Anwendung von Ankerstäben in Rahmenecken, Rahmenendknoten und Stütze-Fundament-Verbindungen

Abstract

Der immer mehr zunehmende Preis- und Termindruck im Bauwesen macht eine Weiterentwicklung der Bautechnik und damit der Bewehrungstechnik zwangsläufig notwendig. Die Anwendung vorgefertigter Bewehrungselemente und Fertigteile erhöht die Effizienz und die Geschwindigkeit auf der Baustelle und führt damit zu wesentlich kürzeren Bauzeiten.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Anwendungsmöglichkeit von Ankerstäben (gerippte Bewehrungsstäbe mit Ankerkopf) in drei verschiedenen Bauteilen überprüft. Es wurden Rahmenecken mit negativer Momentenbeanspruchung, Rahmenendknoten und Stütze-Fundament-Verbindungen untersucht. Für alle drei Bauteilverbindungen wurden umfangreiche numerische Parameterstudien mit dem nichtlinearen Finite-Elemente-Code MASA3D durchgeführt. Weiterhin wurden Rahmenecken mit negativem Biegemoment experimentell untersucht. Ebenso wurden für alle drei Bauteile Stabwerkmodelle entwickelt und die Anwendbarkeit der Stabwerkmethode überprüft.

Die experimentellen sowie die numerischen Studien an Rahmenecken unter negativer Biegemomentenbelastung haben ergeben, dass der Einsatz von Ankerstäben gegenüber einer herkömmlichen abgebogenen Bewehrung keinen Vorteil bringt. Nur durch den Einsatz einer zusätzlichen Bügelbewehrung kann eine ausreichende Tragfähigkeit erreicht werden. Ankerstäbe sollten somit nur bei geringer Beanspruchung der Rahmenecke verwendet werden. Dabei ist auf eine solide konstruktive Bügelbewehrung zu achten.

Der Einsatz von Ankerstäben in Rahmenendknoten ist dagegen gut möglich. Die Bemessung kann anhand eines Stabwerkmodells oder anhand des semi-empirischen Bemessungsmodells nach Roeser [Roeser, 2002] durchgeführt werden.

Ankerstäbe sind nach den vorliegenden Untersuchungsergebnissen auch als Verbindungselement zwischen Stütze und Fundament gut geeignet. Der Vergleich zwischen den Traglasten nach CC-Verfahren mit den numerischen Ergebnissen hat gezeigt, dass das Bemessungsmodell nach CC-Verfahren für alle praxisrelevanten Fälle sichere Ergebnisse liefert.

That ever more increasing price and date pressure in the building industry makes an advancement of civil engineering technique and thus the reinforcement technology inevitably necessary. The application of prefabricated reinforcing elements and pre-cast parts increases the efficiency and the speed on the building site and leads thereby to substantially shorter construction periods.

In this work the application of anchor bars (ripped reinforcing steel with welded heads) was examined in three different construction systems. Frame corners with negative moment, beam-column joints and column-foundation-connections were examined. For all three different construction systems extensive numeric parameter studies with the nonlinear finite element code MASA3D were accomplished. Further frame corners with negative bending moment were experimentally examined. Likewise for all three different construction systems strut-and-tie models were developed and the applicability of the strut-and-tie model was examined.

The experimental as well as the numeric studies at frame corners under negative bending moments resulted in that the use of anchor bars does not bring an advantage in relation to a conventional reinforcement. Only by the employment of additional stirrup reinforcement a sufficient load capacity can be achieved. Anchor bars should be used only when the bending moment is very low. Thereby solid stirrup reinforcement should be applied

In contrast the use of anchor bars in beam-column joints is possible. The calculation can be accomplished with the strut-and-tie method or on the basis the semi empirical calculation model according to Roeser [ Roeser, 2002 ].

Anchor bars are well suitable for the column-foundation connections according to the results of this work. The comparison between the ultimate loads according to CC-method with the numeric results showed that the calculation model supplies safe results in all practice-relevant cases.