Querkrafttragfähigkeit von Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung

Es wird über Versuche zur Querkrafttragfähigkeit von Brückenfahrbahnplatten aus Stahlbeton berichtet. Diese zeigen, dass die bekannten Rechenansätze für Bauteile ohne Querkraftbewehrung nach DIN 1045‐1 bzw. DIN‐FB 102 für Fahrbahnplatten auf der sicheren Seite liegen, die tatsächliche Tragfähigkeit aber weit unterschätzt wird. Weitere Ansätze zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbauteilen ohne Querkraftbewehrung werden erörtert. Während die Modelle bei der Auswertung einer Datenbank von Balkenversuchen eine gute Übereinstimmung aufweisen, zeigt der Vergleich mit den Modellversuchen, dass die meisten Rechenverfahren die Tragfähigkeit der Platten unterschätzen. Zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von Platten ohne Querkraftbewehrung unter Punktlasten wird ein Modell vorgeschlagen, welches die Querkrafttragfähigkeit mit der Zugbeanspruchung der Biegezugzone im kritischen Bereich verknüpft. Shear Resistance of Bridge Decks without Transverse Reinforcement The design of concrete bridge deck slabs is of major concern since the introduction of the Eurocodes as the calculated shear capacity of slabs without stirrups and staggered reinforcement according to the new design standards is often considerably smaller compared to the former regulations i.e. DIN 1045:88. This raises the question whether the existing structures are still save. A series of 12 tests on 4 different specimens representing a bridge deck was performed to examine the real load bearing behaviour of a slab with and without shear reinforcement under a wheel (point) load. The evaluation of the test results revealed, that the current design formula with an assumed elastic shear force distribution leads to rather conservative values of shear capacity for bridge deck slabs. Various approaches for shear design are discussed and the accuracy is checked by means of a shear database and the test results. A new model to calculate the shear capacity is proposed which shows a better agreement with test data than the known approaches.     

Statische und dynamische Axialdruckversuche an vergrouteten Rohr‐in‐Rohr‐Verbindungen mit verschiedenen Füllmaterialien

In diesem Beitrag wird über Ergebnisse von experimentellen und numerischen Untersuchungen an vergrouteten Rohr‐in‐Rohr‐Verbindungen berichtet, die am Institut für Stahlbau der Leibniz Universität Hannover durchgeführt wurden. Diese sogenannten “Grouted Joints” kommen z. B. als Verbindungselemente zwischen dem im Boden eingerammten Pfahl und dem Turm einer Offshore‐Windenergieanlage zum Einsatz. An deutlich kleineren Prüfkörpern wurden Axialdruckversuche im Labor durchgeführt, um den Unterschied zwischen glatten und gerippten Stahlrohrmantelflächen im Grenzzustand der Tragfähigkeit und Ermüdung aufzuzeigen. Dabei kamen auch verschiedene Füllmaterialien für den Ringspalt zum Einsatz. Die Tragfähigkeit bei den Prüfkörpern mit glatten Rohrmantelflächen ist hauptsächlich von der Haftfestigkeit des Füllmaterials auf den Stahloberflächen und deren Beschaffenheit abhängig. Durch die Anordnung von Schubrippen kann die Trag‐ und Ermüdungslast um ein Vielfaches gegenüber der glatten Variante gesteigert werden. Dies ist hauptsächlich auf die Wirkung von Druckstreben zwischen den Schubrippen zurückzuführen, deren Tragfähigkeit sich mit zunehmender Druckfestigkeit des Füllmaterials erhöht. Mit einem Bemessungsmodell kann unter Berücksichtigung der Druckstrebentragfähigkeit und Anzahl der Schubrippen die Traglast von Grouted Joints abgeschätzt werden. Static and dynamic axial compression tests on grouted tube‐in‐tube connections with various grout materials. This paper summarises static and dynamic axial compression tests on small scale grouted joints for offshore wind energy converters. The connection is mostly used between driven monopiles and tower sections as tube‐in‐tube connection. The gap between the tubes is filled with grout materials. The test series comprises grouted joints with smooth and ribbed surfaces of the tubes which are loaded by axial compression. The ultimate and fatigue limit state of the connection can be increased with shear keys along the overlapped length of the tubes to get a ribbed contact surface to the grout. In this case the axial load is transferred by compression struts between the shear keys. The bearing capacity depends mainly on the compressive strength of the grout and the geometry of the shear keys. In addition to the experimental results an analytical design concept is presented within this paper for grouted joints with shear keys. With the analytical model the axial load capacity of the grouted joint can be determined under consideration of the compression struts and number of shear keys.     

