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Punching shear behaviour of slabs with unbalanced moments
2025
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak03
Hauptberichter/Gutachter
; ;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-08-06
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-09575
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/1021316/files/1021316.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Bemessungskonzepte (frei) ; Durchstanzen (frei) ; Eccentric Punching Shear Response Theory (EPSRT) (frei) ; design approaches (frei) ; eccentric loading (frei) ; experimental investigations (frei) ; experimentelle Untersuchungen (frei) ; exzentrische Belastung (frei) ; kinematic behaviour (frei) ; kinematic punching model (frei) ; kinematisches Durchstanzmodell (frei) ; kinematisches Verhalten (frei) ; mehrachsiger Spannungszustand (frei) ; multiaxial stress state (frei) ; neuer Eurocode 2 (FprEN 1992-1-1:2023-04) (frei) ; new Eurocode 2 (FprEN 1992-1-1:2023-04) (frei) ; punching shear (frei) ; unbalanced moments (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624
Kurzfassung
Als Durchstanzen wird das Versagen von Flachdecken und Fundamenten unter kombinierter Beanspruchung aus punktförmiger Querkraft und hoher Biegebeanspruchung bezeichnet. Der Einfluss der dabei üblicherweise sowohl bei Flachdecken als auch Fundamenten auftretenden Lastexzentrizitäten auf das Durchstanztragverhalten ist insbesondere für Fundamente weitgehend unerforscht. Da die Durchstanzmodelle vor allem anhand von Versuchen an Flachdecken hergeleitet wurden, sind neben der Exzentrizität auch die Unterschiede zwischen schlanken Flachdecken und gedrungenen Fundamenten zu erfassen und in den Modellansätzen zu berücksichtigen. Vor dem Hintergrund höherer Nachhaltigkeit und Materialeffizienz gewinnt die realistische und gleichzeitig sichere Bemessung gegen Durchstanzen für Fundamente und Flachdecken aus Stahlbeton zunehmend an Bedeutung. Dies umfasst insbesondere auch die zutreffende Berücksichtigung der in der Praxis auftretenden Lastexzentrizitäten. Die Grundlage der eigenen Untersuchungen bilden experimentelle Untersuchungen zum exzentrischen Durchstanztragverhalten von Einzelfundamenten ohne Durchstanzbewehrung. Wenn sich mit zunehmender Lastexzentrizität der Durchstanzkegel nur unvollständig ausbildet, vergrößern sich die Verformungen überproportional. Anhand einer Analyse der Starrkörperrotationen werden die lokalen Rotations- und Translationsverformungen in der Platte sektorweise bestimmt, und sind der Ausgangspunkt für die Herleitung eines erweiterten kinematischen Durchstanzmodells. Erstmalig durchgeführte mehraxiale Dehnungsmessungen belegen die Ausbildung des Druckrings am höher belasteten Stützenanschnitt und den sich dabei einstellenden dreiaxialen Spannungszustand. Die weitere Analyse der Versagens- und Umlagerungsmechanismen für zentrisch und exzentrisch beanspruchte Fundamente bildet die Grundlage zur Entwicklung der Eccentric Punching Shear Response Theory. Das kinematische Durchstanzmodell für Platten ohne Durchstanzbewehrung ermöglicht erstmals die realistische Abbildung des exzentrischen Durchstanzens von Flachdecken und Fundamenten. Dabei erlaubt der sektorbasierte Ansatz sowohl die differenzierte Bestimmung des lokalen Last-Verformungsverhaltens aller Sektoren als auch die Bestimmung der Starrkörperrotationen der Platte. Anhand des für zentrische und exzentrische Beanspruchungen validierten Durchstanzmodels wird schließlich ein praxisgerechter neuer Ansatz zur Berücksichtigung von Lastexzentrizitäten hergeleitet. Datenbankauswertungen und Vergleiche mit verschiedenen Bemessungsansätzen bestätigen die Leistungsfähigkeit des Modells. In Kombination mit dem Bemessungsansatz des neuen Eurocode 2 wird das Ziel einer wirtschaftlichen und zugleich sicheren Durchstanzbemessung erreicht.Punching shear describes the failure of flat slabs and footings under a combined loading of concentrated shear force and high bending stress. The influence of unbalanced moments due to load eccentricities, which typically occur in both flat slabs and footings, on the punching shear behaviour remains largely unexplored, particularly for footings. As the current punching shear models have been derived primarily from tests on flat slabs, not only the load eccentricity, but also the differences between slender flat slabs and compact footings must be considered in the modelling approaches. In the light of growing demands for sustainability and material efficiency, a realistic and safe punching design for footings and flat slabs is of increasing importance, which is why the accurate consideration of load eccentricities is the central tenet of this study. The influence of unbalanced moments is analysed through own experimental investigations on the eccentric punching shear behaviour of footings without shear reinforcement. When the punching cone forms incompletely with increasing load eccentricity, deformations increase disproportionately. By analysing the rigid body rotations, local rotational and translational deformations of the slab are determined sector-wise and serve as basis for deriving an extended kinematic punching shear model. Innovative multiaxial strain measurements confirm the formation of the compression ring at the higher loaded side of the column and the resulting triaxial stress state. The observed failure and redistribution mechanisms for concentrically and eccentrically loaded footings are used for the development of the Eccentric Punching Shear Response Theory. The proposed kinematic punching shear model for slabs without shear reinforcement allows, for the first time, to realistically predict the eccentric punching shear behaviour of flat slabs and footings. The introduced sector-based approach allows the differentiated determination of the local load-deformation behaviour of all sectors as well as the description of the rigid body rotations of the slab. The final stage of this study entails the validation of the kinematic punching shear model for concentric and eccentric loading. This is followed by the subsequent derivation of a new approach to account for unbalanced moments. Database analyses and comparisons with different design approaches confirm the efficiency of the developed approach. Consequently, it is concluded that, in conjunction with the forthcoming Eurocode 2, the goal of a safe yet economical punching shear design is fulfilled.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT031318565
Interne Identnummern
RWTH-2025-09575
Datensatz-ID: 1021316
Beteiligte Länder
Germany
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