Ermüdung von profilierten Spannbetonträgern mit Bügelbewehrung unter Querkraftbeanspruchung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zur Untersuchung der zyklischen Querkrafttragfähigkeit von Spannbetonträgern mit mittleren und hohen Querkraftbewehrungsgraden wurden experimentelle und theoretische Untersuchungen am Institut für Massivbau der RWTH Aachen durchgeführt. Neben der Ermittlung der Bruchlastspielzahl in Abhängigkeit von Belastungsniveau und Amplitude waren die Umlagerungen der inneren Kräfte und das Ankündigungsverhalten vor Versagen die wesentlichen Untersuchungsaspekte. Die zyklische Belastung der Spannbetonträger mit Querkraftbewehrung führte zu einem sukzessiven Versagen der Querkraftbewehrung mit gleichzeitiger Umlagerung der Querkräfte, Zunahme der Verformungen und Rissbreiten. Durch den Ausfall einzelner Bügel erhöhte sich jeweils sprunghaft die Beanspruchung der benachbarten Bügel. Mit fortschreitendem Versagen der Bügelbewehrung war zu beobachten, dass sich die Fachwerktragwirkung verringert und ein erhöhter Anteil der Querkraft durch eine direkte Druckstrebe abgetragen wird. Auch bei fortgeschrittener zyklischer Belastung war eine Kraftübertragung über die Rissfläche möglich. Der Umlagerungsprozess nach erneuten Bügelbrüchen setzte sich fort, bis der maßgebende Schubriss in den Obergurt hineinwuchs und ein Querkraftversagen auslöste. Aufgrund der zahlreichen Schubrisse und der Verformungszunahme war eine ausgeprägte Versagensankündigung zu beobachten. Die Entwicklung der Durchbiegungen lässt die für Ermüdungsversuche typische S-förmige Schädigungskurve erkennen. Der Ansatz nach Eurocode 2 zur Bestimmung der Spannungsschwingbreite der Bügelbewehrung überschätzt die experimentell ermittelten Spannungsschwingbreiten. Hierdurch wird die Bruchlastspielzahl der Bügelbewehrung unabhängig vom untersuchten Querkraftbewehrungsgrad bzw. Trägerquerschnitt unterschätzt. Auf Basis der durchgeführten Auswertungen und der im Versuch ermittelten Druckstrebenwinkel wird für Spannbetonträger mit I- und T-Querschnitt mit Querkraftbewehrungsraden bis zu ρw = 1,0 % vorgeschlagen, den Druckstrebenwinkel der statischen Querkraftbemessung nach Eurocode 2 ebenfalls im Ermüdungsnachweis der Bügelbewehrung anzusetzen. Der modifizierte Ansatz beschreibt die Bruchlastspielzahl der Bügelbewehrung unter zyklischer Beanspruchung deutlich besser.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2021) Shear fatigue of prestressed I‐beams with shear reinforcement. Struct Concrete (Structural Concrete) 22 (2) 1085–1099
Hillebrand, Matthias; Teworte, Frederik; Hegger, Josef
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/suco.202000187) - Fatigue of Prestressed Concrete Beams with Shear Reinforcement - Experimental Investigations and Assembly of a Database. In: 12th Japanese German Bridge Symposium, 04.‒07. September 2018, München, Deutschland
Hillebrand, M.; Adam, V.; Knorrek, C.; Hegger, J.
- Querkraftermüdungsversuche an doppeltprofilierten Spannbetonträgern unter zyklischer Belastung. In: Krieger, J.; Isecke, B. (Hrsg.): 3. Brückenkolloquium „Beurteilung, Ertüchtigung und Instandsetzung von Brücken“, 19.‒20. Juni 2018, Esslingen, Deutschland, S. 63‒70
Hillebrand, M.; Hegger, J.; Teworte, F.
- Shear fatigue of prestressed concrete beams. In: Fédération internationale du béton (Hrsg.): fib Bulletin No. 85 - Towards a rational understanding of shear in beams and slabs. 2018, S.239-253
Teworte, F.; Hegger, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.35789/fib.BULL.0085.Ch15) - Ermüdungsversuche an profilierten Spannbetonträgern unter Querkraftbeanspruchung. In: Beton- und Stahlbetonbau 114, Heft 8, 2019, S. 565‒574
Hillebrand, M.; Hegger, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/best.201900016) - Fatigue of Shear Reinforcement in Prestressed Concrete I- and T-Beams under Cyclic Loading. In: Derkowski, W.; Gwozdziewicz, P.; Hojdys, L.; Krajewski, P.; Pantak, M. (Hrsg.): fib Symposium 2019 "Innovations in Materials, Design and Structures", 27.‒29. Mai 2019, Krakau, Polen, S. 1819‒1826
Hillebrand, M.; Adam, V.; Classen, M.; Hegger, J.
- Ermüdung von profilierten Spannbetonträgern mit Bügelbewehrung unter Querkraftbeanspruchung - IMB Institutsbericht-Nr. 432/2020. Lehrstuhl und Institut für Massivbau der RWTH Aachen, 2020
Hegger, J.; Hillebrand, M.
- Fatigue testing of shear reinforcement in prestressed concrete T-beams of bridges. In: applied sciences, 10, 5560, 2020
Hillebrand, M.; Hegger, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/app10165560)