Versuche zur Tragfähigkeit von Ankerplatten mit einbetonierten Kopfbolzendübeln in schmalen Stahlbetonstützen

Müssen große Lasten von Stahl‐ in Betonbauteile eingebracht werden, sind Ankerplattendetails mit aufgeschweißten Kopfbolzendübeln oft praktikable Lösungen. Dies gilt auch für die Befestigung von Stahlträgern an Stützen aus Stahlbeton. Hier können die Ankerplatten z. B. bauseits an der Schalung befestigt und mit dem Ortbeton einbetoniert werden. Die Dimensionierung dieser Einbauteile kann, wie auch die Berechnung von nachträglich installierten Befestigungsmitteln, derzeit nach Europäischen Technischen Zulassungen (ETA) erfolgen. Im Unterschied zu nachträglich installierten Befestigungen ist für die Ankerplatte mit einbetonierten Kopfbolzendübeln eine rechnerische Nutzung der Tragfähigkeit der Bewehrung möglich. Allerdings führen die diesbezüglichen Regelungen – im Vergleich zu den in den Versuchen ermittelten Tragfähigkeiten – rechnerisch zu stark eingeschränkten Tragfähigkeiten. Dies beruht einerseits auf der Reduktion der Tragfähigkeit wegen geringer Randabstände und andererseits auf der stark eingeschränkten Nutzbarkeit der Bewehrung. Im folgenden Beitrag werden Versuchsergebnisse vorgestellt, welche den Einfluss der Betondruckfestigkeit, der Verankerungslänge, der Lastexzentrizität sowie der Bewehrungsmenge und ‐position auf das Versagensgeschehen und die Tragfähigkeit zeigen. Results of Experimental Investigations on the Load‐Bearing Capacity of Steel Anchor Plates with in Concrete Encased Headed Studs in Reinforced Narrow Concrete Columns Anchor plates with welded shear studs are often used to transfer high loads from steel to reinforced concrete elements. This is for example the case for the fixation of steel beams to reinforced concrete columns. The anchor plates are fixed on site on the formwork and cast in‐place in the concrete. The design is calculated according to European Technical Approvals like the design of post‐installed anchors. In contrast to post‐installed fastenings, the utilisation of the reinforcement of in concrete encased headed studs is theoretically possible. But the regulations of the ETAs lead to great reductions in the analysed load‐bearing capacities compared to the capacities, obtained in tests. These tests have been conducted to investigate the load bearing behaviour and failure modes of anchor plates, especially in narrow reinforced concrete columns. In the following article the results of the experimental investigations are presented, which show the influence of concrete compression strength, shear stud length, load eccentricity as well as amount and position of reinforcement.     

Design rules for lateral torsional buckling of channel sections subject to web loading

Bemessungsregeln für das Biegedrillknicken von U‐Querschnitten unter Belastung in Stegebene. In der Praxis kommen häufig U‐Querschnitte zum Einsatz. Eurocode 3 enthält jedoch keine Bemessungsregeln für exzentrisch, d.h. nicht im Schubmittelpunkt, belastete Träger mit U‐Querschnitt. In diesem Beitrag werden fünf Bemessungsvorschläge vorgestellt, erläutert und ihre Anwendbarkeit mit Hilfe von Finite‐Element‐Berechnungen überprüft. Die berechneten Tragfähigkeiten der Bemessungsmodelle werden mit Traglasten verglichen, die auf Grundlage von geometrisch und materiell nichtlinearen Berechnungen an Trägern mit Imperfektionen (GMNIA) ermittelt wurden. In der numerischen Parameterstudie werden die Querschnittsabmessungen, das Verhältnis von Spannweite zur Trägerhöhe, der Lasttyp und der Lastangriffspunkt variiert. Die Belastung wirkt jedoch lediglich in Stegebene. Basierend auf einem der bisherigen Bemessungsvorschläge wird im Rahmen dieser Untersuchung ein neuer Bemessungsvorschlag formuliert, der die Regelungen des Eurocode 3 widerspruchsfrei ergänzt.     

Betongelenke aus selbstverdichtendem und hochfestem Beton bei der neuen Elbebrücke Mühlberg

Neben der architektonisch ansprechenden Form weist die neue Elbebrücke Mühlberg mit Betongelenken aus selbstverdichtendem und hochfestem Beton technische Neuheiten auf. Für die Bemessung der Betongelenke sind Ergänzungen und Modifikationen der vorhandenen Bemessungsregeln gemäß [1] erforderlich. Weiterhin ist die umfängliche Erstanwendung von selbstverdichtendem und hochfestem Beton im Brückenbau eine weitere Herausforderung für die Beteiligten. In diesem Beitrag werden die neu aufgestellten Bemessungsregeln für die Betongelenke zusammenfassend erläutert und über die Erfahrungen im Zusammenhang mit der Anwendung von selbstverdichtendem und hochfestem Beton im Brückenbau berichtet. Concrete Hinge made of self compacting and high strength concrete for the new Elbe‐Bridge Mühlberg. Additional to a sophisticated architectural design the new Elbe‐Bridge Mühlberg shows technical novelty with concrete hinges made of self compacting and high strength concrete. For the design of concrete hinge in this construction few modifications and additions to the available design rules according to [1] are necessary. Furthermore the use of self compacting and high strength concrete in great volume is a challenge. In this paper the new design rules for concrete hinge are explained and the know how regarding on the use of self compacting and high strength in bridge construction are reported.     

