Biege- und Schubversuche an teilweise vorgespannten Betonbalken, Serie C

171 Pages·1971·6.17 MB·German

by  Dipl. Ing. Reto Caflisch, Dipl. Ing. Richard Krauss, Prof. Dr. Bruno Thürlimann (auth.)

Biege· und Schubversuche an
teilweise vorgespannten Betonbalken, Serie C
von
Dipl. Ing. Reto Caflisch
Dipl. Ing. Richard Krauss
Prof. Dr. Bruno Thlirlimann
Institut flir Baustatik
Eidgen6ssische Technische Hochschule Zurich
Zlirich
Februar 1971
ISBN 978-3-7643-0624-3 ISBN 978-3-0348-6909-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-0348-6909-6
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INHALTSVERZEICHNIS
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1. Ein1ei tung 3
2. Versuchsp1anung 4
2.1 Zie1setzung der Versuchsserie C 4
2.2 Biegeparameter 4
2.3 Schubparameter 5
3. Versuchsba1ken 7
3.1 Beschreibung 7
3.11 Abmessungen, Armierungen 7
3.12 Herste11ung, Vorspannung, Lagerung 7
3.13 Schwinden, Kriechen, Re1axation 8
3.2 Baustoffe 8
3.21 Beton 8
3.22 Armierungsstah1 9
3.23 Spannstah1 10
3.3 Rechnerische Werte 10
3.31 Querschnittswerte 10
3.32 Schubarmierung 10
3.33 Vorspannkrăfte 10
3.34 Bruchmomente 11
3.35 F1iessmomente 11
3.36 Schubbruchquerkrăfte 11
3.37 Gebrauchs1asten im Biegebereich 12
3.38 Gebrauchs1asten im Schubbereich 12
4. Durchftihrung der Versuche 13
4.1 Vorbereitung der Ba1ken 13
4.2 Versuchseinrichtung 13
4.3 Lastste11ungen 13
4.4 Versuchsab1auf, Be1astungsprogramm 13
4.5 Messungen 14
4.51 Lasten 14
4.52 Dehnungen, Stauchungen 14
4.53 Durchbiegungen 15
4.54 Risse 15
2
Seite
5. Versuchsresultate des Biegebereichs 16
5.1 Tragverhalten im Biegebereich 16
5.11 Allgemeines 16
c3
5.12 Spezielles Verhalten des Balkens 16
5.13 Maximale Lasten 16
5.2 Gebrauchslasten 17
5.3 Risse 18
5. 31 Allgemein 18
5.32 Lasten bei Rissbeginn 19
5.33 Rissbreiten im Gebrauchszustand 19
5.34 Rissbegrenzung 20
5.35 Vergleich Bugelabstand 20
5.36 Vergleich Durchmesser der schlaffen 21
Lăngsarmierung
5.37 Vergleich verschiedener Parameter 21
5.4 Durchbiegungen 23
5.41 Biegelinien 23
5.42 Durchbiegungen in Feldmitte 23
5.43 Vergleich Versuch - Theorie 24
5.5 Krummungen 24
6. Versuchsresultate des Schubbereichs 25
6.1 Tragverhalten 25
6.2 Bruchverhalten 25
6.21 Bruchlasten 25
6.22 Brucharten 26
6.23 Schubbruchverhalten der einzelnen Trăger 27
6.24 Maximale nominelle Schubspannungen 30
6.3 Fliessen der Schubarmierung 30
6.31 Bestimmung der experimentellen Fliessquerkraft 30
6.4 Gebrauchslasten 31
6.5 Risse 32
6.51 Allgemein 32
6.52 Rissbeginn 34
6.53 Rissbreiten im Gebrauchszustand 35
6.54 Rissbegrenzung 35
6.55 Vergleiche 35
2a
Seite
6.6 Deformationen 37
6.61 Schiebungen 37
6.62 Dehnungen der Lăngsarmierung 37
6.63 Dehnungen der Schubarmierung 39
6.64 Betonstauchungen 40
6.7 Vergleich Versuchsresultate- SIA Norm 162, Richtlinie 17 41
6.71 Verg1eich theoretische- experimente11e Bruchquerkraft 41
6.72 Verg1eich der maximalen nomine11en Schubspannungen 42
6.73 Verg1eich theoretische- experimente11e Fliessquerkrăfte 43
6.74 Verg1eich Gebrauchs1asten- experimente11e F1iess- und
Bruchquerkrăfte 44
6.75 Bemessungsquerkraft SIA Norm 162, Richt1inie 17 46
7. Zusammenfassung 48
Resume 50
Summary 53
Verdankungen 55
Literaturverzeichnis 56
Bezeichnungen 57
Tabe11en 63
Bi1der 76
3
1. EINLEITUNG
Die Versuchsserie C van 5 tei1weise vargespannten wurde am Insti
Betantrăgern
tut fur Baustatik, Abt. Massivbau, durchgeflihrt. Sie sch1iesst an die bereits
in [1] und [2] beschriebenen Serien A und B an. Wie aus der Parametervariatian
(Tabe11en 1 und 2) ersicht1ich ist, wurde mit gezie1ten Einze1versuchen, die
einen Verg1eich mit den Resu1taten van Serie A und B er1aubten, das Schubtrag
verha1ten
năher abgek1ărt.
