Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchungen zum Tragverhalten von Anschlüssen zwischen Stahl und Beton unter Auflast

Wirtschaftliche Mischkonstruktionen, bei denen Stahl- bzw. Verbundelemente mit Stahlbetonbauteilen kombiniert werden, sind nur konkurrenzfähig, wenn einfach montierbare und ausreichend tragfähige Anschlüsse zwischen Stahl- oder Verbundelementen an Stahlbetonbauteile ermöglicht werden. Vermehrt werden Konstruktionen erforderlich, bei denen hohe Lasten konzentriert von Stahl- in Betonbauteile eingeleitet werden. Der Anwendungsbereich erstreckt sich von Stützenfußanschlüssen des Hochbaus bis Lageranschlüssen im Brückenbau, also über das gesamte Bauwesen. Wegen der Gefahr des Betonausbruchs ist durch die Normung für all diese Fälle die Bemessung konservativ ausgelegt und günstige Effekte wie vorhandene Bewehrung und Auflast sind nur ungenügend berücksichtigt.

Ziel des Antrags ist die Untersuchung dieser Anschlüsse mit konzentrierter Lasteinleitung unter Berücksichtigung der Auflast und der Bewehrung. Neben der Aktivierung des zusätzlichen Querkraftanteils durch die Reibung führt eine Auflast zu einer Überdrückung des Betons, so dass die Tragfähigkeit des Betons gesteigert werden kann. Zur Berücksichtigung einer möglichen Auflast, zusammen mit gezielter Bewehrungsführung werden innovative Lösungen entwickelt, bei denen hohe Lasten in lokal begrenzten Bereichen eingeleitet werden.

Angestrebtes Ergebnis des Vorhabens ist die Entwicklung eines Bemessungsmodells für die Praxis, das normungsreif aufbereitet ist und bisherige Normungsregelungen ergänzt. Das Modell soll durch experimentelle sowie theoretische Untersuchungen auf Grundlage der Komponentenmethode mit Ankerplatten in randnahen Bereichen entwickelt werden und die im Bauteil vorhandene Bewehrung sowie verschiedene Effekte infolge der Bauteilränder berücksichtigen. Ein einfaches Nachweiskonzept für diese Anschlüsse ist von besonderem Nutzen für KMU, da deren Anwendungsbereiche vielfältig sind und sie nur so ressourceneffiziente Tragwerkslösungen In Mischkonstruktion mit normativer Absicherung anbieten können.

Ergebniszusammenfassung:

Für randnahe angeordnete Anschlüsse werden i.d.R. Betonversagensmechanismen maßgebend. Eine traglaststeigernde Wirkung durch eine Auflast oder der im Bauteil vorhandene Bewehrung kann in derzeitigen Regelwerken für die Bemessung von randnahen Anschlüssen nicht angesetzt werden, da hierfür entsprechend wissenschaftlich fundierte Bemessungsmodelle fehlen. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines analytischen Modells für querbelastete, randnahe Anschlüsse zwischen Stahl und Beton unter Auflast, mit dem die Tragfähigkeit unter Berücksichtigung der möglichen Versagensmechanismen bestimmt werden kann.

In experimentellen Untersuchungen an querbelasteten Ankerplatten unter Auflast und Randeinfluss konnte durch die Variation ausgewählter Versuchsparameter unterschiedliche Versagensmechanismen erzeugt werden. Anhand von numerischen Untersuchungen war es möglich, die Querlastverteilung im Anschluss zu erfassen und weitere Rückschlüsse über das Tragverhalten unter Berücksichtigung verschiedener Einflussparameter zu ziehen.

Aufbauend auf den durchgeführten Untersuchungen konnte für Anschlüsse zwischen Stahl und Beton unter Auflast und Randeinfluss ein analytisches Modell auf Grundlage der Befestigungstechnik entwickelt werden. Mit diesem Modell ist es möglich, eine Lastumlagerung innerhalb des Anschlusses in Folge des Randeinflusses und den Einfluss einer Auflast zu erfassen. Weitere Einflüsse, wie z.B. traglaststeigernde Wirkung einer im Bauteil vorhandenen Bewehrung oder ein Lastabtrag durch Reibung werden ebenfalls berücksichtigt. Bei randnahen Stützenfußanschlüssen sowie im Bereich von Lagersockeln im Brückenbau können so die Krafteinleitungsbereiche wirtschaftlicher und insbesondere konstruktiv einfacher ausgebildet werden. Mit dem entwickelten analytischen Modell werden klare, einfach anwendbare Bemessungsrichtlinien für randnahe Anschlüsse geschaffen, die es auch kleineren Unternehmen ermöglicht, konkurrenzfähige Tragwerkslösungen in Mischbauweise anzubieten.