Querkraftbemessung nach DIN 1045‐1

Im vorliegenden Beitrag werden Arbeitshilfen für die Querkraftbemessung nach DIN 1045‐1 entwickelt. Unter Anwendung der vorgestellten Bemessungstabellen erfolgt die Bestimmung der Querkraftbewehrung auf sehr einfache Weise. Der Aufwand bei der Bemessung wird auf ein Minimum reduziert, positive Nebeneffekte bestehen in der Übersichtlichkeit und Wirtschaftlichkeit der Bemessungsergebnisse – auch bei Querkraft unter dem Einfluss von Längsspannungen. Aus dem vorgestellten Nomogramm für Vollplatten lässt sich in Abhängigkeit vom Rechenwert der bezogenen Querkraft – τ_Ed = V_Ed/z, der Betonfestigkeit und der statischen Höhe direkt bestimmten, welche Längsbewehrung erforderlich ist, um Querkraftbewehrung zu vermeiden. Die wichtigsten Bemessungshilfen – Diagramme für Bauteile ohne Querkraftbewehrung sowie eine Bemessungstabelle für die Querkraftbemessung ohne Längskraft – sind im Anhang als Arbeitsblatt zusammengefasst. Shear Force Design according to DIN 1045‐1. A simple procedure In the present paper are deduced worksheets for lateral force design according to DIN 1045‐1. By using the tabulars the amount of shear reinforcement can be determined in a very simple way. There are positive side effects in the clarity and economy of the calculation results – even with shear force under the influence of longitudinal stresses. Beside the tabulars a nomogram for the design of solid slabs is presented. It is possible to determine in a direct way the amount of main reinforcement, wich is required in order to eliminate the assembling of reinforcement stirrups in dependence on the related shear force – τ_Ed = V_Ed/z, the concrete strength and the effective depth. The basic measuring tools for the design without a longitudinal force are summarized in the annex as a worksheet.     

Zur Druck‐Zug‐Festigkeit von Stahlbeton und stahlfaserverstärktem Stahlbeton

Während die Druckfestigkeit des Betons durch gleichzeitig wirkenden Querdruck gegenüber der einaxialen Druckfestigkeit erheblich gesteigert werden kann, führen Querzugbeanspruchung und Rissbildung zu einer Abminderung der Tragfähigkeit. Dies gilt für unbewehrten Beton und Stahlbeton gleichermaßen. In den einschlägigen Regelwerken finden sich hierzu international sehr unterschiedliche Bemessungsansätze, wobei die vorgesehenen Abminderungsbeiwerte für denselben Anwendungsfall um das bis zu Zweifache differieren. Die Frage der Druck‐Zug‐Festigkeit von Stahlbeton wurde in den vergangenen 40 Jahren von zahlreichen Wissenschaftlern untersucht. Ihre Ergebnisse sind allerdings zum Teil ebenso widersprüchlich wie die aktuelle Normensituation. Basierend auf eigenen experimentellen Untersuchungen sowie einer kritischen Auswertung und Einordnung als richtungweisend angesehener, früherer Versuchsreihen wird ein Vorschlag zur Abminderung der Druckfestigkeit des gerissenen Stahlbetons entwickelt. Erstmals wird dabei auch der Einfluss einer Faserzugabe in Kombination mit Stabstahlbewehrung berücksichtigt. Ein Vergleich mit den in DIN 1045‐1, CEB‐FIP Model Code 1990, Eurocode 2 und ACI Standard 318‐05 angegebenen Bemessungsregeln zeigt, dass allein DIN 1045‐1 die in den Versuchen beobachtete maximale Abminderung der Druckfestigkeit durch Querzug und Rissbildung zum Teil erheblich unterschätzt, so dass eine konservative Auslegung der Tragwerke nicht immer sichergestellt ist. Biaxial Compression‐Tension‐Strength of Reinforced Concrete and Reinforced Steel Fibre Concrete The compressive strength of concrete can be substantially increased in relation to uni‐axial compressive strength by transverse compression acting at the same time. In contrast, transverse tension and cracking lead to a reduction of the load‐carrying capacity. This holds true for plain concrete as well as for reinforced concrete. In international standards very different calculation rules can be found on this subject, whereby the provided reductions differ up to a factor of two for the same application. The question of biaxial compression‐tension‐strength of reinforced concrete was examined in the past 40 years by numerous scientists. Their results are, however, partially contradictory in the same way as the current standard situation. Based on own experimental investigations as well as on a critical review and classification of former test series regarded as trend‐setting, a proposal for the reduction of the compressive strength of cracked reinforced concrete is developed. For the first time, also the influence of fibres in addition to bar reinforcement is considered thereby. A comparison with the calculation rules in DIN 1045‐1, CEB‐FIP Model Code 1990, Eurocode 2, and ACI Standard 318‐05 shows, that exclusively DIN 1045‐1 underestimates sometimes substantially the maximum reduction of the compressive strength by transverse tension and cracking observed in the tests, so that a conservative design of structures cannot always be ensured.     

Der Eurocode 2 für Deutschland – Auswirkungen auf den Betonfertigteilbau

Die europäische Harmonisierung der technischen Regelwerke im Bauwesen schreitet nicht nur bei den Produktnormen, sondern auch bei den Bemessungsnormen für den konstruktiven Ingenieurbau unaufhaltsam voran. Während die meisten europäischen Länder jedoch schon im Laufe des Jahres 2010 die Umstellung auf die europäischen Bemessungsnormen vollzogen haben, wird die Anwendung der Eurocodes in Deutschland erst 2012 verbindlich werden. Der folgende Beitrag befasst sich mit den Auswirkungen auf Betonfertigteile bei einer Bemessung nach Eurocode 2 Teil 1‐1 und Teil 1‐2 und gibt einen Überblick, wie sich die europäischen Produktnormen für Betonfertigteile in das neue Regelwerk einordnen lassen. The Eurocode 2 for Germany – Impacts on Precast Concrete Constructions The accelerating harmonization of European technical standards does not only concern the product standards, but also the standards for the design of structures. Whereas most European countries have implemented the European design standards during 2010, in Germany the application of the structural Eurocodes will be mandatory not until 2012. The following article deals with the impacts on precast concrete constructions resulting from the application of the new Eurocode 2 part 1‐1 and part 1‐2 also regarding the harmonized European standards for precast concrete products.     

Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonträgern

Auch nach vielen Jahren teilweise intensiver Forschung wird die Bestimmung des Querkraftwiderstands von Stahl‐ und Spannbetonträgern in der Fachwelt weiterhin rege diskutiert. Dies liegt einerseits an der Komplexität des Problems, andererseits an der Weiterentwicklung von Bauweisen und Baustoffen sowie den veränderten Fragestellungen. Im vorliegenden Beitrag wird ein dreistufiges Vorgehen präsentiert, das die Bemessung, die Überprüfung und die detaillierte rechnerische Beurteilung von Bauteilen unter Querkrafteinwirkung umfasst. Im Zentrum stehen die Verallgemeinerten Spannungsfelder, die sich insbesondere für die vertiefte Untersuchung und die generelle Überprüfung eines Tragwerks eignen. Die entsprechenden Festlegungen sind durch Versuche gut abgesichert und so aufbereitet, dass sie sich für die Anwendung in der Ingenieurpraxis eignen. Die auf dieser Grundlage ermittelten Querkraftwiderstände werden denjenigen nach den Normen DIN 1045‐1 und Eurocode 2 gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass eine Überprüfung der Normvorschriften angebracht wäre. Generell soll der Beitrag zur Diskussion und weiteren Entwicklung der nationalen und internationalen Normen beitragen. Shear Strength of Structural Concrete Beams Even after many years of in‐depth research, the determination of shear strength of structural concrete beams is still in discussion. The reasons for that are, on the one hand, the complexity of the problem and, on the other hand, further developments of structural systems and building materials as well as new questions arising from the evaluation of existing structures. In this contribution a structured procedure including design, detailed analysis and elaborate assessment of structural concrete members subjected to shear is presented. The focus is on the Generalized Stress Field Approach which particularly enables a profound analysis and a general evaluation of a structure. The corresponding definitions are well supported by experimental results and arranged to be easily used in practical application. Shear strengths calculated on the basis of this method are compared to results according to DIN 1045‐1 and Eurocode 2. It shows that a re‐evaluation of the code provisions is well appropriate. Basically, this contribution may be regarded as a contribution to the discussion about the development of national and international codes.     

Der Eurocode 2 für Deutschland – Erläuterungen und Hintergründe

Der neue Eurocode 2: “Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton‐ und Spannbetontragwerken – Teil 1‐1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau” (EC2‐1‐1) mit seinem Nationalen Anhang ist nach einer ausführlichen Erprobungsphase bereit zur bauaufsichtlichen Einführung in Deutschland. In mehreren Beiträgen sollen Erläuterungen und Hintergründe zu einigen Regelungen im Eurocode 2 und zu den Entscheidungen für Regeln im Nationalen Anhang vorgestellt werden, die entweder zu Änderungen gegenüber DIN 1045‐1 oder zu Abweichungen vom Eurocode 2 führten. Der Teil 3 enthält Erläuterungen zur Begrenzung der Spannungen, Rissbreiten und Verformungen. The Eurocode 2 for Germany – Explanations and Backgrounds Part 3: Limitation of Stresses, Cracks and Deformations The new Eurocode 2 “Design of concrete structures – Part 1‐1: General rules and rules for buildings” (EC2‐1‐1) and its National Annex has undergone a phase of detailed testing and is now ready for the implementation in Germany. In some articles should be given explanations and backgrounds of some rules in Eurocode 2 and of decisions for rules in the National Annex, which have been taken either to changes compared with DIN 1045‐1 or to differences to Eurocode 2. Article 3 contains explanations for the limitation of stresses, cracks and deformations.     

Der Eurocode 2 für Deutschland – Erläuterungen und Hintergründe

Der neue Eurocode 2: “Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton‐ und Spannbetontragwerken – Teil 1‐1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau” (EC2‐1‐1) mit seinem Nationalen Anhang ist nach einer ausführlichen Erprobungsphase bereit zur bauaufsichtlichen Einführung in Deutschland. In mehreren Beiträgen sollen Erläuterungen und Hintergründe zu einigen Regelungen im Eurocode 2 und zu den Entscheidungen für Regeln im Nationalen Anhang vorgestellt werden, die entweder zu Änderungen gegenüber DIN 1045‐1 oder zu Abweichungen vom Eurocode 2 führten. Teil 2 enthält Erläuterungen zu den Grundlagen der Tragwerksplanung, zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit, zu den Baustoffeigenschaften und zu den Spannungs‐ Dehnungslinien. The Eurocode 2 for Germany – Explanations and Backgrounds Part 2: Basics, Durability, Materials, Stress‐Strain‐Relationships The new Eurocode 2 “Design of concrete structures – Part 1‐1: General rules and rules for buildings” (EC2‐1‐1) and its National Annex has undergone a phase of detailed testing and is now ready for the implementation in Germany. In some articles should be given explanations and backgrounds of some rules in Eurocode 2 and of decisions for rules in the National Annex, which have been taken either to changes compared with DIN 1045‐1 or to differences to Eurocode 2. Article 2 contains explanations for the basis of design, for the durability, for the material properties and for the stress‐strain‐relationships.     