Die Auswertung der Versuche erfa1gte im g1eichen Rahmen wie bei den varange
gangenen Versuchsreihen. Um einen Verg1eich mit ihnen zu er1eichtern, sind
die g1eichen Bezeichnungen und Darste11ungen gewăh1t warden.
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2. VERSUCHSPLANUNG
2.1 Zie1setzung der Versuchsserie C
In den zwei Versuchsserien A und B wurden grundsătz1iche Aspekte des Biege
und Schubverha1tens tei1weise vorgespannter Betonba1ken untersucht. Die Re
su1tate wurden in den zwei Berichten [1] und [2] zusammengeste11t. Die
wichtigsten Erkenntnisse wurden in den Zusammenfassungen darge1egt. Daraus
konnen fo1gende Sch1tisse gezogen werden:
- Biegeverha1ten Bruchzustand ist gut erfassbar
F1iessmoment kann exakt berechnet werden
. Deformationsverha1ten im Gebrauchszustand
bedarf noch weiterer Abk1ărungen.
- Schubverha1ten . Bruchzustand ist noch unabgek1ărt
F1iessquerkraft kann genau bestimmt werden
. Deformationsverha1ten im Gebrauchszustand
ist nicht v611ig abgek1ărt.
Aus dieser Zusammenste11ung ist ersicht1ich, dass vor a11em das Schubbruch
verha1ten weiterer Untersuchungen bedarf. Desha1b wurden in der Serie C primăr
jene Parameter variiert, von we1chen man einen.erheb1ichen Einf1uss auf das
Schubbruchverha1ten erwartete. Im weitern wurden die noch freien Parameter so
variiert, dass das Deformationsverha1ten des Biege- und Schubbereichs besser
beurtei1t werden konnte.
2.2 Biegeparameter
Da die Parametervariation vor a11em auf die Untersuchung des Schubbruchverha1-
tens ausgerichtet war, konnten die Biegeparameter nur wenig variiert werden.
Bruch- und F1iessverha1ten wurde nicht untersucht, da man nach Mog1ichkeit vor
dem F1iessen der Lăngsarmierung einen Schubbruch erzeugen wo11te. Das Verha1-
ten im Gebrauchszustand konnte jedoch eingehend tiberprtift werden. Fo1gende
Parameter haben einen mehr oder weniger grossen Einf1uss auf das Risseverha1ten
im Biegebereich:
- Haftung der Armierung
- Durchmesser der Armierung ~
der Armierung ti
Oberf1ăchenabstand
- Stah1spannungen a
e
5
- Blige1abstand tB
- Armierungsgeha1t Zugzone
- Vertei1ung der
Lăngsarmierung
Auch bei der Serie C wurde wie bei Serie A und B die Haftung der verschiedenen
nicht untersucht. Der Armierungsgeha1t der Zugzone wurde durch die
Betonstăh1e
Untersuchung des Schubbereichs festge1egt. Die Vertei1ung der
Lăngsarmierung
war bei diesen Querschnittsgrossen aussch1iess1ich eine Funktion des Durchmes
sers der Desha1b sich die Variation der Biegepara
Lăngsarmierung. beschrănkte
meter auf die Untersuchung des der
hauptsăch1ich Oberf1ăchenabstandes Lăngs­
armierung. Bei den Serien A und B wurde die Betonliberdeckung li zu 2 cm ange
nommen. Bei der Serie C wurde der Oberf1ăchenabstand li konstant zu 4 cm fest
ge1egt. Durch einen Verg1eich konnte der Einf1uss der Betonliberdeckung auf die
maxima1en Rissbreiten liberprlift werden. Da noch weitere Variationsmog1ichkei
ten offen waren, wurde zudem der Einf1uss des Durchmessers sowie der Blige1-
abstănde untersucht. Die resu1tierende Parametervariation wurde in den Tabe11en
1 und 2 dargeste11t.
