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Anchorages and laps in reinforced concrete members under monotonic loading = Verankerungen und Übergreifungen in Stahlbetonbauteilen unter statischer Belastung

Schoening, Janna Caroline^RWTH*

2018 & 2019

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Janna Caroline Schoening

ImpressumAachen 2018

Umfang243

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2018

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Hegger, Josef (Thesis advisor)^RWTH* ; Eligehausen, Rolf (Thesis advisor) ; Cairns, John (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2018-06-21

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2019-05631
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/762509/files/762509.pdf

Einrichtungen

1. Lehrstuhl und Institut für Massivbau (311610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
anchorage length (frei) ; anchorages (frei) ; laps (frei) ; large diameter bars (frei) ; reinforced concrete (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624

Kurzfassung
Der Verbund zwischen Stahlbetonbewehrung und umgebendem Beton wird durch hohe einzuleitende Zug- oder Druckkräfte stark beansprucht. Bewehrungsstäbe mit großen Stabdurchmessern, die hohe Längskräfte aufnehmen können, aber auch eng angeordnete Bewehrung mit geringer Betondeckung führen zu einer hohen Ausnutzung von Verbundbereichen in Stahlbetonbauteilen. Die Tragfähigkeit der Verbundbereiche wird dabei durch werkstofftechnische, größtenteils aber geometrische Parameter beeinflusst. Für die zweite Generation des Eurocode 2 wurde eine neue Bemessungsgleichung für die Berechnung erforderlicher Verankerungs- und Übergreifungslängen vorgeschlagen. Dieser Ansatz basiert auf einer Bemessungsgleichung auf Mittelwertniveau, die bei der Erstellung des Model Codes 2010 aus einer umfangreichen Datenbank abgleitet wurde. Eine Überführung des vorgeschlagenen Bemessungsansatzes vom gegebenen Mittelwertniveau auf das Bemessungsniveau, das dem Sicherheitskonzept des Eurocode 0 entspricht, steht bisher noch aus. Während der aktuelle Eurocode 2 und insbesondere der Nationale Anhang für Deutschland zahlreiche Zusatzregeln zum Einsatz großer Stabdurchmesser > Ø 32 mm enthalten, enthält der Neuvorschlag keine dieser Regeln mehr. Dies wurde zum Anlass genommen, die Notwendigkeit der Zusatzregeln grundlegend zu untersuchen. Zur Bestimmung des Verbundtragverhaltens von Stahlbetonbauteilen mit großen Stabdurchmessern wurden Beam-End Versuche, Vierpunkt-Biegeversuche mit Übergreifungsstößen und Verankerungsversuche an direkten Auflagern durchgeführt. Dabei stand neben der Untersuchung der Verbundtragfähigkeit insbesondere auch die Rissentwicklung im Fokus. Während Eurocode 2 verschiedene Möglichkeiten zur Rissbreitenreduktion von Querrissen in kontinuierlich bewehrten Stahlbetonbauteilen definiert, sind bisher für Querrissbreiten an Stoßenden und für Längsrisse in Verbundbereichen keine konkreten Angaben enthalten. Außerdem werden die Parametereinflüsse anhand einer umfassenden Datenbank mit Verankerungs- und Stoßversuchen bestimmt. Diese dient ebenfalls zur Ableitung von Kalibrierwerten für die Bemessungsgleichungen der mittleren Bewehrungsspannung in Verbundbereichen. Bemessungswerte der erforderlichen Verbundlänge werden auf Grundlage einer statistischen Auswertung der Verbunddatenbank und einer anschließenden Anwendung des Verfahrens in Eurocode 0 ermittelt. Neben erforderlichen Kalibrierwerten werden Bewehrungsregeln für hoch ausgenutzte Verankerungen und Übergreifungen vorgeschlagen. Für die Empfehlung praxisgerechter Konstruktionsregeln werden sowohl die Ergebnisse der Tragfähigkeitsuntersuchung als auch der Rissbreitenauswertung herangezogen.

In structural concrete members with reinforcing bars subjected to high longitudinal forces, bond zones are highly utilised. The bond strength between reinforcement and surrounding concrete depends on material and geometric parameters. Reinforcement with large-diameter bars bearing high longitudinal forces as well as dense reinforcement positioning further increase the utilisation of bond zones. For the second generation of Eurocode 2, a new design equation for the calculation of necessary anchorage and lap lengths was proposed. This equation is based on a model for the calculation of mean strength that was derived for Model Code 2010 on the basis of a comprehensive bond database. A transfer of the given design model from mean to design level corresponding with the safety concept of Eurocode 0 is not conducted, yet. While Eurocode 2 and the German National Annex comprise numerous additional rules for the application of large diameter bars Ø > 32 mm, the proposal for the next generation of Eurocode 2 does not include any rules for large diameter bars. For this reason, the necessity of additional rules for large diameter bars is closely investigated in this thesis. For the determination of the bond behaviour of structural elements with large diameter bars, beam-end tests, four-point bending tests with laps as well as anchorage tests at direct supports were conducted. The fundamental bond behaviour of large-diameter bars was investigated in beam-end tests. Since the additional rules for large-diameter bars are most restrictive for laps, the necessity of these rules were analysed on the basis of four-point bending tests with laps. The actual structural behaviour of end anchorages was tested in anchorages in simply supported beams to account for transverse pressure and densely positioned bars. While Eurocode 2 defines several possibilities for transverse crack width reduction in continuously reinforced structural elements, specifications for transverse cracks at lap ends and longitudinal cracks are not given. Hence, the key objectives of this thesis are the investigation of developable bar stress in bond zones and the crack development. Calibration factors for the transfer of mean values to design values are derived from the bond database. Initially, characteristic values of bar stress in bond zones and corresponding model uncertainties are obtained by a statistical evaluation of the test results given in the database. Subsequently, the design value for anchorage and lap lengths is obtained by applying the method according to Eurocode 0. The resulting calibration factor is verified by a level II reliability analysis. Besides the necessary calibration factor, detailing rules for highly utilised anchorages and laps are proposed. The detailing recommendations for practical application are based on the results of experimental load and crack width investigations.

OpenAccess:
PDF
(additional files)

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT020105017

Interne Identnummern
RWTH-2019-05631
Datensatz-ID: 762509

Beteiligte Länder
Germany