrungslagen

parallel zu den Bewehrungsstäben und traten erst ca. 50 cm ausserhalb an die Oberfläche. Die

Bruchkegel wiesen an der Betonoberfläche einen Durchmesser von 1,95 m auf, siehe Bild 15. Bei

den Platten der Höhe 22 cm durchliefen die Rissflächen die oberen Bewehrungslagen direkt mit

einem sehr flachen Neigungswinkel und bildeten an der Oberfläche Bruchkegel mit einem

Durchmesser zwischen 1.3 m und 1.7 m.


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P1.1 P1.2

P2.1 P2.2

..

P3.1 P3.2

..

Bild 15 Rissverläufe in den Bruchkegeln.

Bild 15 zeigt den Rissverlauf in den Bruchkegeln. Die Bruchflächen durchlaufen die

Zuschlagskörner geringer Festigkeit, wie z.B. Ziegel. Daher kann auf eine etwas geringere

Rissverzahnung als bei herkömmlichem Beton geschlossen werden.


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5. Versuchsanalyse

5.1. Vergleich der Versuchswerte mit der Nachrechnung

In Tabelle 7 sind die Daten der Versuche und Nachrechnung aller Platten zusammengestellt. In den

ersten beiden Zeilen sind die maximal erreichten Querkräfte Vmax,Versuch aus den Versuchen sowie

die dazugehörigen Mittelwerte der Durchbiegung im Radius der Krafteinleitung wmax,Versuch

aufgeführt. Die angegebenen Durchbiegungen zeigen das Mittel beider Bewehrungslagen und

wurden aus den gemessenen Werten der Wegaufnehmer W21, W33, W29 und W41 bestimmt.

Versuche P1.1 P1.2 P2.1 P2.2 P3.1 P3.2

Vmax,Versuch [kN] 959 1054 704 705 566 559

wmax,Versuch [mm] 9.4 9.4 13.5 12.6 15.3 17.7

Vmax,Dmax=0 [kN] 1325 1355 870 858 673 640

VRc,Dmax=0 [kN] 809 828 538 529 427 405

wmax, Dmax=0 [mm] 5.8 5.8 8.9 8.6 11.7 12.7

Vmax,Dmax=16 [kN] 1655 1692 1092 1077 854 812

VRc,Dmax=16 [kN] 969 992 650 639 525 498

wmax, Dmax=16[mm] 7.7 7.7 11.7 11.5 16.1 17.3

Vmax,Dmax=32 [kN] 1870 1912 1239 1220 914 887

VRc,Dmax=32 [kN] 1063 1088 718 705 588 556

wmax, Dmax=32[mm] 8.8 8.8 13.6 13.2 19.0 20.5

Tabelle 7 Vergleich der Nachrechnung und Versuche: Mittelwerte.

Zur Nachrechnung der Versuche wurde das Modell des kritischen Schubrisses [3], welches an der

EPFL entwickelt wurde, verwendet. Bei dem semi-empirischen Modell wird von drei möglichen

Versagenskriterien ausgegangen: Versagen infolge Betondruckbruchs im Stützenbereich VR,max,

Versagen des innersten Bewehrungsrings infolge eines kombinierten Beton- und Stahlversagens

VR,in und Schubversagen ausserhalb des verstärkten Bereichs VR,out. Die beschriebenen Widerstände

sind von der Plattenrotation ψ abhängig, welche sich am Stützenrand konzentrieren. Daher lassen

sich die Durchbiegungen im Radius der Krafteinleitung wmax mit

( ) (5.1)

bestimmen, wobei RQ–Rs = 1350 mm.

Da in diesen Versuchen keine Durchstanzbewehrung eingelegt wurde, wird VR,in gemäss (5.2) nur

aus dem Betonversagen bestimmt.

( ) ( ) √

(5.2)

Der Umfang uin wird bei einer Distanz von 0.5 dm vom Stützenrand ermittelt.

Der maximal mögliche Widerstand VR,max, welcher mit diesen Platten bei vorhandener

Durchstanzbewehrung erreicht werden könnte, hängt gemäss (5.2) von der Wirksamkeit des

Durchstanzsystems ksys ab.

( ) ( ) (5.2)

ksys wird gemäss SIA 262:2013 – 4.3.6.5.7 [1], mit 2.0 angenommen.


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Das Schubversagen ausserhalb des verstärkten Bereichs VR,out fällt infolge der fehlenden

Durchstanzbewehrung mit VR,in zusammen.

( ) ( ) (5.3)

Die Last-Rotationsdurchbiegungskurven wurden mit der Plattenrotation

( )

(

)

(5.4)

berechnet, wobei Es = 205 kN/mm2 und Vflex der Widerstand des massgebenden,

rotationssymmetrischen Biegemechanismus bedeutet.

