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Tragverhalten und Bemessung von Injektionsdübeln unter Quer- und Schrägzugbelastung im Mauerwerk
In der vorliegenden Arbeit konnten wesentliche Fragestellungen zum Tragverhalten von Injektionsdübeln in Mauerwerk aus Voll- und Lochsteinen unter Quer- und Schrägzuglasten geklärt werden. Sie ergänzt die für zentrische Zuglasten entwickelte Bemessung nach Meyer (2006), so dass nunmehr ein geschlossener Ansatz für beliebige Lastrichtung vorliegt. Zum Tragverhalten von Befestigungen in Mauerwerk unter Querlast lagen bisher nur wenige Versuchsserien vor, die zudem ausschließlich in Einzelsteinen gesetzt waren. Vorhandene Ergebnisse mit Verbunddübeln in Beton lassen sich aufgrund der Unterschiede zu Steinen sowie dem Aufbau des Mauerwerks nur sehr bedingt übertragen. In dieser Abhandlung wird das Tragverhalten unter Querlast ausführlich beschrieben und analysiert. Anhand experimenteller Ergebnisse an Mauerwerkswänden und großformatigen Steinen sowie theoretischer Untersuchungen werden verschiedene mauerwerksspezifische Versagensarten unterschieden und die wesentlichen Einflussparameter ermittelt. Dabei wurden verschiedene Steine und Dübeltypen mit und ohne Hülse in unterschiedlichen Längen und an verschiedenen Setzpositionen als Einzeldübel oder Zweiergruppe eingesetzt und die Belastungsrichtung variiert. Für einzelne, querbelastete Injektionsdübel Einzeldübel ohne Randeinfluss lassen sich vier Versagensarten in Abhängigkeit der Anbauteilgeometrie sowie der Festigkeiten und der Geometrien der Steine und des Dübels unterscheiden. Das Tragverhalten zeichnet sich allgemein durch geringere Steifigkeiten und mehrfach höhere Verschiebungen bei Höchstlast im Vergleich zu Dübeln unter zentrischem Zug aus. Bei geringer Verankerungstiefe kann es in Abhängigkeit des Steines und der Anbauteilgeometrie zu einem vorzeitigen Versagen durch die sich entwickelnden Zugkräfte kommen oder der Dübel aus dem Untergrund herausgehebelt werden, ohne das die Normalkräfte im Dübel wesentlich ansteigen. Der am häufigste beobachtete Mechanismus war das lokale Materialversagen. Dabei wird der Untergrund so stark beansprucht, dass er plastifiziert oder auch oberflächennahe Bereiche muschelförmig abscheren und der Dübel bis zu zwei plastische Gelenke ausbilden kann. Die höchsten Traglasten einer Dübelverbindung unter Querlast werden durch Stahlbruch des Ankerstangenstahls erreicht. Der Vergleich mit der Bemessung nach ETAG 029 ergibt, dass der dort angegebene Vorfaktor α die Traglast in Mauerwerk überschätzt. An freien Steinrändern und unvermörtelten Stoßfugen kommt es zu einem Kantenbruch oder einem Durchspalten des Steines. Die Bruchlast ist abhängig von der Belastungsrichtung, der Steinart und ggf. der Lochung. Das Verhalten in Fugen innerhalb des Mauerwerks ist abhängig von deren Ausführung. Die Regelungen nach ETAG 029 für Befestigungen am Rand erfassen die Einflüsse nur ungenau und können bei kleinformatigen Steinen zu Ergebnissen auf der unsicheren Seite führen. Das Tragverhalten von Zweifachbefestigungen ähnelt dem der Einzeldübel. Bei den untersuchten Konstellationen trat meist lokales Materialversagen auf. Die Tragfähigkeit steigt mit dem Achsabstand der Dübel an und erreicht für Werte über ca. 125 mm i.d.R. die doppelte Einzeltraglast. Bei Zweifachbefestigungen am freien Rand wird nicht doppelte die Tragfähigkeit eines Einzeldübels erreicht, wenn sich die Ausbruchkörper überschneiden oder der Stein vorzeitig durchspaltet. Spezielle Untersuchungen zu Materialparametern, die zur Entwicklung eines Bemessungsmodells notwendig sind, werden beschrieben. Es zeigt sich, dass die Biegetragfähigkeit einer Ankerstange von der Stahlzugfestigkeit abhängig ist. Das gesamte Dübelsystem (Ankerstange, Siebhülse und Injektionsmörtel) weist demgegenüber einen Erhöhungsfaktor