Der Endbereich von im Werk vorgespannten Fertigteilträgern - Hohlplatten. Abschlussbericht.

Der Forschungsbericht untersucht das statische Verhalten des Endbereichs vorgespannter Fertigteilträger ohne Bügelbewehrung. Mit Hilfe einer zweidimensionalen numerischen Simulation wurde die Tragfähigkeit näher erforscht. Zur realistischen Abbildung des Trägerverhaltens nutzte man ein Betonstoffgesetz und ein Verbundelement, welche in das Programmpaket ABAQUS eingebunden wurden. Die gemessenen Dehnungsverläufe für den Stahl und den Beton, die Traglastverformungskurven und der prinzipielle Versagensmechanismus wurden reproduziert. Der Bericht stellt ein Bemessungskonzept vor, mit dem das Tragverhalten von im Werk vorgespannten Fertigteilträgern realistischer approximiert werden kann als in der bisherigen DIN 4227. Hierfür werden die Normal- und Schubspannungen aus den Lastfällen "Vorspannung" und "Äußere Last" mit der aus der Spannkrafteinleitung resultierenden Spaltzugspannung überlagert. Die Hauptzugspannung dieser Lastfallkombination darf die 5-Prozent-Fraktil-Zugfestigkeit entsprechend der DIN bzw. dem EC 2 nicht überschreiten.

Problemstellung 1
2 Relevante Versagensmechanismen 3
2.1 Allgemeines 3
2.2 Spannungen und Schädigung infolge Vorspannens 4
2.2.1 Spaltzugwirkung 4
2.2.2 Stirnzugwirkung 5
2.2.3 Sprengwirkung 7
2.3 Spannung und Schädigung infolge äußerer Belastung 8
2.3.1 Allgemeines 8
2.3.2 Verankerungsbruch 10
2.3.3 Reiner Biegebruch 14
2.3.4 Schub-Zug-Bruch 16
2.3.5 Schub-Druck-Bruch 19
3 Versuche 23
3.1 Allgemeines 23
3.2 Zeitabläufe von der Spannstahlstreckung bis zum Versuchstag 25
3.3 Versuchsbalken Nr. 1 26
3.4 Versuchsbalken Nr. 2 29
3.5 Versuchsbalken Nr. 3 32
4 Mechanisches Modell 37
4.1 Allgemeines 37
4.2 Beton unter Zugbeanspruchung 38
4.2.1 Rissbildungs- und Entfestigungsmechanismen 38
4.2.2 Das "crack band" Modell 41
4.2.3 Das verschmierte Risskonzept nach Akkermann 44
4.3 Beton unter Druckbeanspruchung 48
4.3.1 Rissbildungs- und Entfestigungsmechanismen 48
4.3.2 Das biaxiale Spannungsmodell 51
4.3.3 Nichtlokale Druckschädigung 54
4.3.4 Beton-Stoffmatrix für den ebenen Spannungszustand 58
4.4 Das Verbundmodell 61
4.4.1 Verbundgesetz nach Bigaj und Den Uijl 61
4.4.2 Elementmatrizen des Verbundmodells 68
5 Numerische Implementierung in ABAQUS 73
6 Vergleich der Ergebnisse aus Versuch und Rechnung 76
6.1 Allgemeines 76
6.2 Parameterbestimmung 77
6.2.1 Allgemeines 77
6.2.2 Bestimmung der Betondruckfestigkeit 77
6.2.3 Bestimmung der Betonzugfestigkeit 78
6.2.4 Bestimmung der Bruchenergie 79
6.2.5 Bestimmung des E-Moduls 80
6.2.6 Zusammenfassende Darstellung 82
6.3 Ergebnisse zu Träger VB 1 84
6.3.1 Allgemeines 84
6.3.2 Lastverschiebungskurven 85
6.3.3 Rissbildung und Rissverläufe 87
6.3.4 Spannungsverläufe und Spannstähle 90
6.3.5 Verbundspannungen an der Stahloberfläche 95
6.3.6 Betonspannungen und zugehörige Trajektorien 99
6.4 Ergebnisvergleich zu Träger VB 2 101
6.4.1 Balkenmodell 101
6.4.2 Lastverschiebungskurven 101
6.4.3 Rissbildung und Rissverläufe 103
6.4.4 Spannungsverläufe und Spannstähle 106
6.4.5 Verbundspannungen an der Stahloberfläche 111
6.4.6 Betonspannungen und zugehörige Trajektorien 112
6.4.7 Betondehnungen 119
6.5 Balken mit mittigem Lastangriff 127
6.5.1 Balkenmodell 127
6.5.2 Lastverschiebungskurven 127
6.5.3 Rissbildung und Rissverläufe 129
6.5.4 Spannungsverläufe und Spannstähle 131
6.5.5 Betonspannungen und zugehörige Trajektorien 132
6.6 Balken mit auflagernahem Lastangriff 136
6.6.1 Balkenmodell 136
6.6.2 Lastverschiebungskurven 136
6.6.3 Rissbildung und Rissverläufe 137
6.6.4 Betonspannungstrajektorien 139
6.7 Ergebnisvergleich zu Träger VB 3 141
6.7.1 Balkenmodell 141
6.7.2 Lastverschiebungskurven 142
6.7.3 Rissbildung und Rissverläufe 143
6.7.4 Spannungsverläufe und Spannstähle 146
6.7.5 Verbundspannungen an der Stahloberfläche 149
6.7.6 Betonspannungen und zugehörige Trajektorien 150
6.7.8 Betondehnungen 155
7 Vorschlag für eine Bemessung 161
7.1 Grundlagen 161
7.2 Spaltzugspannungen am freien Rand infolge Vorspannung 163
7.3 Hauptzugspannungen unter Vorspannung und Last 163
7.3.1 Einwirkungen - Vorspannung und äußere Last 163
7.4 Bemessung - Versuchsauswertung und Sicherheitsbeiwerte 165
8 Zusammenfassung und Diskussion 168
9 Literaturverzeichnis 169
10 Notationsverzeichnis 173
Anhang 179