Tragverhalten unbewehrter Betonwände für den Lastfall exzentrische Normalkraft mit Biegung

Aachen (2018) [Doktorarbeit]

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Kurzfassung

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zum Tragverhalten von unbewehrtem Beton unter verschiedenen Belastungskonfigurationen durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war es, das Tragverhalten von unbewehrten Betonwänden, die gleichzeitig durch Normalkraft und Biegung beansprucht werden, in Abhängigkeit der Wanddicke sowie der Betonfestigkeitsklasse zu bestimmen. Dies diente auch zur Einordnung der bestehenden Ansätze zur Bemessung unbewehrter Betonwände bzw. zur Quantifizierung bisher noch nicht in Ansatz gebrachter Tragfähigkeitsreserven, um eine wirtschaftlichere Bemessung zu ermöglichen. Es wurden neben zahlreichen Untersuchungen an Balken verschiedener Größe zur Bestimmung (bruch)mechanischer Kennwerte und Beschreibung des Maßstabseinflusses auf bruchmechanische Parameter vier großformatige Wände unterschiedlicher Abmessungen und Betonfestigkeitsklassen in einem eigens hierfür konzipierten Versuchsrahmen geprüft. Hierbei wurde besonderes Augenmerk daraufgelegt, das Trag- und Verformungsverhalten der unbewehrten Betonwände unter Biege- und Normalkraftbelastung bei definierten Rand- und Lagerungsbedingungen experimentell zu untersuchen. Zusätzlich wurden die durchgeführten Versuche mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode numerisch abgebildet. Die wesentlichen Ergebnisse der Arbeit sind nachfolgend aufgelistet: • Für Balken- und Wandversuche wurden jeweils Versuchsaufbauten konzipiert, dimensioniert und umgesetzt. Die Versuchsrahmen erfüllten ihre Funktion und die Versuche konnten unter definierten Randbedingungen und nachvollziehbar durchgeführt werden.• Das Materialverhalten der Betone wurde unter verschiedenen Belastungskonfigurationen ermittelt und die Überlagerung sowie der Maßstabseinfluss beschrieben.• Zur Überprüfung der Versuchsaufbauten und des Betontragverhaltens wurden neben den klassischen Messsystemen wie Wegaufnehmern, Dehnungsmessstreifen und Kraftmessdosen weitere Messtechniken, wie TekScan-Messfolien, Photogrammetrie und Autokollimation eingesetzt.• Die statistische Auswertung der Betonzugfestigkeit anhand von Bohrkernen der geprüften Wände zeigte eine geringe Streuung der Zugfestigkeit und im Vergleich zu den Fraktilwerten der Norm hohe Werte.• Die experimentellen Versuche konnten mit Hilfe numerischer Untersuchungen abgebildet und die Versuchsergebnisse so eingeordnet und verifiziert werden.•Das Potential unbewehrter Betonwände bezüglich der Systemtragfähigkeit und Bemessung wurde herausgearbeitet und es erfolgte eine grobe Einordnung in den Rahmen der Typen-statik. Anhand der durchgeführten Untersuchungen zeigt sich, dass auch bei einer unbewehrten Beton-wand ein ausgeprägt duktiles Verhalten zu beobachten ist und nicht das z.T. in den Normen verankerte schlagartige spröde Versagen. Unabhängig von der Betonfestigkeitsklasse und Geometrie zeigt sich bei allen vier Wänden eine große Verformungsfähigkeit im System mit unbewehrtem Beton. Zwischen der numerischen Abbildung der quadratischen Wände und den Versuchen zeigt sich unter Berücksichtigung des vorhandenen Einspanngrades eine gute Übereinstimmung. Bei den rechteckigen Wänden gelingt die Abbildung auch zufriedenstellend, allerdings gibt es insbesondere im Kurvenverlauf noch gewisse Abweichungen, deren Ursache nicht abschließend geklärt werden konnte. Im Vergleich zu den aktuellen Bemessungskonzepten ist eine Traglastreserve aufgrund der bisher nicht angesetzten Zugfestigkeit und insbesondere die Systemtragfähigkeit bzw. den Abtrag der Lasten über die Querwände vorhanden, so dass ein deutliches Tragfähigkeitspotential unbewehrter Betonwände konstatiert werden kann.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Eck, Thomas

Gutachterinnen und Gutachter

Raupach, Michael
Hegger, Josef
Breitenbücher, Rolf

Identifikationsnummern

  • REPORT NUMBER: RWTH-2018-227237