Querkrafttragfähigkeit von einachsig gespannten Stahlbetonplatten ohne Querkraftbewehrung unter Einzellasten
Afrika-, Amerika- und Ozeanienbezogene Wissenschaften
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der aktuelle Bemessungsansatz zur Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbauteilen ohne Querkraftbewehrung nach Eurocode 2 wurde anhand einer Datenbank kalibriert, die überwiegend Versuche an gelenkig gelagerten Balken beinhaltet. In der Praxis wird dieser Ansatz auch zur Querkraftbemessung von Bauteilen mit beliebigen statischen Systemen und von einachsig gespannten Platten unter Einzellasten verwendet. Hierzu werden mitwirkende Plattenbreiten berechnet oder eine horizontale Lastausbreitung unter einem Winkel angenommen. Während die bestehenden Ansätze für die mitwirkende Breite für die meisten Fälle weit auf der sicheren Seite liegen und damit unwirtschaftlich sind, kann die Annahme einer horizontalen Lastausbreitung bei großen Lastabständen vom Auflager zu unsicheren Ergebnissen führen. Alternativ kann die Verteilung der Querkraft mit einer linear-elastischen Finite-Elemente-Berechnung bestimmt werden, deren Ergebnisse allerdings in Abhängigkeit der gewählten Lagerungsbedingungen und Modellierungseinstellungen erheblich variieren. Zur Herleitung von verbesserten Ansätzen für die Querkraftbemessung von einachsig gespannten Platten unter Einzellasten wurden systematische experimentelle und theoretische Untersuchungen zur mitwirkenden Plattenbreite durchgeführt. Das Versuchsprogramm umfasste Querkraftversuche an Stahlbetonplatten ohne Querkraftbewehrung mit Plattendicken von 0,22 m und 0,28 m und Plattenbreiten zwischen 0,3 m und 3,5 m. Während die schmalen Plattenstreifen über ihre gesamte Breite zum Lastabtrag aktiviert wurden, war die mitwirkende Breite bei den 3,5 m breiten Platten bis auf wenige Ausnahmen mit 2 bis 3 m kleiner als die vorhandene Breite und zudem anders als nach den bestehenden Ansätzen unabhängig vom Lastabstand. Die Einflüsse auf die mitwirkende Plattenbreite wurden zudem anhand umfangreicher Parameterstudien mit nichtlinearen und linear-elastischen Finite-Elemente-Berechnungen sowie der Auswertung einer Querkraftdatenbank mit insgesamt 560 Versuchen an einachsig gespannten Platten(streifen) untersucht. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wurde ein praxistauglicher Ansatz für die mitwirkende Breite abgeleitet, der in die Neufassung von Heft 240 des DAfStb einfließen soll. Ein weiterer wesentlicher Untersuchungsparameter war der Einfluss der Schubschlankheit in Abhängigkeit des statischen Systems (Einfeld- oder Durchlaufträger, Kragarm). Zur Berücksichtigung der größeren Tragfähigkeit bei Systemen mit Durchlaufwirkung und geringen Lastabständen wurde eine Modifikation des β-Faktors zur Abminderung auflagernaher Einzellasten in Abhängigkeit der Lage des Momentennulldurchgangs vorgeschlagen, der in die Beratungen zur Neufassung von Eurocode 2 eingebracht wurde. Zudem wurde der Einfluss einer geneigten Biegedruckkraft bei gevouteten Bauteilen auf die Querkrafttragfähigkeit quantifiziert. Die Validierung anhand der Datenbanken und eigener Versuche belegt, dass mit den eigenen Ansätzen in Verbindung mit bestehenden Ansätzen für die Querkraft die Tragfähigkeit von Platten unter Einzellasten zutreffend beschrieben werden kann. Die verbesserten Ansätze liefern damit einen wichtigen Beitrag sowohl zu einer realistischen Bewertung von Platten unter Einzellasten im Bestand, wie beispielsweise Brückenfahrbahnplatten unter Radlasten, als auch zu einer sicheren und wirtschaftlichen Querkraftbemessung im Neubau.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Database of shear tests on RC slabs without shear reinforcement under concentrated loads – assessment of design rules according to Eurocode 2. 16th European Bridge Conference, Edinburgh, Schottland, 2015, ISBN: 0-947664-78-4
Reissen, K.; Hegger, J.
- Experimental investigations on the shear capacity of RC cantilever bridge deck slabs under concentrated loads – Influences of moment-shear ratio and an inclined compression zone. 16th European Bridge Conference, Edinburgh, Schottland, 2015, ISBN: 0-947664-78-4
Reissen, K.; Hegger, J.
- Experimental investigations on the shear capacity of RC slabs under concentrated loads – Influence of degree of restraint and moment-shear ratio. fib Symposium, Kopenhagen, Dänemark, 2015
Reissen, K.; Hegger, J.
- Experimental investigations on the effective width for shear. IABMAS 2016, Foz do Iguacu, Brasilien, 2016
Reissen, K.; Hegger, J.
- Querkrafttragfähigkeit von einachsig gespannten Stahlbetonplatten ohne Querkraftbewehrung unter Einzellasten – Versuchsdokumentation. IMB-Bericht 380/2016, Institut für Massivbau, RWTH Aachen, 2016
Hegger, J.; Reißen, K.
- Querkrafttragfähigkeit von Fahrbahnplatten unter Radlasten. 2. Brückenkolloquium 2016, Technische Akademie Esslingen, Ostfildern, 2016
Reißen, K.; Hegger, J.
- Zum Querkrafttragverhalten von einachsig gespannten Stahlbetonplatten ohne Querkraftbewehrung unter Einzellasten. Dissertation, Institut für Massivbau, RWTH Aachen, 2016
Reißen, K.