auf. Es kann als gerissener Verbundquerschnitt berechnet werden. Aus Versuchen werden Erhöhungsfaktoren für die ertragbaren lokalen Pressungen verschiedener Steine ermittelt. Untersuchungen zum Tragverhalten von Injektionsdübeln unter Schrägzuglast werden vorgestellt. Dazu wurden neben reinen Schrägzugversuchen auch Versuche unter zentrischer Zuglast durchgeführt, um die realen Verhältnisse abzubilden. Ausgehend von den Schädigungsmechanismen und den Traglasten wird für eine Schrägzuglast bei Lochsteinen eine geänderte Interaktionsbedingung vorgeschlagen. Aus den experimentellen und theoretischen Erkenntnissen wird ein neuartiges Bemessungsmodell für Injektionsdübeln in Mauerwerk entwickelt, das einem semiprobabilistischen Sicherheitskonzept gemäß aktueller Normung mit charakteristischen Werten und Teilsicherheitsbeiwerten zur Bestimmung eines Bauteilwiderstandes folgt. Dabei wird nach den verschiedenen Versagensarten unterschieden und die Berechnung auf der sicheren Seite liegend vereinfacht. Es umfasst Einzel- und Gruppenbefestigungen unter Querlast in der Fläche und am Rand von Voll- und Lochsteinen aus den gängigen Materialien. Weiterhin wurde die überarbeitete Interaktionsbedingung für Schrägzugbelastung aufgenommen, die zwischen Voll- und Lochsteinen unterscheidet. Das Bemessungskonzept ist anwenderfreundlich, wirtschaftlich und sicher. Durch eine Aufnahme in die Anwendungs- und Zulassungsrichtlinien, z.B. ETAG 029, kann das Potential von Injektionsdübeln für Befestigungen in Mauerwerk ausgenutzt werden.
Tragverhalten und Bemessung von Injektionsdübeln unter Quer- und Schrägzugbelastung im Mauerwerk
In der vorliegenden Arbeit konnten wesentliche Fragestellungen zum Tragverhalten von Injektionsdübeln in Mauerwerk aus Voll- und Lochsteinen unter Quer- und Schrägzuglasten geklärt werden. Sie ergänzt die für zentrische Zuglasten entwickelte Bemessung nach Meyer (2006), so dass nunmehr ein geschlossener Ansatz für beliebige Lastrichtung vorliegt. Zum Tragverhalten von Befestigungen in Mauerwerk unter Querlast lagen bisher nur wenige Versuchsserien vor, die zudem ausschließlich in Einzelsteinen gesetzt waren. Vorhandene Ergebnisse mit Verbunddübeln in Beton lassen sich aufgrund der Unterschiede zu Steinen sowie dem Aufbau des Mauerwerks nur sehr bedingt übertragen. In dieser Abhandlung wird das Tragverhalten unter Querlast ausführlich beschrieben und analysiert. Anhand experimenteller Ergebnisse an Mauerwerkswänden und großformatigen Steinen sowie theoretischer Untersuchungen werden verschiedene mauerwerksspezifische Versagensarten unterschieden und die wesentlichen Einflussparameter ermittelt. Dabei wurden verschiedene Steine und Dübeltypen mit und ohne Hülse in unterschiedlichen Längen und an verschiedenen Setzpositionen als Einzeldübel oder Zweiergruppe eingesetzt und die Belastungsrichtung variiert. Für einzelne, querbelastete Injektionsdübel Einzeldübel ohne Randeinfluss lassen sich vier Versagensarten in Abhängigkeit der Anbauteilgeometrie sowie der Festigkeiten und der Geometrien der Steine und des Dübels unterscheiden. Das Tragverhalten zeichnet sich allgemein durch geringere Steifigkeiten und mehrfach höhere Verschiebungen bei Höchstlast im Vergleich zu Dübeln unter zentrischem Zug aus. Bei geringer Verankerungstiefe kann es in Abhängigkeit des Steines und der Anbauteilgeometrie zu einem vorzeitigen Versagen durch die sich entwickelnden Zugkräfte kommen oder der Dübel aus dem Untergrund herausgehebelt werden, ohne das die Normalkräfte im Dübel wesentlich ansteigen. Der am häufigste beobachtete Mechanismus war das lokale Materialversagen. Dabei wird der Untergrund so stark beansprucht, dass er plastifiziert oder auch oberflächennahe Bereiche muschelförmig abscheren und der Dübel bis zu zwei plastische Gelenke ausbilden kann. Die höchsten Traglasten einer