Zur einheitlichen Bemessung gegen Durchstanzen in Flachdecken und Fundamenten

Siburg, Carsten; Hegger, Josef

doi:33586

Zur einheitlichen Bemessung gegen Durchstanzen in Flachdecken und Fundamenten = A uniform design method for punching shear in flat slabs and footings

Siburg, Carsten (Author)

2014

VerantwortlichkeitsangabeCarsten Siburg

Ausgabe1. Aufl.

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2014

UmfangGetr. Zählung : graph. Darst.

ReiheSchriftenreihe des IMB ; 40

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Zsfassung in dt. u. engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Hegger, Josef (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-06-11

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-51846
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/444977/files/5184.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Massivbau (311610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Durchstanzen (Genormte SW) ; Bemessung (Genormte SW) ; Eurocode 2 (Genormte SW) ; Flachdecke (Genormte SW) ; Fundament (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Model Code 2010 (frei) ; punching (frei) ; design (frei) ; flat slab (frei) ; footing (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Das Durchstanzen von Stahlbetonplatten ist ein räumlicher Versagensmechanismus, der von mehreren, jeweils streuenden werkstofftechnischen und geometrischen Para-metern beeinflusst wird. Die bekannten Bemessungs- und Ingenieurmodelle erfassen eine Vielzahl dieser Parameter, wodurch sich zum Teil sehr hohe Vorhersagegenauigkeiten von Versuchsbruchlasten erzielen lassen. Da diese Modelle vorwiegend an symmetrisch belasteten Flachdeckenversuchen hergeleitet wurden, besitzen sie außerhalb des überprüften Bereiches eine eingeschränkte Aussagegenauigkeit der Ergebnisse. Daher sind in normativen Bemessungsansätzen oft zusätzliche Regeln oder Einschränkungen erforderlich, um das geforderte Sicherheitsniveau im gesamten baupraktischen Anwendungsbereich zu erreichen. Für die zweite Generation des Eurocode 2 soll insbesondere der Durchstanznachweis mit dem Ziel überarbeitet werden, das Bemessungskonzept zu vereinfachen und besser zu strukturieren. Dies wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit zum Anlass genommen, die wichtigsten Trag- und Bemessungsmodelle zum Durchstanzen gegenüberzustellen und aktuelle Forschungsergebnisse zu den Einflüssen aus Vorspannung, Leitungen in Decken, optimierten Durchstanzbewehrungssystemen, Stahlfasern und Ertüchtigungsmaßnahmen kritisch zu bewerten. Auf Basis eigener Durchstanzversuche an Einzelfundamenten und umfangreicher Literaturrecherchen werden Datensätze erstellt, mit denen sich die bekannten Bemessungsmodelle vergleichen lassen und ein eigener, praxisgerechter Bemessungsansatz hergeleitet werden kann. Anhand gezielter Vergleiche von Tragmodellen und Normen sowie der Auswertung von Durchstanzversuchen wird ein einheitliches Bemessungsmodell hergeleitet, das den Durchstanzwiderstand sowohl von Flachdecken als auch Fundamenten mit und ohne Durchstanzbewehrung zutreffend bestimmt. Der Vergleich mit Versuchen belegt, dass die Haupteinflussparameter weitgehend trendfrei erfasst und mit dem neuen Bemessungsmodell auf viele ergänzende Regelungen verzichtet werden kann. Mit der Auswertung von Versuchen an Randstützen wurde nachgewiesen, dass auch bei ungleichmäßiger Querkraftbeanspruchung vor der Stütze das Modell sehr gute Überein-stimmungen zwischen experimentellen und rechnerischen Bruchlasten erreicht. Zudem lassen sich durch den Ansatz eines modifizierten Lasterhöhungsfaktors wirtschaftlichere und sicherere Ergebnisse als nach den übrigen Bemessungsnormen erzielen. Die Erweiterung des vorgeschlagenen Modells auf die Anwendungsbereiche Vorspannung, Leitungen in der Platte, optimierte Durchstanzbewehrungsformen und Stahlfasern vergrößert das Anwendungsspektrum deutlich, ohne den Berechnungsaufwand wesentlich zu vergrößern. Durch die Überführung des Modells in einen normgerechten, englischen Textvor-schlag für die zweite Generation des Eurocode 2 wird der Bemessungsansatz so strukturiert, dass er als deutscher Beitrag in den europäischen Normenausschuss eingebracht werden kann.

The punching of reinforced concrete slabs is a three-dimensional failure mechanism which is influenced by several material and geometrical parameters whose values scatter over a range. The known engineering and design models comprise a variety of these parameters, which in some cases can predict experimental failure loads with a high degree of accuracy. Since these models were mainly derived from experiments on symmetrically loaded flat slabs, their results have limited prediction accuracy outside of the field investigated. Therefore, in normative design approaches additional rules or restrictions are often required to achieve the required safety level in the entire field of application of construction practice. For the second generation of Eurocode 2, the punching shear design should be specifically revised with the aim to simplify the design approach and to better structure it. Within the framework of the present thesis, this is taken as an opportunity to compare and contrast the main structural design models and to critically evaluate current research findings on the effects of prestressing, ducts in slabs, optimised punching shear reinforcement systems, steel fibres and retrofitting measures. Based on own punching shear tests on individual footings and extensive literature research, data sets were compiled, with which the known design models were compared and an own practice-oriented design approach was derived. Using targeted comparisons of structural models and standards as well as the evaluation of punching shear experiments, an integrated design approach that correctly determines the punching shear resistance of both flat slabs and foundations, with and without punching shear reinforcement, was derived. Comparison with experiments shows that the main influencing factor largely registered no trend and with the new design model many additional provisions can be dispensed with. With the evaluation of tests on edge columns, it was demonstrated that even with non-uniform shear stresses around the column, the model reached very good agreement between experimental and calculated failure loads. Furthermore, through the addition of a modified load increase factor, safer and more economical results can be obtained compared to other design codes. The extension of the proposed model to applications such as prestressing, ducts in slabs, optimised punching shear reinforcement systems and steel fibres increases considerably the range of applications, without increasing the computational work in a significant manner. By presenting the model in an English text proposal conforming to standards for the second generation of Eurocode 2, the design approach will be structured in such a way that it can be introduced as a German contribution to the European Committee for Standardization.

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