Anwendung der Zonenmethode für brandbeanspruchte Stahlbetonstützen

Die Heißbemessung von Stahlbetonstützen mit der Zonenmethode (Vereinfachtes Verfahren) ist nach Eurocode grundsätzlich möglich und in verschiedenen europäischen Normen bereits eingeführt. In Deutschland wird das Verfahren für die Stützenbemessung in Zukunft jedoch voraussichtlich abgelehnt, da sich die Ergebnisse teilweise nicht mit denen der anerkannten Allgemeinen Verfahren decken. Ein Grund für die Diskrepanz der Ergebnisse der verschiedenen Methoden liegt nach Einschätzung der Autoren in der teilweise nur unzureichenden Dokumentation bzw. Regelung der Zonenmethode. Dass z. B. die Zonenmethode als Verfahren der Plastizitätstheorie angelegt ist, jedoch als nichtlineares Verfahren verwendet wird, führte bereits zu wesentlichen Fehlinterpretationen bzw. Missverständnissen. Dieser Aufsatz zeigt daher eine kurze Darstellung der ursprünglichen Annahmen sowie eine Herleitung der Zonenmethode nach Hertz. Im Hauptteil des Aufsatzes wird anhand von dokumentierten Eichbeispielen gezeigt, wie die Zonenmethode für Druckglieder in der Praxis anzuwenden ist, damit die Traglast und das Last‐Verformungsverhalten bezogen auf die Allgemeinen Verfahren ausreichend genau bestimmt werden können. Use of a Simplified Method (Zone Method) for Concrete Columns Exposed to Fire Eurocode 2 provides a fire resistance check for concrete columns called zone method (simplified calculation method). Some European countries already allow this check. Germany will probably reject this method for concrete columns, as the results from the zone method partly differ from the accepted advanced method. In the authors' opinion, one reason for the differences might be lack of documentation or lack of detailed rules for the zone method. Using the zone method as a nonlinear method – even though it is based on the assumptions of plastic theory – already lead to decisive misinterpretations or misunderstandings. Hence, this article shows briefly the original assumptions and derivation of basic formulas for the zone method according to Hertz. The use of the zone method for compression members is demonstrated with documented calibrating examples. It is displayed, how to calculate the ultimate load and the load‐bearingbehaviour with adequate accuracy.     

Durchstanzen von Flachdecken bei hohen Stützenlasten

Sollen Hochbauten eine flexible Raumnutzung erlauben, stellen Systeme aus Stahlbeton‐Flachdecken und Stützen eine wirtschaftliche und effiziente Lösung dar. Die Stützen dieser Bauten werden häufig aus hochfestem Beton vorfabriziert und stark bewehrt, um hohe Normalkräfte mit minimalen Querschnitten aufnehmen zu können. Der oft aus normalfestem Beton bestehende Deckenteil, der zwischen den übereinanderstehenden Stützen liegt, wird dabei ganz beträchtlichen Druckbeanspruchungen ausgesetzt. Zudem erfährt die Deckenplatte um die Stütze eine starke Querkraftbeanspruchung, so dass der Durchstanzwiderstand maßgebend werden kann. Der vorliegende Aufsatz untersucht die Interaktion zwischen den vertikalen Druckbeanspruchungen in der Deckenplatte und dem Durchstanzwiderstand mit Hilfe einer Versuchsreihe an sechs Plattenausschnitten (3,00 x 3,00 x 0,25 m) unter verschiedenen Lastkombinationen. Aufgrund der Versuchsresultate wird ein einfaches Bemessungsmodell vorgestellt. Dieses Modell basiert auf dem Ansatz der DIN 1045‐1 für den Durchstanzwiderstand von Decken ohne Querbewehrung, die einer horizontalen Druckspannung ausgesetzt sind (z. B. Vorspannung). Die mit dem Modell errechneten Resultate stimmen gut mit jenen der Versuche überein – sowohl beim Widerstand wie bei der beobachteten Bruchart. Interaction between column loading and punching shear strength in flat slabs without transverse reinforcement Flat slabs supported by columns are cost efficient solutions for high‐rise buildings. To reduce the cross section of the columns, the columns are typically precast with high strength concrete and include large amounts of longitudinal reinforcement. On the contrary, the slab between columns is typically cast‐in‐place with normal strength concrete. Thus, the slab is subjected in the support region of the columns to large transverse compressive stresses, which may exceed its uniaxial compressive strength. In addition, the flat slab around the column region has to carry large shear stresses, which may potentially lead to punching shear failures. In this paper, the interaction between column loads and shear forces in the support region of a flat slab is investigated by means of an experimental programme consisting of 6 slabs without transverse reinforcement (3.0 x 3.0 x 0.25 m). The flexural reinforcement of the slab was varied as well as the ratio between the column loads and the applied shear forces. On the basis of these results, a theoretical model based on the punching shear approach of DIN 1045‐1 is presented. This model accounts for the compressive stresses in the support region due to column loads and for the potential increase of punching shear strength due to it. A very good agreement between the test results and the theoretical model is obtained both in terms of strength and observed failure modes.     

