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Komponentenmethode für Ankerplatten mit Kopfbolzen unter einachsiger Beanspruchung
Im Stahl- und Verbundbau hat sich das Komponentenverfahren zur Berechnung des Trag- und Verformungsverhaltens von Stahl- und Verbundanschlüssen durchgesetzt. Durch den modularen Aufbau erlaubt das Komponentenmodell eine einfache Anpassung oder Ergänzung einzelner Komponenten. Durch die Berechnung der Tragfähigkeit und der Steifigkeit des Anschlusses ist es auch möglich, den Anschluss als eigenes Bauteil in der Tragwerksberechnung zu berücksichtigen. Das Verfahren nutzt das plastische Tragverhalten und entsprechende Umlagerungsmöglichkeiten aus. Der Anwendungsbereich des Komponentenverfahrens ist aber bei Ankerplattenanschlüssen zwischen Stahl- und Massivbauteilen in der bisherigen Normung stark beschränkt, da vorausgesetzt wird, dass für das Befestigungsmittel Stahlversagen maßgebend wird. Die Bemessung von Ankerplatten erfolgt in der Befestigungstechnik meist mit elastischen Berechnungsverfahren, bei denen die Tragfähigkeit der Befestigungsmittel mit dem Concrete-Capacity-Verfahren ermittelt wird. Das für Verankerungen im unbewehrten Beton hergeleitete Bemessungsverfahren berücksichtigt Rückhängebewehrung nur unzureichend und weist besonders bei randnahen Verankerungen hohe Tragreserven auf. Es beinhaltet auch keine Anwendungsregeln zur Bestimmung der Steifigkeit und Verformung eines Anschlusses. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und numerische Untersuchungen an steifen und nachgiebigen Ankerplatten mit und ohne Rückhängebewehrung in randferner und randnaher Lage vorgestellt. Als Beanspruchung wurden sowohl Zug- wie Schubkräfte mit entsprechenden Exzentrizitäten untersucht. Ziel der Arbeit war es auch, das Komponentenmodell über die bisherigen Regelungen nach DIN EN 1993-1-8 um die „Betonkomponenten“ gemäß dem in der Befestigungstechnik verankerten CC-Verfahren zu erweitern. Auf Grundlage der Untersuchungen, den Bemessungsregeln des CC-Verfahrens und den aus der Literatur entnommenen Ansätze für die Tragfähigkeit der Rückhängebewehrung bei einem Betonausbruch wurde ein erstes Komponentenmodell für steife Ankerplatten entwickelt. Das Komponentenmodell wurde an verschiedenen Versuchsreihen verifiziert und liefert insgesamt eher konservative Werte. In der Arbeit wird u.a. auch eine Versuchsreihe an steifen und nachgiebigen Ankerplatten mit angeschweißten Kopfbolzen vorgestellt, die im Rahmen eines DFG-Forschungsprojekts mit dem Institut für Werkstoffe im Bauwesen gemeinsam durchgeführt wurde. Durch die Variation der maßgebenden Parameter wie Ankerplattendicke, Lastexzentrizität und Kopfbolzentyp wurden die Versagensarten Stahlversagen auf Schub/Querzug oder Zug, Fließen der Ankerplatte, rückwärtiger und kegelförmiger Betonausbruch erfasst. Bei dünnen Ankerplatten traten Fließgelenkzonen an den Plattenüberständen auf, die zwar die Beanspruchbarkeit des Anschlusses gegenüber steifen Ankerplatten deutlich begrenzten, jedoch auch zu einer Steigerung der Duktilität des Anschlusses führten. Durch die Implementierung des T-Stummel-Modells gemäß DIN EN 1993-1-8 und der Berücksichtigung der Komponentensteifigkeiten wurde das Komponentenmodell für steife und nachgiebige Ankerplatten erweitert. Dadurch kann nun die Anschlusssteifigkeit berechnet und die Duktilität des Anschlusses