Für jeden Versuch wurden die Widerstände gemäss [2] mit Dmax = 0 mm berechnet, woraus die

untersten Linien der Kurvenschar von VR,in und VR,out resultierten. Ebenso wurde die Berechnung

mit Dmax = 16 mm (mittlere Kurve) und Dmax = 32 mm (oberste Kurve) durchgeführt. In allen

Versuchen liegt die erreichte maximale Querkraft Vmax,Versuch zwischen den oberen zwei

Kurvenlinien, siehe Bild 16, Bild 17 und Bild 18.

Bild 16 Nachrechnung der Versuche P1.1 und P1.2: Last-Durchbiegungskurve berechnet und aus Versuch (fett)

sowie Betonversagen.


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5.2. Ermittlung von Dmax,eff

Zur Bestimmung des effektiven Werts des Maximalkorns Dmax,eff wurde (5.2) nach Dmax aufgelöst

und VR,c (ψ = ψVersuch) = Vmax,Versuch gesetzt. Die Werte für frcm und dm sind Tabelle 2 bzw. Tabelle 6

zu entnehmen. Die Resultate sind in Tabelle 8 aufgeführt.

Versuche P1.1 P2.1 P3.1 P1.2 P2.2 P3.2

Vmax,Versuch [kN] 959 704 566 1054 705 559

ψmax,Versuch [-] 6.96·10-3 10.0·10-3 11.3·10-3 6.96·10-3 9.33·10-3 13.1·10-3

Dmax,eff [mm] 22.0 28.9 19.3 30.6 26.5 25.9

Mittelwert [mm] 23.4 27.7

Standardabweichung[mm] 5.0 2.6

Tabelle 8 Versuchswerte Vmax,Versuch und ψmax,Versuch sowie effektiver Wert des Maximalkorns Dmax,eff: mit

Mittelwert und Standartabweichung der jeweiligen Hersteller.


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Bezeichnungen

Lateinische Kleinbuchstaben

d Durchmesser

dm mittlere statische Höhe

frcm Mittelwert der Zylinderdruckfestigkeit von Recyclingbeton

fs Fliessgrenze des Bewehrungsstahls

ft Zugfestigkeit des Bewehrungsstahls

fwrcm Mittelwert der Würfeldruckfestigkeit von Recyclingbeton

h Höhe

ksys Wirksamkeitsfaktor der Durchstanzbewehrung

s Bewehrungsabstand

u Umfang

w Durchbiegung

Lateinische Grossbuchstaben

Dmax,rc Grösstkorn der Gesteinskörnung von Recyclingbeton

Dmax,c Grösstkorn der Gesteinskörnung von herkömmlichem Beton

Ercm Mittelwert des Elastizitätsmoduls von Recyclingbeton

Es Mittelwert des Elastizitätsmoduls von Betonstahl

P Probekörperbezeichnung

Ra Körner aus bitumenhaltigen Materialien, gemäss SN EN 933-11

Rb Körner aus Mauer- und Dachziegeln aus gebranntem Ton, Kalksandsteinen,

Porenbetonsteinen (nicht schwimmend), gemäss SN EN 933-11

Re Körner aus Beton, Betonprodukten, Mörtel und Mauersteinen aus Beton, gemäss

SN EN 933-11

Rg Glaskörner, gemäss SN EN 933-11

RQ Radius der Lastanleitung

Rs Stützenradius

Ru Ungebundene Gesteinskörner, Naturstein und hydraulisch gebundene Gesteinskörner

RC Recyclingbeton

RC-M Recyclingbeton aus einer Gesteinskörnung mit mindestens 25 Massenprozent Re + Rb und

mindestens 5 Massenprozent Rb

V Querkraft

Vflex Widerstand des massgebenden Biegemechanismus

Vmax Höchstlast

VR,c Betonversagen

VR,in kombiniertes Beton- und Stahlversagen

VR,out Schubversagen ausserhalb des verstärkten Durchstanzbereichs

X Körner aus sonstigen Materialien

X… Expositionsklasse


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Griechische Kleinbuchstaben

εsu Dehnung von Betonstahl bei Höchstlast

ψ Plattenrotation

ρFB Frischbetonrohdichte

ρrfcm Rohdichte an Würfel bestimmt

ρrEcm Rohdichte an Zylindern der E-Modulprüfung bestimmt

Literaturverzeichnis

[1] SIA, Schweizer Norm SIA 262:2013 ‒ Betonbau, Schweizerischer Ingenieur und

Architektenverein, Zürich, 2013, 102 pp.

[2] SIA, Merkblatt 2030 ‒ Recyclingbeton, Schweizerischer Ingenieur und Architektenverein,

Zürich, 2010, 16 pp.

[3] Ruiz, F.M. und Muttoni, A., „Application of Critical Shear Crack Theory to Punching of

Reinforced Concrete Slabs with Transverse Reinforcement“, ACI Structural Jounal,

Juli/August, 2009, pp. 485–494.