Ansatz zur Beurteilung von chloridbelasteten Stahlbetonbauwerken mit Bewertung der Restlebensdauer

Die Sicherstellung eines ausreichenden Zuverlässigkeitsniveaus im Rahmen der Erhaltung von Bauwerken und insbesondere Betonbrücken, welche durch Verkehrs‐ und Umwelteinflüsse einer kontinuierlichen Verschlechterung im Laufe ihrer Lebenszeit unterliegen, ist in der Regel eine komplexe und teure Aufgabenstellung. Besonders in Regionen mit Streusalzeinsatz in der Winterzeit beeinflusst die Chloridbelastung sowohl den Entwurf als auch die Erhaltung der Bauwerke durch ihren Einfluss auf die Dauerhaftigkeit wesentlich. In diesem Beitrag wird eine Bewertungsstrategie für die durch die Chloridbelastung hervorgerufene Zustandsverschlechterung von Betonstrukturen und deren Auswirkung auf das Sicherheitsniveau sowie die verbliebene Lebenszeit an einem Fallbeispiel vorgestellt. Hierbei werden die Entnahme von Proben, deren Untersuchung, die inverse Analyse des Eindringverhaltens und infolge die Prognose der Chloridkonzentration im Bauteil, die Vorhersage der Korrosionsentwicklung über die Zeit und schließlich die Bestimmung des gegenwärtigen und zukünftigen Zuverlässigkeitsniveaus unter Beachtung der normativ festgelegten Grenzzustände für Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit behandelt. Schlussendlich werden unterschiedliche Erhaltungsstrategien in Bezug auf die zu erwartenden Lebenszykluskosten verglichen. Approach for the Assessment of Concrete Structures Subjected to Chloride Induced Deterioration The maintenance of an adequate safety level of concrete bridges under their gradual degradation due to traffic and environmental actions during service life is an expensive, problematic and questionable task. Chloride ion ingress is an important aspect of durability design and maintenance, especially in regions where winter salt application for traffic safety is common, e. g. for highways. A feasible approach for the assessment of chloride induced deterioration and its consequences on the safety level, remaining service life and thus maintenance planning will be presented by a case study. Steps include the extraction of samples, laboratory test, inverse analysis and prognosis of chloride ingress, prediction of likely corrosion propagation over time and determination of the current and future safety level with regard to code based service limit states and ultimate limit states. Finally different maintenance strategies are compared with respect to the total life cycle costs.     

Grundlagen und Entwicklung von stochastischen Modellen zur Beurteilung der Schädigung von Massivbrücken auf der Grundlage der Ergebnisse von Bauwerksüberprüfungen

In zwei Beiträgen wird ein auf der Zuverlässigkeitstheorie basierendes probabilistisches Verfahren für eine schnelle Bewertung der Tragfähigkeit eines geschädigten Stahlbetonbrückenbauwerks vorgestellt. Es ersetzt keine statische Nachberechnung, unterstützt jedoch den Bauwerksprüfer noch während der Prüfung gemäß DIN 1076 und lässt eine schnelle Entscheidung über die Art und Weise einer ggf. erforderlichen Nutzungseinschränkung noch vor einer Nachberechnung zu. Mit dem Verfahren ist es möglich, eine verbesserte Bewertung über die Auswirkung von Schäden und Mängeln an Stahlbetonbrücken auf deren Tragfähigkeit im Rahmen einer handnahen visuellen Bauwerksprüfung zu erreichen. Teil 1 behandelt die Grundlagen des Verfahrens sowie die Entwicklung der veränderten stochastischen Material‐ und Geometrieparameter infolge Schädigung. In Teil 2 wird die Modellunsicherheit “Bauwerksprüfer” sowie das baupraktische Näherungsverfahren für eine Anwendung im Rahmen der RI‐EBW‐PRÜF vorgestellt. Basics and Development of Stochastic Models for a Structural Reliability Assessment of Reinforced Concrete Bridges on the Basis of the Results from Bridge Inspection A probabilistic method based on the reliability theory allows a quick assessment of the load bearing capacity of damaged reinforced concrete bridges. The aim is to support the bridge inspection engineer during the bridge inspection according to DIN 1076 and not to replace a static recalculation. It should allow a quick decision as to whether or not a restriction of the crossing traffic is necessary. With this method it is possible to achieve a better assessment of the influence of damages on reinforced concrete bridges which are seen in a visual bridge inspection. Part 1 of the two papers describes the basics of the methodology and shows the development of the stochastic models for the material and geometry parameters which have changed as a result of damage. In Part 2 the model uncertainty for the bridge inspector and the practical use in accordance with the RI‐EBW‐PRÜF are shown.     

