Shear design of straight and haunched concrete beams without stirrups: Fid-Bau Portal

Shear design of straight and haunched concrete beams without stirrups

Nghiep, Vu Hong

Trotz langjähriger Forschungsaktivitäten, die ersten Versuche führte Mörsch 1920 durch, ist die Querkraftbemessung von Stahlbetonbalken ohne Querkraftbewehrung bislang unzurei-chend geklärt. Dies zeigt sich unter anderem darin, dass die meisten Bemessungsverfahren nicht auf einem mechanischen Modell sondern auf empirisch entwickelten Gleichungen ba-sieren, welche sehr große Streuungen und damit sehr hohe Sicherheitsfaktoren aufweisen. Das Problem der Querkraftbemessung besteht vor allem bei Platten. So weisen zahlreiche Massivbrücken in Deutschland nach der seit dem Jahre 2001 gültigen Norm rechnerisch eine zu geringe Tragfähigkeit in Querrichtung auf. Weiterhin ist die Querkraftbemessung von gevouteten Trägern, wie Sie beispielsweise bei Fahrbahnplatten von Brücken auftreten, bis-lang kaum geklärt. Diese Forschungsarbeit soll zu einem besseren Verständnis des Querkrafttragverhaltens von Stahlbetonbalken ohne Bügelbewehrung beitragen. Hierzu werden zunächst die wesentlichen aus der Literatur bekannten, teilweise sehr unterschiedlichen Rechenmodelle analysiert und deren Genauigkeit durch einen Vergleich mit den Versuchswerten aus einer Schubdatenbank bestimmt. Es zeigen sich erhebliche Streuungen zwischen den Rechen- und den Versuchs-ergebnissen. Zum Studium des Tragverhaltens wurden umfangreiche Versuche mit insgesamt 18 Stahlbe-tonbalken ohne Bügelbewehrung unterschiedlicher Schubschlankheit durchgeführt. Hierbei lag der Schwerpunkt bei gevouteten Trägern. Es zeigt sich, dass die bestehenden Ansätze den Einfluss eines geneigten Druckgurtes auf die Querkrafttragfähigkeit nur unzureichend beschreiben. Teilweise ergeben sich auf der unsicheren Seite liegende Rechenwerte. Zu einem genaueren Studium der Beanspruchungen und der Tragmechanismen werden die Versuche mittels stofflich nichtlinearer Finite Elemente Berechnungen mit dem Programm ABAQUS simuliert. Es zeigen sich sehr gute Übereinstimmungen zwischen Versuch und FE-Analyse. Dies trifft sowohl bei den Kraft-Weg-Verläufen, bei den Traglasten als auch bei den Rissbildern zu. Das entwickelte numerische Modell gibt somit das Verhalten von Stahl-betonbalken im Gebrauchs- und Grenzzustand zutreffend wieder. Die FE-Berechnungen zeigen, dass die Querkräfte im Wesentlichen in der ungerissen Druckzone übertragen werden und somit die Rissreibung im Grenzzustand der Tragfähigkeit keine wesentliche Rolle spielt. Die numerischen und experimentellen Untersuchungen haben weiterhin ergeben, dass die ungerissene Betonzugzone einen wesentlichen Anteil der Querkraft aufnimmt. Basierend auf den theoretischen und experimentellen Untersuchungen wird ein einfaches analytisches Modell zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von geraden und gevouteten Stahlbetonbalken ohne Bügelbewehrung entwickelt, was erheblich genauere Werte als die bekannten Ansätze liefert.