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Zum Querkrafttragverhalten von einachsig gespannten Stahlbetonplatten ohne Querkraftbewehrung unter Einzellasten = Shear behaviour of reinforced concrete slabs without shear reinforcement under concentrated loads

Reißen, Karin

2016 & 2017

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Karin Reißen

ImpressumAachen 2016

Umfang1 Online-Ressource (xiii, 212, A-8, B-12, C-51, D-8, E-4 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2016

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2017

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Hegger, Josef (Thesis advisor)^RWTH* ; Rombach, Günter (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-12-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2017-007115
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/682198/files/682198.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/682198/files/682198.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

1. Lehrstuhl und Institut für Massivbau (311610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Querkraft (frei) ; Stahlbetonplatte (frei) ; Einzellast (frei) ; mitwirkende Breite für Querkraft (frei) ; auflagernahe Einzellast (frei) ; Voute (frei) ; experimentelle Untersuchungen (frei) ; numerische Untersuchungen (frei) ; Datenbankauswertung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624

Kurzfassung
Der aktuelle Bemessungsansatz zur Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbauteilen ohne Querkraftbewehrung nach Eurocode 2 wurde anhand einer Datenbank kalibriert, die überwiegend Versuche an gelenkig gelagerten Balken beinhaltet. In der Praxis wird dieser Ansatz auch zur Querkraftbemessung von Bauteilen mit beliebigen statischen Systemen und von einachsig gespannten Platten unter Einzellasten verwendet, wie auch bei Radlasten auf Brückenfahrbahnplatten. Hierzu werden mitwirkende Plattenbreiten berechnet oder eine horizontale Lastausbreitung unter einem Winkel angenommen. Während die bestehenden Ansätze für die mitwirkende Breite für die meisten Fälle weit auf der sicheren Seite liegen und damit unwirtschaftlich sind, kann die Annahme einer horizontalen Lastausbreitung bei großen Lastabständen vom Auflager zu unsicheren Ergebnissen führen. Alternativ kann die Verteilung der Querkraft mit einer linear-elastischen Finite-Elemente-Berechnung bestimmt werden, deren Ergebnisse allerdings in Abhängigkeit der gewählten Lagerungsbedingungen und Modellierungseinstellungen erheblich variieren.Zur Herleitung von verbesserten Ansätzen für die Querkraftbemessung von einachsig gespannten Platten unter Einzellasten wurden systematische experimentelle und theoretische Untersuchungen zur mitwirkenden Plattenbreite durchgeführt. Das Versuchsprogramm umfasste Querkraftversuche an Stahlbetonplatten mit einer Dicke von 0,28 m und Plattenbreiten zwischen 0,5 m und 3,5 m. Während die 0,5 m breiten Plattenstreifen über ihre gesamte Breite zum Lastabtrag aktiviert wurden, war die mitwirkende Breite bei den 3,5 m breiten Platten bis auf wenige Ausnahmen unabhängig vom Lastabstand mit 2 bis 3 m kleiner als die vorhandene Breite. Die Einflüsse auf die mitwirkende Plattenbreite wurden zudem anhand umfangreicher Parameterstudien mit nichtlinearen und linear-elastischen Finite-Elemente-Berechnungen sowie der Auswertung einer Querkraftdatenbank mit insgesamt 560 Versuchen an einachsig gespannten Platten(streifen) untersucht. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wurde ein praxistauglicher Ansatz für die mitwirkende Breite abgeleitet.Ein weiterer wesentlicher Untersuchungsparameter war der Einfluss der Schubschlankheit in Abhängigkeit des statischen Systems (Einfeld- oder Durchlaufträger, Kragarm). Zur Berücksichtigung der größeren Tragfähigkeit bei Systemen mit Durchlaufwirkung und geringen Lastabständen wurde eine Modifikation des Faktors zur Abminderung auflagernaher Einzellasten in Abhängigkeit der Lage des Momentennulldurchgangs vorgeschlagen. Zudem wurde der Einfluss einer geneigten Biege-druckkraft bei gevouteten Bauteilen auf die Querkrafttragfähigkeit quantifiziert. Die Validierung anhand der Datenbanken und eigener Versuche belegt, dass mit den eige-nen Ansätzen in Verbindung mit bestehenden Ansätzen für die Querkraft die Tragfähigkeit von Platten unter Einzellasten zutreffend beschrieben werden kann. Die verbesserten Ansätze liefern damit einen wichtigen Beitrag sowohl zu einer realistischen Bewertung von Brückenfahrbahnplatten im Bestand als auch zu einer sicheren und wirtschaftlichen Querkraftbemessung im Neubau.

The present design rules for the shear capacity of members without shear reinforcement in Eurocode 2 were calibrated based on a database containing the experimental results of shear tests on simply supported beams. In practical dimensioning, these rules are also applied on the shear design of members with various other support conditions and on one-way slabs under concentrated loads, for instance wheel loads on bridge deck slabs. For this purpose, the slab-bearing behaviour is taken into account by an effective width for shear or assuming a load spreading. While the existing approaches for the effective width for shear are for most cases highly conservative, the assumption of a load spreading may lead to an unsafe design especially for large load distances from the support. Alternatively, the distribution of shear forces may be determined by linear-elastic finite-element simulations. However, the numerical results may significantly vary depending on the chosen support conditions and modelling settings.In order to develop more appropriate design approaches for the shear design of one-way slabs under concentrated loads, systematic experimental and theoretical investigations on the effective width for shear have been conducted. The experimental programme consisted of shear tests on 0.28 m thick reinforced concrete slabs with a width varying between 0.5 m and 3.5 m. While the 0.5 m wide slab strips were activated over their full width to carry the load, the effective widths of the 3.5 m wide slabs were unattached of the load distance from the support with a small number of exceptions with 2 to 3 m smaller than the existing width. To investigate further influences on the effective width, numerous parametric studies have been conducted by non-linear and linear-elastic finite-element simulations and a database comprising 560 shear tests on one-way slabs and slab strips has been evaluated. The findings were used to develop a practicable approach for the effective width for shear.Furthermore, different loading and support conditions have been investigated. In order to account for the larger shear capacity of continuous members with small load distances from the support, the load reduction factor was modified considering the point of zero moment. Moreover, the influence of an inclined compression strut on the shear capacity in haunched members without shear reinforcement was quantified. The results of the own approaches in combination with existing design concepts for the shear capacity adequately coincide with the experimental data of the own tests and further tests from literature collected and prepared in shear databases. The new approaches ensure both an appropriate assessment of existing bridge deck slabs as well as a safe and economic shear design of new structures.

OpenAccess:
PDF PDF (PDFA)
(additional files)

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online

Sprache
German

Externe Identnummern
HBZ: HT019213329

Interne Identnummern
RWTH-2017-00711
Datensatz-ID: 682198

Beteiligte Länder
Germany