Nichtlineares Last-Verformungs-Verhalten von Stahlbeton- und Spannbetonteilen, Verformungsvermögen und Schnittgrößenermittlung

Von Gert König, Dieter Pommerening und Nguyen Viet Tue: Innerhalb des Gesamtprojektes "Sicherheit vorgespannter Systeme" wird für statisch unbestimmte Tragwerke das Verformungs- und Umlagerungsverhalten von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken untersucht. Das Modell zur Berücksichtigung der versteifenden Mitwirkung des Betons zwischen den Rissen nach Model Code 90 (tension stiffening) wird benutzt, um mit dem ebenfalls bekannten Ansatz der Integration der Verkrümmungen die zulässige plastische Rotation für Stahlbeton- und Spannbetonbauteile zu ermitteln. Außerdem wird die Schrägrißbildung (Schubanteil) berücksichtigt. Die Auswertung erfolgt als Funktion des mechanischen Bewehrungsgrades und erlaubt die Untersuchung verschiedener Einflußfaktoren (Materialfestigkeiten Stahl/Beton, Anordnung einer Druckbewehrung, einer Umschnürungsbewehrung, Wahl der Duktilitätsklasse des Stahls, Verbundeigenschaften) auf das Verformungsvermögen. Die charakteristischen Unterschiede des Verformungs- und Umlagerungsverhaltens von Stahlbeton und Spannbeton werden - zum Teil an Beispielen - dargestellt. Dabei kommt dem statisch unbestimmten Momentenanteil aus Vorspannung und damit der Spanngliedführung eine besondere Bedeutung zu. Die in EC 2 enthaltenen Regelungen für die vereinfachten und genaueren Verfahren zur nichtlinearen Schnittgrößenermittlung werden kritisch beurteilt und grundsätzliche Überlegungen für ein neues Sicherheitskonzept bei Anwendung numerischer Methoden und nichtlinearer Materialgesetze angestellt. Die konsequente Benutzung von realistischen Materialgesetzen für die Schnittgrößenermittlung und die Tragwerksbemessung wird unterstützt. Nur mit einem "globalen" Sicherheitsbeiwert auf der Einwirkungsseite, der, abhängig von der Versagensart, unterschiedlich sein könnte, ist es möglich, das Tragwerksverhalten in allen Lastbereichen realitätsnah abzubilden. Die Ansätze werden in einer CEB-Workinggroup weiter diskutiert und haben Eingang in die Beratungen zur E DIN 1045 gefunden. Ergänzend wurden exzentrische Druckversuche zum Maßstabseffekt hinsichtlich der ertragbaren Grenzstauchung des Betons an Versuchskörper mit einer Druckzonenhöhe von 40 cm, 60 cm und 80 cm durchgeführt, die aber noch keine empirische Ableitung der maßstabsabhängigen Grenzstauchung erlauben. Einzelne Versuche mit einer mäßigen Umschnürungsbewehrung zeigen aber, daß die relativ geringe Grenzstauchung der unbewehrten Versuchskörper bereits deutlich gesteigert werden kann. Dieses Verhalten überdeckt den bei der gewählten Versuchskörpergeometrie relativ geringen beobachteten Maßstabseinfluß auf die ertragbare Grenzstauchung.