abgeschätzt werden. Während für die Zug- und Druckkomponenten einer randfernen Ankerplatte ohne Rückhängebewehrung in der Literatur geeignete Modelle zur Beschreibung des Tragverhaltens von Einzelkomponenten zur Verfügung standen, fehlten bei der Komponente des Kopfbolzens unter Schub/Querzug ein geeigneter Ansatz unter Berücksichtigung einer gleichzeitig wirkenden Bolzennormalkraft. Hier wurde aus der Literatur ein Modell für Ankerschrauben mit einer Mörtelschicht für einen ersten Ansatz genutzt, das eine Abschätzung der Schubsteifigkeit im untersuchten Parameterbereich erlaubte. Der in der Arbeit entwickelte Berechnungsablauf, basierend auf zwei unabhängigen Federsystemen für die Vertikalkomponenten aus Normalkraft und Moment und für die Horizontalkomponenten aus der Schubkraft und die jeweils zugehörigen Gleichgewichtsbedingungen, erlaubt die Berechnung von Moment-Rotations-Kurven und Lastverschiebungskurven von Ankerplatten mit angeschweißten Kopfbolzen, so dass die vollständige Anschlusscharakteristik nun darstellbar ist. Durch die im Rahmen dieser Arbeit erfolgte Weiterentwickelung des Komponentenmodells wird die Möglichkeit der Anwendung des Komponentenverfahrens nach DIN EN 1993-1-8 auf Ankerplatten mit Kopfbolzen, bei denen ein Betonversagen maßgebend werden kann, ausgeweitet. Durch den elementaren Aufbau des Komponentenmodells steht außerdem ein einfach anpassbares und zukünftig erweiterbares Verfahren zur Verfügung.
Komponentenmethode für Ankerplatten mit Kopfbolzen unter einachsiger Beanspruchung
Im Stahl- und Verbundbau hat sich das Komponentenverfahren zur Berechnung des Trag- und Verformungsverhaltens von Stahl- und Verbundanschlüssen durchgesetzt. Durch den modularen Aufbau erlaubt das Komponentenmodell eine einfache Anpassung oder Ergänzung einzelner Komponenten. Durch die Berechnung der Tragfähigkeit und der Steifigkeit des Anschlusses ist es auch möglich, den Anschluss als eigenes Bauteil in der Tragwerksberechnung zu berücksichtigen. Das Verfahren nutzt das plastische Tragverhalten und entsprechende Umlagerungsmöglichkeiten aus. Der Anwendungsbereich des Komponentenverfahrens ist aber bei Ankerplattenanschlüssen zwischen Stahl- und Massivbauteilen in der bisherigen Normung stark beschränkt, da vorausgesetzt wird, dass für das Befestigungsmittel Stahlversagen maßgebend wird. Die Bemessung von Ankerplatten erfolgt in der Befestigungstechnik meist mit elastischen Berechnungsverfahren, bei denen die Tragfähigkeit der Befestigungsmittel mit dem Concrete-Capacity-Verfahren ermittelt wird. Das für Verankerungen im unbewehrten Beton hergeleitete Bemessungsverfahren berücksichtigt Rückhängebewehrung nur unzureichend und weist besonders bei randnahen Verankerungen hohe Tragreserven auf. Es beinhaltet auch keine Anwendungsregeln zur Bestimmung der Steifigkeit und Verformung eines Anschlusses. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und numerische Untersuchungen an steifen und nachgiebigen Ankerplatten mit und ohne Rückhängebewehrung in randferner und randnaher Lage vorgestellt. Als Beanspruchung wurden sowohl Zug- wie Schubkräfte mit entsprechenden Exzentrizitäten untersucht. Ziel der Arbeit war es auch, das Komponentenmodell über die bisherigen Regelungen nach DIN EN 1993-1-8 um die „Betonkomponenten“ gemäß dem in der Befestigungstechnik verankerten CC-Verfahren zu erweitern. Auf Grundlage der Untersuchungen, den