Der Baufortschritt in Deutschland und global betrachtet ist immens. Es werden jedoch nicht nur Neubauwerke errichtet, sondern auch immer mehr Tragstrukturen erhalten. Die Gründe dafür können vielfältig sein. Um jedoch Bauwerke nachträglich zu verstärken, müssen die Tragmechanismen des Verstärkungsmaterials gut erforscht und verstanden sein, bevor es auf dem Markt angewendet werden kann.
In dieser Arbeit sind Versuche zur Beschreibung des Torsionstragverhaltens carbonbetonverstärkter Plattenbalken durchgeführt worden. Es wird zunächst in gebotener Kürze der Stand des Wissens zusammengefasst. Anschließend werden das Versuchsprogramm und die Probekörper inklusive der Materialkennwerte vorgestellt.
Neben einer ausführlichen Beschreibung der Torsionsmomenten-Verwindungs-Beziehungen, der Dehnungsverteilungen im Zustand I und Zustand II sowie den Rissabständen und Risswinkeln wird eine Möglichkeit gezeigt, das einwirkende Torsionsmoment anhand der gemessenen Materialkennwerte zum Betrachtungszeitpunkt bei erreichter Maximallast zu bestimmen und somit Informationen über die vorhandene Kräfteverteilung der Druck- bzw. Zugstreben zu erhalten.
Die durchgeführten Versuche stellen nur einen Bruchteil der notwendigen Untersuchungen dar, um das Tragverhalten von carbonbetonverstärkten Bauteilen auf Torsionsbeanspruchung beispielsweise in einer Richtlinie zu regeln. Sie bieten jedoch einen Anfang. Es wäre interessant zu erfahren, ob bei Plattenbalken mit abweichender Geometrie ein vergleichbares Tragverhalten beobachtet werden kann. Zudem wäre ausführlich die Verankerungsmöglichkeit der Carbonbewehrung im Torsionsfall zu untersuchen, da mit den momentan verfügbaren Bewehrungsmatten bei Plattenbalken teilweise nur bündige Stöße möglich sind. Trotz dieser konstruktiven Mängel ist dennoch eine Tragfähigkeitssteigerung möglich, die nicht nur mit der aufgebrachten Feinbetonschicht zu erklären ist.:Inhaltsverzeichnis ........................................................................................................................... I
Symbolverzeichnis ........................................................................................................................ III
Abbildungsverzeichnis ................................................................................................................. VII
Tabellenverzeichnis ...................................................................................................................... XI
1 Einleitung ................................................................................................................................. 1
1.1 Ausgangslage ................................................................................................................... 1
1.2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit ................................................................................ 3
1.3 Abgrenzung ...................................................................................................................... 3
2 Stand des Wissens................................................................................................................... 5
2.1 Stahl- und Carbonbeton im Überblick ........................................................................... 5
2.1.1 Die Anfänge in Deutschland .................................................................................... 5
2.1.2 Werkstoffverhalten des Betons und der Stahl- und Carbonbewehrung ............ 9
2.1.3 Verbund- und Tragverhalten von Stahl- und Carbonbeton ............................... 13
2.2 Torsion ........................................................................................................................... 17
2.2.1 Durchgeführte Untersuchungen seit 2011 .......................................................... 17
2.2.2 Tragverhalten von torsionsbeanspruchten Stahlbetonbauteilen ..................... 19
2.2.3 Berechnungsmodelle zur Bestimmung der Torsionstragfähigkeit .................... 21
3 Versuchsprogramm .............................................................................................................. 33
3.1 Torsionsbeanspruchte Plattenbalken ......................................................................... 33
3.2 Kleinteilige Standardtests ............................................................................................. 34
4 Probekörper........................................................................................................................... 37
4.1 Eigenschaften und Abmessungen ............................................................................... 37
4.1.1 Plattenbalken für Torsionsversuche .................................................................... 37
4.1.2 Kritik am Versuchskörper ...................................................................................... 39
4.2 Materialien ..................................................................................................................... 40
4.2.1 Beton- und Stahlkennwerte – Plattenbalken ....................................................... 40
4.2.2 Carbonbewehrung ................................................................................................. 40
4.3 Herstellung .................................................................................................................... 41
4.3.1 Plattenbalken für Torsionsversuche .................................................................... 41
4.3.2 Bauteilverstärkung ................................................................................................. 42
4.4 Routine- und Begleitprobekörper ................................................................................ 42
5 Experimentelle Untersuchungen ......................................................................................... 45
5.1 Variante I des Torsionsversuchsstandes ..................................................................... 45
5.2 Variante II des Torsionsversuchsstandes .................................................................... 47
5.3 Versuchsdurchführung ................................................................................................. 49
5.4 Messtechnik ................................................................................................................... 50
6 Versuchsergebnisse .............................................................................................................. 55
6.1 Routine- und Begleitprobekörper ............................................................................... 55
6.2 Ergebnisse der auf Torsion verstärkten Plattenbalken ............................................. 57
6.2.1 Einleitung einer Vorschädigung in die Plattenbalken ......................................... 57
6.2.2 Ergebnisse der Plattenbalkenversuche – Torsions-Verwindung-Verhalten ...... 59
6.2.3 Ergebnisse der Plattenbalkenversuche – Dehnungen ε ..................................... 70
6.2.4 Ergebnisse der Plattenbalkenversuche – Rissabstände und -winkel ................ 77
6.2.5 Ergebnisse der Plattenbalkenversuche – Torsionssteifigkeit-Verhalten ........... 83
6.3 Gegenüberstellung der Versuchsergebnisse nach Versagensfall ............................. 84
7 Nachrechnung der Plattenbalkenversuche ........................................................................ 87
7.1 Überprüfung der Ansätze von Schladitz ..................................................................... 87
7.1.1 Berechnung des Erstrissmomentes der Probekörper ........................................ 87
7.1.2 Berechnung des Zustands II der unverstärkten Probekörper nach EC 2 [34] .. 89
7.1.3 Berechnung der Tragfähigkeit der verstärkten Probekörper im Zustand II nach Schladitz [95] ......................................................................................................................... 91
7.1.4 Verwindungen im Zustand I und Zustand II ........................................................ 94
7.2 Erweiterung der Ansätze von Schladitz [95] ............................................................... 97
7.2.1 Nachrechnung des Erstrissmoments eines carbonbetonverstärkten Plattenbalkens ....................................................................................................................... 97
7.2.2 Modifizierten Ansatz im Zustand II .................................................................... 100
7.2.3 Parameterstudie mit der SITgrid 040 Carbonbewehrung nach Ansatz (3) ..... 104
7.2.4 Parameterstudie mit der solidian-Carbonbewehrung nach Ansatz (3) .......... 108
7.2.5 Vergleich und Interpretation der aufgestellten Berechnungen....................... 111
8 Zusammenfassung und Ausblick ....................................................................................... 115
9 Literaturverzeichnis ............................................................................................................ 119
Anhang A – Materialkennwerte ................................................................................................ 127
Anhang B – Bruchbilder der Plattenbalken ............................................................................. 167
Anhang C – Messwerte der experimentellen Untersuchungen ............................................. 183
Anhang D – Vergleich der Berechnungen Ansatz 1 und Ansatz 2 ......................................... 253
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:76934 |
| Date | 09 December 2021 |
| Creators | Müller, Egbert |
| Contributors | Curbach, Manfred, Kromoser, Benjamin, Mündecke, Eric, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | info:eu-repo/grantAgreement/Bundesministerium für Bildung und Forschung/Zwanzig20/TP C3-V2.7-Ia//Nachträgliche Verstärkung mit Carbonbeton/V2.7 |
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