[4] Ladner, M., „Durchstanzversuch an Flachdeckenausschnitt“, Untersuchungsbericht,

Hochschule Luzern – Technik & Architektur, Horw, September 1999, 22 pp.


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I. Anhang

I.1. Frisch- und Festbetonprüfungen

Versuchskörper P1.1 P1.2 P2.1 P2.2 P3.1 P3.2

Ausbreitmass [mm] 535 530 530 595 610 550

Rohdichte FB ρFB [kg/m3] 2328 2262 2324 2225 2319 2252

w/zeq [-] 0.58 0.60 0.61 0.61 0.65 0.57

Temperatur FB [°C] 22.0 19.0 24.0 21.0 20.5 20.0

Temperatur L [°C] 15.5 13.5 24.0 15.5 16.0 16.5

fwrcm,2d [N/mm2] 20.4 24.6 24.2 25.4 14.4 24.4

ρrfcm,2d [kg/m3] 2310 2260 2310 2210 2230 2170

fwrcm,7d [N/mm2] - 40.0 35.7 35.0 29.1 36.9

ρrfcm,7d [kg/m3] - 2260 2330 2230 2290 2250

fwrcm,28d [N/mm2] 43.6 46.6 47.2 44.7 40.4 47.4

ρrfcm,28d [kg/m3] 2260 2240 2340 2230 2320 2270

Ercm,28d [N/mm2] 27‘000 21‘800 26‘500 24‘200 25‘800 25‘500

ρrEcm,28d [kg/m3] 2347 2246 2355 2186 2279 2308

Ra [M.%] 0 0 2 0 2 0

Rb [M.%] 7 16 7 19 7 11

Rc [M.%] 22 53 32 42 30 30

Ru [M.%] 71 31 59 39 61 59

Rg [M.%] 0 0 0 0 0 0

X [M.%] 0 0 0 0 0 0

FL [cm3/kg] 0 0 0 0 0 0

Tabelle I Zusammenstellung der Betonkennwerte der Frisch- und Festbetonprüfungen; Mittelwerte.


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I.2. Last-Durchbiegungsbeziehungen

Bild I Platte P1.1: Last-Durchbiegungskurven aus W18 bis W29.


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Bild II Platte P1.1: Last-Durchbiegungskurven aus W30 bis W41.


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Bild III Platte P1.2: Last-Durchbiegungskurven aus W18 bis W29.


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Bild IV Platte P1.2: Last-Durchbiegungskurven aus W30 bis W41.


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Bild V Platte P2.1: Last-Durchbiegungskurven aus W18 bis W29.


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Bild VI Platte P2.1: Last-Durchbiegungskurven aus W30 bis W41.


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Bild VII Platte P2.2: Last-Durchbiegungskurven aus W18 bis W29.


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Bild VIII Platte P2.2: Last-Durchbiegungskurven aus W30 bis W41.


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Bild IX Platte P3.1: Last-Durchbiegungskurven aus W18 bis W29.


Seite 37/57


Bild X Platte P3.1: Last-Durchbiegungskurven aus W30 bis W41.


Seite 38/57


Bild XI Platte P3.2: Last-Durchbiegungskurven aus W18 bis W29.


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Bild XII Platte P3.2: Last-Durchbiegungskurven aus W30 bis W41.


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I.3. Hauptverzerrungen

a)

b)

Bild XIII Platte P1.1, LS1: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf Plattenunterseite.

Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]

Hauptverzerrungen LS_1

Versuchskörper 1.1 oben

Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]


Versuchskörper 1.1 unten


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a)

b)

Bild XIV Platte P1.1, LS2: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



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a)

b)

Bild XV Platte P1.1, LS3: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XVI Platte P1.2, LS1: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XVII Platte P1.2, LS2: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XVIII Platte P1.2, LS3: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XIX Platte P2.1, LS1: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XX Platte P2.1, LS2: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XXI Platte P2.1, LS3: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XXII Platte P2.2, LS1: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XXIII Platte P2.2, LS2: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XXIV Platte P2.2, LS3: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XXV Platte P3.1, LS1: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XXVI Platte P3.1, LS2: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XXVII Platte P3.1, LS3: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XXVIII Platte P3.2, LS1: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

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Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XXIX Platte P3.2, LS2: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]




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a)

b)

Bild XXX Platte P3.2, LS3: a) Hauptverzerrungen auf Plattenoberseite, b) Hauptverzerrungen auf

Plattenunterseite.

Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Druck

Zug

ausgefallene

Messstrecken

1050

[‰]



Documents

Vorfabrizierte, vorgespannte Betonpfähleki-bautechnik.ch/files/thk/_afe/v_berichte/VB_RC_Beton_DS.pdf · aus herkömmlichem Beton vergleichbar. - Infolge des höheren Anteils an