Zum Verbundverhalten von Spannstahl mit sofortigem Verbund unter Betriebsbeanspruchung

Bülte, Sebastian; Hegger, Josef

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-25316

Zum Verbundverhalten von Spannstahl mit sofortigem Verbund unter Betriebsbeanspruchung = Bond of prestressed tendons under cyclic loading

Bülte, Sebastian (Author)

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sebastian Bülte

ImpressumAachen : Lehrstuhl und Inst. für Massivbau [u.a.] 2008

UmfangV, 187, 42 S. : zahlr. graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Hegger, Josef (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-07-11

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-25316
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50311/files/Buelte_Sebastian.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Massivbau (311610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Spannstahl (Genormte SW) ; Verbund (Genormte SW) ; Vorspannung (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; prestressing (frei) ; bond (frei) ; anchorage (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Durch das Streben nach filigranen, schlanken Konstruktionen gewinnen vorgespannte Bautei-le zunehmend an Bedeutung. Zur sicheren Beschreibung des Trag- und Verformungsverhal-tens ist unter anderem auch ein umfassender Kenntnisstand zum Verbundverhalten von Spannstahl erforderlich, insbesondere bei schlanken Bauteilen mit hohen Betriebsbeanspru-chungen im Brücken- und Industriebau. Obwohl eine Vielzahl von Forschungsarbeiten zum Verbund von Spannstahl vorliegen, sind immer noch Fragen zur Verbundfestigkeit im Veran-kerungsbereich und in der Biegezugzone ungeklärt. Im ersten Teil der Arbeit wurde das Verbundverhalten im Verankerungsbereich bei sofor-tigem Verbund betrachtet. Anhand einer Datenbank mit ca. 400 Versuchsergebnissen zum Verbundverhalten von Spannstahl mit sofortigem Verbund konnte ein nicht-linearer Ansatz für die mittlere Verbundspannung in Abhängigkeit der Betondruckfestigkeit im Bereich der Spannkraftübertragung hergeleitet werden. Die Verbundverankerung unter zyklischer Beanspruchung wurde anhand von mehr als 60 Pull-Out Versuchen und 8 Balkenversuchen untersucht. Aufbauend auf den experimentellen Untersuchungen sowie numerischen Simulationen konnte gezeigt werden, dass nur eine hohe Betriebsbeanspruchung die Verankerung von Spannstahllitzen beeinflusst. In diesem Fall ist die mittlere Verbundfestigkeit außerhalb der Übertragungslänge um ein Drittel abzumindern, was eine Vergrößerung der Länge zur Eintragung der Risskraft um 50% zur Folge hat. Die Übertragungslänge bleibt unbeeinflusst. Sie muss jedoch bei einer zyklischen Beanspruchung ungerissen bleiben. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Einflüsse des Verbundverhaltens von Spannstahl mit sofortigem Verbund auf den Lastabtrag in der Biegezugzone und insbesondere die Span-nungsumlagerungen aufgrund des vom Betonstahl abweichenden Verbundverhaltens unter-sucht. Die Versuche zeigten, dass die Lastaufteilung sowohl vom Durchmesser des Stahls als auch von der Betonart abhängt. Bei üblichen Durchmessern des Betonstahls und praxisübli-chen Spannstahllitzen kann es in normalfestem Beton zu Spannungsumlagerungen sowohl vom Spannstahl hin zum Betonstahl als auch umgekehrt kommen. In hochfestem Beton fin-den nur Spannungsumlagerungen hin zum Betonstahl statt, so dass das Mitwirken von Spann-stahllitzen durch die aktuellen Normansätze deutlich überschätzt wird. Anhand der Versuchs-ergebnisse und theoretischen Untersuchungen wurden Verbundkennwerte xi für Spannstahl mit sofortigem Verbund hergeleitet, die unter Verwendung der Normansätze eine gute Über-einstimmung mit den experimentellen Stahlspannungen sowie den gemessenen Rissbreiten aufzeigen. Die vorliegenden Untersuchungen ermöglichen eine grundlegende Beschreibung des Verbundverhaltens unter Betriebsbeanspruchung von Spannstahl mit sofortigem Verbund. Mit den vorgeschlagenen Bemessungsansätzen ist eine sichere Dimensionierung des Verankerungsbereichs für Spannbetonbauteile unter zyklischer Beanspruchung möglich. Auch das Mitwirken des Spannstahls beim Lastabtrag und der Rissbreitenbeschränkung in gemischt bewehrten Spannbetonbauteilen wird zutreffend erfasst.

Slender and long-spanning structural members are a characteristic of current architecture. Prestressing of concrete reduces the required depth and extends the possible span of girders and slabs. Therefore the influence of sustained and cyclic loading becomes more and more important. While many investigations on the influence on the concrete and steel behavior are known, only very little research on the influence on the interaction especially the bond of prestressing strands was done yet. In the first part of this work the bond behavior of prestressing strands in the anchorage zone is described. Based on a database covering approximately 400 test results a non-linear approach is presented to describe the bond capacity of strands considering the concrete strength. The influence of cyclic loading on the bond anchorage of strands was tested by more than 60 pull-out tests and 8 tests on prestressed girders. These tests as well as numerical simulations indicated that only high cyclic loading influences the bond anchorage of strands. In this case the bond capacity of strands should be reduced by one third in the area of the flexural bond length. The transfer length remains unchanged as long as no cracking arises in this area under cyclic loading. The second part covers the influencing parameters of the bond behavior on the load bearing of prestressed girders considering the stress redistribution between strands and reinforcing bars. Eight uniaxial tensile tests revealed that the stress redistribution depends on the type of the concrete as well as on the diameter of the steel. Using common diameters of reinforcing bars and prestressing strands stress redistribution from the strand towards the bars as well as vice versa are possible in NSC. In HSC the stress redistribution is always from the strand towards the bar. Therefore the approaches of current standards (e.g., DIN 1045-1) overestimate the participation of the strands on the load bearing. Based on the experimental and theoretical investigations the current bond factor xi for prestressing strands was adjusted. This work allows an overall description of the bond behavior of prestressing strands considering cyclic loading. With the proposed approaches the anchorage zone can be designed safely even if cyclic loading takes place. Furthermore, the load bearing as well as the actual crack opening of prestressed girders can be predicted correctly.

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