Zum Zusammenwirken hochfester Baustoffe in Verbundträgern

Döinghaus, Peter; Hegger, Josef

doi:HT013395978

Zum Zusammenwirken hochfester Baustoffe in Verbundträgern

Döinghaus, Peter (Author)

2001 & 2002

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Peter Döinghaus

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2001

UmfangGetr. Zählung : Ill., graph. Darst.

ReiheSchriftenreihe des IMB ; 15

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2001

Prüfungsjahr: 2001. - Publikationsjahr: 2002

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Hegger, Josef (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2001-12-21

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-3308
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/52267/files/02_069.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Bauingenieurwesen (300000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei) ; Verbundträger (frei) ; Hochfester Stahl (frei) ; Hochfester Beton (frei) ; Gurt (frei) ; Kopfbolzendübel (frei) ; Tragverhalten (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Werden Tragelemente des Stahlbetonbaus und des Stahlbaus miteinander verbunden, spricht man von Verbundbau. Seit den 30er Jahren wird diese Bauweise international intensiv erforscht. Die größten Entwicklungssprünge brachte die Entdeckung des Kopfbolzendübels als Verbundmittel, die Einführung der Verbunddecken sowie seit einigen Jahren die Anwendung hochfester Baustoffe mit sich. Das Zusammenwirken von hochfestem Stahl und hochfestem Beton in Verbundträgern des Hochbaus mit massiven Betongurten und die Auswirkungen auf das Trag- und Verformungsverhalten werden in der vorliegenden Arbeit anhand von eigenen Versuchen und numerischen Berechnungen grundlegend untersucht. Durch die Entwicklung eines neuen Einzel-Abscherversuches konnte erstmalig das Verhalten einzelner Kopfbolzendübel unter reiner Scherbeanspruchung systematisch untersucht werden. Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte: * Eigene Versuche an neun Verbundträgern unter positiver und negativer Momentenbeanspruchung zur Bestimmung von Bruchtragfähigkeit und Duktilität. * Eigene Push-Out Versuche an 62 Probekörpern zur Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens von Kopfbolzendübeln in hochfestem Beton. * Herleitung eines Bemessungsmodells für Kopfbolzendübel in hochfestem Beton, das die Traganteile des Schweißwulstes und des Dübelschaftes getrennt erfasst.* Parameterstudie zur Verbesserung der Duktilität von Kopfbolzendübeln in hochfestem Beton. * Kritische Bewertung des Standard-Abscherversuchskörpers zur Prüfung von Verbundmitteln nach Eurocode 4 auf Grundlage von Finite Elemente Berechnungen * Entwicklung eines Korrekturverfahrens, das die Spannungs-Dehnungscharakteristiken der hochfesten Baustoffe bei der plastischen Bemessung berücksichtigt. * Systematische Untersuchung zur Verteilung der Längsschubkräfte in der Verbundfuge in Abhängigkeit der Steifigkeitsverhältnisse und Lastkombinationen.* Erarbeitung neuer Grenzwerte für die Mindestverdübelungsgrade in Abhängigkeit von Stützweite, Belastungsart und Querschnittsausbildung, die das geringere Verformungsvermögen der Verbundmittel in hochfestem Beton berücksichtigen. Auf der Grundlage der gewonnenen Erkenntnissen wurden praxisgerechte Bemessungsansätze entwickelt, die den wirtschaftlichen Einsatz von hochfestem Beton und hochfestem Stahl im Verbundbau ermöglichen. Vielversprechende Einsatzgebiete sind hochbelastete Bauteile aus dem Industrie- und Brückenbau. Dabei kommt insbesondere aufgelösten Querschnitten mit Doppelverbund, bei dem Fahrbahnplatte und Bodenplatte aus Beton und die Stege aus Stahl gefertigt werden, eine große Bedeutung zu. In Zukunft sollten auf dem Gebiet des Verbundbaus mit hochfesten Baustoffen das Tragverhalten der Verbundmittel unter nichtruhender Belastung sowie die Weiterentwicklung der numerischen Methoden zur Abbildung des Materialverhaltens von Beton und des Tragverhaltens teilweise oder vollständig einbetonierter Stahlelemente untersucht werden.

When construction elements made of steel and concrete are connected this is called composite construction which has been investigated very intensely since 1930. The greatest steps in the development of this type of construction were made when the headed stud shear connector was introduced, the slim floors were launched and the high-strength materials were utilized. The coaction of high-strength steel and high-strength concrete in composite girders with solid slabs for building construction and the impact on the bearing- and the deformation-behaviour are researched in this thesis based on tests and numerical calculations. In addition to that the design of a new single push-out test allowed the systematic investigation of the behaviour of one single stud shear connector under pure shear loading. The thesis is structured as follows: * Tests with nine composite girders under positive and negative moments for the determination of the ultimate bearing capacity and ductility. * Push-out tests with 62 specimens in order to describe the bearing- and the deformation-behaviour of headed studs in high-strength concrete. * Proposal of a new design method for headed studs in high-strength concrete which allows for a resistance of the welded collar and a resistance of the stud’s shank. * Parametric study to find ways to increase the ductility of headed studs in high-strength concrete. * Critical interpretation of the Standard push-out test as given in Eurocode 4 based on numerical studies. * Development of a procedure to correct the plastic design with regard to the stress-strain distributions of the high-strength materials. * Systematic investigation of the longitudinal shear stress distribution subjected to stiffness- and loading-conditions. * Formulation of new limits for the minimum degree of longitudinal shear connection depending on the span length, the loading and the cross section with regard to the low ductility of the connectors in high-strength concrete. Based on the new perceptions practical design rules are proposed, which allow an economic use of high-strength materials in composite construction. Promising applications are highly loaded components in industrial and bridge constructions. Future investigations regarding high-strength materials in composite structures should include the bearing behaviour of shear connectors under dynamic loads, the further development of numerical methods to simulate the material behaviour of the concrete and the bearing behaviour of partially or totally concrete encased steel members.

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