Der Eurocode 2 für Deutschland – Erläuterungen und Hintergründe

Der neue Eurocode 2: “Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton‐ und Spannbetontragwerken – Teil 1‐1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau” (EC2‐1‐1) mit seinem Nationalen Anhang ist nach einer ausführlichen Erprobungsphase bereit zur bauaufsichtlichen Einführung in Deutschland. In mehreren Beiträgen sollen Erläuterungen und Hintergründe zu einigen Regelungen im Eurocode 2 und zu den Entscheidungen für Regeln im Nationalen Anhang vorgestellt werden, die entweder zu Änderungen gegenüber DIN 1045‐1 oder zu Abweichungen vom Eurocode 2 führten. Der Teil 1 gibt zunächst eine Übersicht über die maßgeblichen europäischen Normen und führt in den Nationalen Anhang ein. The Eurocode 2 for Germany – Explanations and Backgrounds. Part 1: Introduction in the National Annex The new Eurocode 2 “Design of concrete structures – Part 1‐1: General rules and rules for buildings” (EC2‐1‐1) and its National Annex has undergone a phase of detailed testing and is now ready for the implementation in Germany. In some articles should be given explanations and backgrounds of some rules in Eurocode 2 and of decisions for rules in the National Annex, which have been taken either to changes compared with DIN 1045‐1 or to differences to Eurocode 2. Article 1 gives an overview about the important European standards and introduces in the National Annex.     

Betonplatten unter Stoßbelastung – Fallturmversuche

In dieser Arbeit werden Fallturmexperimente an Stahlbetonplatten vorgestellt, die an der Technischen Universität Dresden durchgeführt wurden. Es wurden dabei Fallhöhen von bis zu 9 m realisiert. Eine Motivation für diese Experimente war es, das Wissen über nachträgliche Verstärkung von Stahlbetonplatten gegen Steinschlag oder harten Fahrzeuganprall zu erweitern und Möglichkeiten einer nachträglichen Struktursicherung näher zu untersuchen. Die experimentelle Zielstellung war daher, den Einfluss von Stoßgeschwindigkeit, unterschiedlichen Verstärkungsarten und Betonfestigkeiten auf das lokale Materialverhalten und globale Tragverhalten von Platten zu untersuchen. Für zwei der insgesamt 15 Platten wurden zusätzlich zur Standardbewehrung Bügel eingebaut, um die Durchstanzfestigkeit der Platten zu erhöhen. Für einen Teil der Versuchsplatten wurden Stahl‐ bzw. Carbontextilien als nachträgliche Verstärkung verwendet. Dabei konnte festgestellt werden, dass eine derartige nachträgliche textile Verstärkung das komplette Durchschlagen des Impaktors verhindert und daher eine wirksame Schutzmaßnahme, beispielsweise für Steinschlaggalerien, darstellt. Concrete Slabs under Impact Load – Drop Tower Experiments Impact experiments on reinforced concrete slabs are presented in this work. In order to analyse the behaviour of concrete under high strain rates, an impact mass was dropped from the maximum height of 9 m onto quadratic concrete slabs with a side length of 1 m. The aim of this work was to enlarge knowledge about subsequent structure protection against rock fall or vehicle impact. With this intention, experimental studies on impact velocity, reinforcement techniques were done to determine the influence to local material behaviour and global structure behaviour. Supplemental steel stirrup reinforcement was added to two of the 15 concrete slabs to increase punching resistance. Subsequent textile reinforcement was applied on six concrete slabs using steel fabric reinforcement as well as carbon fabric reinforcement. As a main result of this study it is shown, that a subsequent textile reinforcement prevents the perforation of the slab. For this reason, textile reinforcement can, for example, be used for protection component in rock fall galleries.     

Bemessungs‐ und Ausführungshinweise für Aufbeton auf Brückenfahrbahnplatten

Durch die ständige Erhöhung der Verkehrsbelastungen in den letzten Jahrzehnten und durch die Verwendung moderner Fahrzeugrückhaltesysteme sind ältere Brücken häufig nicht mehr in der Lage, ohne Verstärkungsmaßnahmen den Anforderungen des modernen Straßenverkehrs zu genügen. Eine bewährte Methode, die Tragfähigkeit einer Brücke zu erhöhen, besteht darin, auf das entsprechend vorbehandelte Rohtragwerk eine bewehrte Platte, welche mit dem Bestand kraftschlüssig verbunden ist, zu betonieren. Für die Bemessung sind der Eurocode und die in den europäisch technischen Dübelzulassungen (ETA) angegeben Bemessungsvorschriften (ETAG, TR, ...) anzuwenden. Der Anwender steht vor einer Fülle von breit gefächerten Wahlmöglichkeiten innerhalb dieser Vorschriften. Auf Basis der Erkenntnisse von mehreren Versuchsprogrammen gibt in Österreich die RVS 15.02.34 Anweisungen für die Fugenvorbereitung, die Rezeptur und den Einbau des Aufbetons und für die zugehörige Interpretation des Eurocodes und der Dübelbemessungsvorschriften bei der Bemessung der Schubfuge. Design and Detailling of Concrete Overlays Due to a permanent increase of traffic loads during the last decades and due to installation of modern vehicle restraint systems older bridges are often overloaded and thus have to be strengthened. Casting a concrete overlay on the existing structure is a state of the art method in order to increase the bearing capacity. The key is to prepare the interface in a way that no slip will occur between old and new concrete when forces are transferred over the interface. Mandatory for designing the concrete overlay is the Eurocode and in the European Technical Approvals (ETA) for dowels referred design guidelines (ETAG, TR, ...). However, the designer has to choose within a lot of options. On the basis of several research programs the RVS 15.02.34 gives recommendations for the preparation of the old concrete, the composition of the new concrete, casting and curing as well as choosing the associated options of the Eurocode within the structural design and detailing of the interface.     

