Zur Verbundverankerung bei Vorspannung mit sofortigem Verbund in Hochleistungsbetonen

Kommer, Boris; Hegger, Josef

doi:29957

Zur Verbundverankerung bei Vorspannung mit sofortigem Verbund in Hochleistungsbetonen = Bond anchorage behavior of pretensioned strands in high performance concrete

Kommer, Boris (Author)

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Boris Kommer

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

UmfangGetr. Zählung : Ill., graph. Darst.

ISBN3-939051-08-X

Reihe[IMB ; 29]

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Hegger, Josef (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-12-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-30689
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50774/files/Kommer_Boris.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Massivbau (311610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Vorspannung mit sofortigem Verbund (Genormte SW) ; Verbund (Genormte SW) ; Leichtbeton (Genormte SW) ; Selbstverdichtender Beton (Genormte SW) ; Verankerung (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; high performance concrete (frei) ; bond anchorage behavior (frei) ; bond (frei) ; pretensionend strands (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die Spannbetonbauweise mit sofortigem Verbund wird mit Normalbetonen bei einer Rohdichte von 2,4 kg/dm³ und Zylinderdruckfestigkeiten bis 50 N/mm² schon seit vielen Jahren angewendet. Die Verbundverankerung der Spannstähle stellt bei Fertigteilen ein wichtiges Konstruktionselement dar und ist in normativen Regelungen von DIN 1045-1, DIN 4227, Eurocode 2, Model Code 90 und ACI 318-02 verankert. Es fehlen jedoch experimentell abgesicherte Bemessungsregeln zur Spannkrafteinleitung für Hochleistungsbetone, insbesondere für Leichtbeton und selbstverdichtenden Beton sowie ein einheitliches Bemessungskonzept zur Bestimmung der Übertragungslänge. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Übertragbarkeit der existierenden Rechenansätze aus Normen und Literatur für die Spannkrafteinleitung und Endverankerung auf Hochleistungsbetone überprüft und darauf aufbauend ein eigenes Bemessungskonzept entwickelt. Um das Verbundverhalten von 0,5“-Litzen und gerippten 12 mm-Spanndrähten zu untersuchen, wurden über 400 Ausziehversuche, 27 Spannkrafteinleitungsversuche und elf Balkenversuche an Versuchskörpern mit sofortigem Verbund aus hochfestem Leichtbeton und selbstverdichtendem Beton durchgeführt. Die Untersuchungen konzentrierten sich beim hochfesten Leichtbeton auf drei Kombinationen aus Festigkeit und Rohdichte (LC 35/38 mit rho = 1,4 kg/dm³, LC 55/60 mit rho = 1,6 kg/dm³ und LC 75/85 mit rho = 1,8 kg/dm³), und auf drei selbstverdichtende Betone (Mehlkorntyp mit Flugasche, Mehl¬korntyp mit Kalksteinmehl, Kombinationstyp mit Flugasche). Hierbei wurden insbesondere das querdehnungsabhängige Verbundverhalten von Litzen und Drähten sowie das Verhalten im Spannkrafteinleitungs- und Verankerungsbereich von Spannbettträgern überprüft. Aufgrund der Untersuchungsergebnisse und den daraus abgeleiteten Änderungen können die für Normalbeton entwickelten Bemessungsansätze auch auf vorgespannte Bauteile aus hochfestem Leichtbeton und selbstverdichtendem Beton übertragen werden. Mit den eigenen Bemessungsvorschlägen zu DIN 1045-1 und der DAfStb-Richtlinie für selbstverdichtenden Beton liegen die normativen Grundlagen vor, um diesen Baustoffen zukünftig auch in Deutschland bei Spannbetonbauteilen eine breitere Anwendung zu ermöglichen. Die begleitenden numerischen Untersuchungen zeigten, dass die nichtlinearen Simulationen nach der Finite-Elemente-Methode das Verbundverankerungsverhalten qualitativ abbilden können. Mit den derzeit implementierten Interface-Elementen ist es jedoch noch nicht möglich, das mehraxiale Versagensverhalten des Baustoffs Beton unter beliebiger Belastung detailliert zu beschreiben. Unter Annahme ingenieurmäßiger Randbedingungen konnte das Last-Verformungsverhalten jedoch in zufriedenstellender Weise simuliert werden.

Prestressed concrete structures with pretensioned strands have been accomplished for several years. Generally, normal strength concrete with a density of 2.4 kg/dm³ and a cylinder compressive strength up to 50 N/mm² is used. In prestressed concrete, the bond anchorage behavior of prestressing strands is an important constructional element in prefabricated concrete structures and is regulated in DIN 1045-1, DIN 4227, Eurocode 2, Model Code 90 and ACI 318-02. However, there are no verified experimental design rules for the bond behavior of prestressing forces in high-performance concrete, especially for lightweight and self-compacting concrete. Also, a consistent design concept for the transfer length of prestressing forces is missing. In this work, the applicability of existing rules and standards from literature for the bond anchorage behavior has been investigated for high-performance concrete. Based on these investigations, an own design concept has been developed. The bond anchorage behavior of 7-wire-strands and 12mm ribbed bars was investigated in over 400 pull-out-tests, 27 tests for the transfer lengths and eleven beam tests with pretensioned strands in high-strength lightweight concrete and self-compacting concrete. Within the tests, three different types of high-strength lightweight concrete (LC 35/38 with rho = 1.4 kg/dm³, LC 55/60 with rho = 1.6 kg / dm³ and LC 75/85 with rho = 1.8 kg/dm³), and three self-compacting-concrete types (powder-type with fly-ash, powder-type with limestone-powder and combination-type with fly-ash) were tested. At this point, the stress dependent part of 7-wire strands and 12mm ribbed bars, as well as the general bond anchorage behavior in prestressed concrete beams were examined. Based on the experimental test results a modified design approach was developed. Now the code rules for ordinary concrete can be applied to prestressed concrete structures in high-strength lightweight concrete and self-compacting concrete. With these own design proposals to DIN 1045-1 and “DAfStb-Richtlinie” for self-compacting concrete, the normative foundations are available. This is the basis to allow a broader application of these concrete types in Germany. The accompanying nonlinear numerical investigations showed that the bond anchorage behavior can be modelled successfully. However, it is not possible to describe the multiaxial failure behavior of concrete under different load stages. Assuming the engineering boundary conditions the load-deformation-behavior could be simulated in a satisfactory manner.

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