Dübelverbindung unter Querlast werden durch Stahlbruch des Ankerstangenstahls erreicht. Der Vergleich mit der Bemessung nach ETAG 029 ergibt, dass der dort angegebene Vorfaktor α die Traglast in Mauerwerk überschätzt. An freien Steinrändern und unvermörtelten Stoßfugen kommt es zu einem Kantenbruch oder einem Durchspalten des Steines. Die Bruchlast ist abhängig von der Belastungsrichtung, der Steinart und ggf. der Lochung. Das Verhalten in Fugen innerhalb des Mauerwerks ist abhängig von deren Ausführung. Die Regelungen nach ETAG 029 für Befestigungen am Rand erfassen die Einflüsse nur ungenau und können bei kleinformatigen Steinen zu Ergebnissen auf der unsicheren Seite führen. Das Tragverhalten von Zweifachbefestigungen ähnelt dem der Einzeldübel. Bei den untersuchten Konstellationen trat meist lokales Materialversagen auf. Die Tragfähigkeit steigt mit dem Achsabstand der Dübel an und erreicht für Werte über ca. 125 mm i.d.R. die doppelte Einzeltraglast. Bei Zweifachbefestigungen am freien Rand wird nicht doppelte die Tragfähigkeit eines Einzeldübels erreicht, wenn sich die Ausbruchkörper überschneiden oder der Stein vorzeitig durchspaltet. Spezielle Untersuchungen zu Materialparametern, die zur Entwicklung eines Bemessungsmodells notwendig sind, werden beschrieben. Es zeigt sich, dass die Biegetragfähigkeit einer Ankerstange von der Stahlzugfestigkeit abhängig ist. Das gesamte Dübelsystem (Ankerstange, Siebhülse und Injektionsmörtel) weist demgegenüber einen Erhöhungsfaktor auf. Es kann als gerissener Verbundquerschnitt berechnet werden. Aus Versuchen werden Erhöhungsfaktoren für die ertragbaren lokalen Pressungen verschiedener Steine ermittelt. Untersuchungen zum Tragverhalten von Injektionsdübeln unter Schrägzuglast werden vorgestellt. Dazu wurden neben reinen Schrägzugversuchen auch Versuche unter zentrischer Zuglast durchgeführt, um die realen Verhältnisse abzubilden. Ausgehend von den Schädigungsmechanismen und den Traglasten wird für eine Schrägzuglast bei Lochsteinen eine geänderte Interaktionsbedingung vorgeschlagen. Aus den experimentellen und theoretischen Erkenntnissen wird ein neuartiges Bemessungsmodell für Injektionsdübeln in Mauerwerk entwickelt, das einem semiprobabilistischen Sicherheitskonzept gemäß aktueller Normung mit charakteristischen Werten und Teilsicherheitsbeiwerten zur Bestimmung eines Bauteilwiderstandes folgt. Dabei wird nach den verschiedenen Versagensarten unterschieden und die Berechnung auf der sicheren Seite liegend vereinfacht. Es umfasst Einzel- und Gruppenbefestigungen unter Querlast in der Fläche und am Rand von Voll- und Lochsteinen aus den gängigen Materialien. Weiterhin wurde die überarbeitete Interaktionsbedingung für Schrägzugbelastung aufgenommen, die zwischen Voll- und Lochsteinen unterscheidet. Das Bemessungskonzept ist anwenderfreundlich, wirtschaftlich und sicher. Durch eine Aufnahme in die Anwendungs- und Zulassungsrichtlinien, z.B. ETAG 029, kann das Potential von Injektionsdübeln für Befestigungen in Mauerwerk ausgenutzt werden.
Tragverhalten und Bemessung von Injektionsdübeln unter Quer- und Schrägzugbelastung im Mauerwerk
Load-bearing behaviour and design of metal injection anchors under shear and oblique loading in masonry
Welz, Georg (author) / Universität Stuttgart (host institution)
2011
Miscellaneous
Electronic Resource
German
Injektionsdübel , Mauerwerk , Querbelastung , Querzugbelastung , Schrägzugbelastung , Vollstein , Lochstein , lokale Druckfestigkeit von Steinen , Biegebruchmoment , Bemessung , Randeinfluss , metal injection anchors , masonry , shear loading , oblique loading , solid bricks , perforated , load-bearing behaviour , design , edge influence
DDC:
624
Tragverhalten und Bemessung von Injektionsdübeln unter Quer- und Schrägzugbelastung im Mauerwerk
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