Traunbrücke Steyrermühl — Sprengungsüberwachung mit BRIMOS® Structural Health Monitoring

Die Traunbrücke Steyrermühl ist Teil der A1 Westautobahn und wurde in den Jahren 1959 und 1960 errichtet. Die 18‐feldrige Stahlbetonbrücke besteht aus zwei Richtungstragwerken und weist eine Gesamtlänge von 240,45 m auf. Im Hinblick auf die Gewährleistung der Tragsicherheit und Funktionsfähigkeit der Brücke wurden während der Sprengung des Richtungstragwerks Salzburg im August 2010 das unmittelbar benachbarte, zunächst bestehen bleibende Richtungstragwerk Wien überwacht und die Auswirkungen der Sprengung bewertet, wobei besonderes Augenmerk auf die primäre Tragstruktur (Bogen) gelegt wurde. Da am Tragwerk bereits im Jahr 2005 eine dynamische Referenzmessung mit BRIMOS® durchgeführt wurde, konnte die aktuelle Untersuchung (Messung 2010) dadurch entsprechend effizienter gestaltet werden. Mit Hilfe ausgewählter Einzelpunkte am Brückentragwerk (HOT SPOTS) konnten das maßgebliche Tragverhalten der Brücke und etwaige Veränderungen umfassend beschrieben und quantifiziert werden. Ein direkter Vergleich im Abstand von fünf Jahren zeigt den Verlauf der gemessenen Tragfähigkeit über die Zeit (Brückendeck unter dem Einfluss der Verkehrsbelastung bzw. der Sprengung). Blast of the Westbound Bridge Structure and Evaluation of its Affection on the remaining Eastbound Bridge Structure with BRIMOS® Structural Health Monitoring. The bridge object is part of the A1 highway and was constructed in 1959. It is composed of 18‐spans (reinforced concrete) and has a total length of 240,45 m. While the bridge structure — related with the driving direction Salzburg — was removed (blown) in August 2010, the remaining structure (driving direction Vienna) was monitored in order to evaluate the impact of the blasting with regard to its structural safety and operability. The investigation was focused on the primary load‐bearing structure (arch). Due to the fact that an initial dynamic measurement with BRIMOS® has been conducted already in 2005, the prevailing investigation (measurement 2010) could be configured more efficiently. Measurements at selected single bridge locations (HOT SPOTS) enabled a comprehensive documentation and quantification of the bridge’s decisive structural behaviour and possible changes respectively. A direct comparison after 5 years of structural service life shows the progression of the measured structural resistance over time (bridge deck under the influence of traffic load and the bridge blasting).     

Tragverhalten von Flachdecken aus Stahlfaserbeton im negativen Momentenbereich und Bemessungsmodell für das Gesamtsystem

Der vorliegende Artikel befasst sich mit dem Tragverhalten von Flachdecken aus Stahlfaserbeton im negativen Momentenbereich. Zugkräfte werden allein von den in der Betonmatrix eingebetteten Stahlfasern aufgenommen, letztere ermöglichen in einer Dosierung von 100 kg/m³ (1.3 % des Volumens) eine hohe Rotationsfähigkeit bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit. In einer ersten Phase kann anhand von Laborversuchen an Deckenausschnitten gezeigt werden, dass bei Flachdecken mit reiner Faserbewehrung und unter rotationssymetrischer Belastung kein Durchstanzen auftritt und sich ein Biegeversagen mit deutlicher Bruchlinienbildung einstellt. Neben den erhaltenen Informationen über Versagensart und ‐last konnte ebenfalls eine abfallende Faserwirksamkeit mit steigender Plattendicke festgestellt werden. Kombiniert mit den experimentellen Untersuchungen kann anhand nicht‐linearer FE‐Simulationen der Einfluss von Aussparungen bei lokalem Plattenversagen im Stützenbereich auf die Traglast beschrieben werden. Anhand der Festigkeitsstreuungen und einem semi‐probabilistischen Sicherheitskonzept wird ein Sicherheitsfaktor hergeleitet, welcher es ermöglicht, einen Bemessungswert der Querschnittstragfähigkeit zu berechnen. Wegen dem experimentell festgestellten Biegeversagen wird die Bruchlinientheorie als Rechenmodell angewendet. Bearing Capacity of Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) Flat Slabs in the Negative Bending Moment Area and Design Model for the Complete System The present paper deals with the bearing behaviour of steel fibre reinforced concrete (SFRC) flat slabs in the negative bending moment area. Tensile forces are carried only by steel fibers. The latter allow, due to a dosage of 100 kg/m³ (1.3% in volume), a high rotation capacity with simultaneously high bearing capacities. In a first step experimental analysis showed that under symmetrical loading no punching shear failure occurred. A bending behaviour with creation of yield lines was observed for all test specimens. Furthermore, a decreasing fibre orientation with growing plate height could be noticed. The effect of openings in the column area on the bearing capacity loss in a local failure were evaluated with the use of non‐linear finite element software. Scatter in bending tensile strengths was used to calculate a safety factor by the means of a semi‐probabilistic safety concept. Eventually, slab design is performed by using yield line theory.