Bemessungsregeln des CC-Verfahrens und den aus der Literatur entnommenen Ansätze für die Tragfähigkeit der Rückhängebewehrung bei einem Betonausbruch wurde ein erstes Komponentenmodell für steife Ankerplatten entwickelt. Das Komponentenmodell wurde an verschiedenen Versuchsreihen verifiziert und liefert insgesamt eher konservative Werte. In der Arbeit wird u.a. auch eine Versuchsreihe an steifen und nachgiebigen Ankerplatten mit angeschweißten Kopfbolzen vorgestellt, die im Rahmen eines DFG-Forschungsprojekts mit dem Institut für Werkstoffe im Bauwesen gemeinsam durchgeführt wurde. Durch die Variation der maßgebenden Parameter wie Ankerplattendicke, Lastexzentrizität und Kopfbolzentyp wurden die Versagensarten Stahlversagen auf Schub/Querzug oder Zug, Fließen der Ankerplatte, rückwärtiger und kegelförmiger Betonausbruch erfasst. Bei dünnen Ankerplatten traten Fließgelenkzonen an den Plattenüberständen auf, die zwar die Beanspruchbarkeit des Anschlusses gegenüber steifen Ankerplatten deutlich begrenzten, jedoch auch zu einer Steigerung der Duktilität des Anschlusses führten. Durch die Implementierung des T-Stummel-Modells gemäß DIN EN 1993-1-8 und der Berücksichtigung der Komponentensteifigkeiten wurde das Komponentenmodell für steife und nachgiebige Ankerplatten erweitert. Dadurch kann nun die Anschlusssteifigkeit berechnet und die Duktilität des Anschlusses abgeschätzt werden. Während für die Zug- und Druckkomponenten einer randfernen Ankerplatte ohne Rückhängebewehrung in der Literatur geeignete Modelle zur Beschreibung des Tragverhaltens von Einzelkomponenten zur Verfügung standen, fehlten bei der Komponente des Kopfbolzens unter Schub/Querzug ein geeigneter Ansatz unter Berücksichtigung einer gleichzeitig wirkenden Bolzennormalkraft. Hier wurde aus der Literatur ein Modell für Ankerschrauben mit einer Mörtelschicht für einen ersten Ansatz genutzt, das eine Abschätzung der Schubsteifigkeit im untersuchten Parameterbereich erlaubte. Der in der Arbeit entwickelte Berechnungsablauf, basierend auf zwei unabhängigen Federsystemen für die Vertikalkomponenten aus Normalkraft und Moment und für die Horizontalkomponenten aus der Schubkraft und die jeweils zugehörigen Gleichgewichtsbedingungen, erlaubt die Berechnung von Moment-Rotations-Kurven und Lastverschiebungskurven von Ankerplatten mit angeschweißten Kopfbolzen, so dass die vollständige Anschlusscharakteristik nun darstellbar ist. Durch die im Rahmen dieser Arbeit erfolgte Weiterentwickelung des Komponentenmodells wird die Möglichkeit der Anwendung des Komponentenverfahrens nach DIN EN 1993-1-8 auf Ankerplatten mit Kopfbolzen, bei denen ein Betonversagen maßgebend werden kann, ausgeweitet. Durch den elementaren Aufbau des Komponentenmodells steht außerdem ein einfach anpassbares und zukünftig erweiterbares Verfahren zur Verfügung.
Komponentenmethode für Ankerplatten mit Kopfbolzen unter einachsiger Beanspruchung
Component method for anchor plates with headed studs under uniaxial loading
Rybinski, Markus (Autor:in) / Universität Stuttgart (Gastgebende Institution)
2014
Sonstige
Elektronische Ressource
Deutsch
DDC:
624
Komponentenmethode für Ankerplatten mit Kopfbolzen unter einachsiger Beanspruchung
TIBKAT | 2014
|Komponentenmethode für Ankerplatten mit Kopfbolzen unter einachsiger Beanspruchung
UB Braunschweig | 2014
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