Nach Bi1d 3 ergeben sich fo1gende Verg1eichsmog1ichkeiten:
Einf1uss 0 bei tB 10 cm li 4 cm 2 cm (Serie C/B)
Einf1uss 0 bei tB = 30 cm li 4 cm - 2 cm (Serie C/B)
Einf1uss ~ bei li ~ 4 cm tB 10 cm 30 cm (Serie C)
Einf1uss 0 bei li 2 cm tB 10 cm 30 cm (Serie B)
Der Einf1uss der Stah1spannungen auf die Rissbreiten ergab sich
zwangs1ăufig
aus dem Moment-Riss-Diagramm, so dass dieser Parameter nicht spezie11 variiert
werden musste.
Die Querschnittsform der Zugzone wurde entsprechend den Ba1ken der Serie A
gewăh1t. Die Querschnittsgesta1tung der Druckzone wurde durch die Variation
der Schubparameter festge1egt.
2.3 Schubparameter
Die Resu1tate der Schubversuche der Serien A und B [2] hatten gezeigt, dass
das Schubbruchverha1ten noch nicht vo11ig abgek1ărt ist. Desha1b wurde die
Serie C so ausge1egt, dass vor a11em das Schubverha1ten zwischen F1iess1ast
und Bruch1ast untersucht werden konnte. Zu diesem Zweck wurde die theoreti
sche Schubbruchquerkraft zu 40% bis·S7% der theoretischen Biegebruchquer
kraft festge1egt (Tab. 20). Um mit den wenigen Ba1ken mog1ichst k1are Erkennt-
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nisse liber das Schubbruchverhalten zu erreichen, wurden nur einzelne Parame
ter variiert. Auf Grund der im Versuchsbericht [2] Abschnitt 3.22 aufgefilhr
ten Klassifikation der Schubbrucharten wurden bei der Versuchsplanung der
Serie C folgende Ueberlegungen angestellt. Da die Stauchungs-Schiebungs-Bril
che SS und Verankerungsbrilche V, bei welchen die Schubarmierung die Fliess
spannung ilberschreitet und die maximale Dehnung der kleiner als
Lăngsarmierung
die Fliessdehnung ist,noch wenig abgeklărt sind, wurden vor allem diese Bruch
arten untersucht. Der Stauchungsbruch S, der bei verschiedenen Kombina
năher
tionsmoglichkeiten des Fliessens oder Nichtfliessens der Schub- resp. Lăngs­
armierung auftreten kann, war hingegen nicht von Bedeutung, da diese Bruch
last mehr oder weniger bekannt ist (5 bis 7 ,1). Jene Bruchart, bei welcher
die die Fliessspannung erreicht (BS), war weiter nicht inte
Lăngsarmierung
ressant, da nach Fliessbeginn der keine grosse Steigerung der
Lăngsarmierung
Belastung bis zum Biegebruch mehr moglich ist %). Der Spezialfall, bei
(~10
welchem die im Schubbereich zu rasch abgestuft ist und dadurch
Lăngsarmierung
vor dem Fliessen der in Feldmitte im Schubbereich einen Biege
Lăngsarmierung
schubbruch auslosen kann, wurde weiter nicht untersucht. Von den
erwăhnten
und zu untersuchenden Schubbrucharten SS und V interessierte vor allem die
Bruchart VD (Abschieben der Druckplatte). Ein Verankerungsbruch in der Zugzone
(VZ) kann konstruktiv verhindert werden. Die Stauchungs-Schiebungs-Brilche SS
konnen in ihrer Grossenordnung einigermassen erfasst werden.
Folgende Faktoren konnen das Abschieben der Druckplatte beeinflussen:
- Dicke der Druckplatte
- Bilgelabstand
- Form der Bilgel (geschlossen oder offen)
- Lage der Neutralaxe
Die aus diesen Faktoren resultierende Parametervariation wurde im Bild 3 auf
getragen. Die Ueberlegungen, die zu dieser Zusammenstellung gefilhrt hatten,
sind im folgenden kurz zusammengefasst. Der Einfluss geschlossener gegenilber
offenen Bilgel tritt nur bei Trăgern mit einem dilnnen Druckflansch auf und
zeigt den grossten Unterschied bei kleinen (tB = 12,5 cm:
Bilgelabstănden
c2t- Clt' tB = 20 cm: c2r- B1r). Der Einfluss des Bilgelabstandes wird eben
falls bei den Balken mit dilnnem Druckflansch am grossten sein (Clt- Blr- c1r).
Die Untersuchung der Druckplattengestaltung wurde bei tB = 20 resp. 30 cm
durchgefilhrt, da bei kleinen Bilgelabstănden und grossen Flanschdicken kaum
ein Abschieben der Druckplatte stattfinden kann.