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2010 | Buch

Bemessung im konstruktiven Betonbau

Nach DIN 1045-1 (Fassung 2008) und EN 1992-1-1 (Eurocode 2)

verfasst von: Konrad Zilch, Gerhard Zehetmaier

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

Die erweiterte Neuauflage bietet eine umfassende Einführung in die Grundlagen der Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken. Vermittelt wird aktuelles Wissen durch den Bezug auf DIN 1045-1 der Fassung 2008 sowie die zukünftige europäisch einheitliche Betonbaunorm EN 1992-1-1 (EUROCODE 2) – ergänzt um die nationalen Anwendungsregeln Deutschlands und Österreichs.

Die Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit für Biegung und Längskraft, Querkraft und Torsion wird durch eine Einführung in Stabwerkmodelle, die Bemessung von Schubfugen und die Nachweise gegen Durchstanzen sowie gegen Ermüdung als Folge wiederkehrender Betriebsbelastungen komplettiert. Erläuterungen zur Sicherheitstheorie, zu Werkstoffkennwerten, zur Schnittgrößenermittlung sowie den Grundlagen des Bewehrens ergänzen das Werk.

Leicht nachvollziehbare Beispiele und eine Sammlung von Bemessungshilfsmitteln vervollständigen das Buch, das eine solide Basis für das Studium und ein fundiertes Nachschlagewerk für die tägliche Praxis der Bemessung im konstruktiven Betonbau bildet.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Betonbauteile - Grundlagen, Tragverhalten
Zusammenfassung
Betonbauwerke sind heute in vielfältigster Gestalt Elemente unseres täglichen Lebens. Zwar verfügten bereits römische Baumeister vor zwei Jahrtausenden über grundlegende Kenntnisse zur Herstellung von Beton, aber erst Mitte des 19. Jahrhunderts wurde durch das Einlegen von stählernen Bewehrungselementen der entscheidende Schritt hin zum Verbundbaustoff Stahlbeton moderner Prägung getan. Im Vergleichmit anderen Baustoffen kommt dem Konstruktionsbeton – ein Begriff, der sowohl Stahlbeton als auch Spannbeton umfasst – angesichts der vielen Vorteile eine dominierende Stellung im Bauwesen zu. Das Verständnis derWirkungsweise des Verbundbaustoffs ist allerdings von zentraler Bedeutung für die Bemessung und Konstruktion von technisch und ästhetisch anspruchsvollen und zugleich ökonomischen Bauwerken.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 2. Konzepte und Grundlagen der Nachweise
Zusammenfassung
Bei baulichen Anlagen werden allgemein hohe Anforderungen an Sicherheit bzw. Zuverlässigkeit und Gebrauchsfähigkeit gestellt. Dem Ingenieur wird die Aufgabe übertragen, im Rahmen von Entwurf und Tragwerksplanung ebenso wie bei der Bauausführung und der Instandhaltung während der Nutzungsdauer des Bauwerks das geforderte Zuverlässigkeitsniveau durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen und aufrecht zu erhalten. Hierfürwerden Rahmenbedingungen definiert und Werkzeuge zur Verfügung gestellt, die weitestgehend unabhängig von der Bauart sein müssen, um bauartübergreifend ein gleichmäßiges Zuverlässigkeitsniveau zu gewährleisten.Ausgangspunkt der Sicherheitsüberlegungen bzw. der Formulierung von Nachweiskonzepten sind die an bauliche Anlagen gestellten Anforderungen.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 3. Werkstoffkennwerte und Verbundverhalten
Zusammenfassung
Im Rahmen dieses Bandes werden die Eigenschaften des Betons nur insoweit behandelt, als sie für die Bemessung relevant werden. Für baustofftechnologische Gesichtspunkte wird auf Fachliteratur verwiesen.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 4. Kraftfluss in Stahlbetonbauteilen - Stabwerkmodelle
Zusammenfassung
Kraftfluss bezeichnet anschaulich den Weg von Kräften auf Lastpfaden ausgehend vom Punkt der Lasteinleitung durch das Tragwerk hindurch bis zu den Auflagern. Die Ähnlichkeit mit Partikelströmungen von deren Quelle bis zur Mündung legt den Begriff Fluss nahe. In bewehrten Betonbauteilen können durch Rissbildung erhebliche Umlagerungen der inneren Kräfte – gleichbedeutend mit einer Verlagerung des Kraftflusses – eintreten. Der wesentliche Unterschied zwischen homogen-elastischen Bauteilen und gerissenem Stahlbeton liegt in der Tatsache, dass bei letzterem der Kraftfluss durch die Anordnung der Bewehrung gezielt beeinflusst werden kann. Dies bietet große Freiheiten bei Bemessung und Konstruktion.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 5. Grundlagen der Berechnung von Spannbetonbauteilen
Zusammenfassung
In Kap. 1 wurde bereits der Grundgedanke der Vorspannung erläutert: Durch Vorspannen werden im Beton Druckspannungen erzeugt, die den aus Lasten und Zwängen hervorgerufenen Zugspannungen entgegenwirken und damit die Rissbildung im Gebrauchszustand des Bauteils verzögern oder weitgehend vermeiden. Die Bemessung vorgespannter Bauteile erfordert zunächst die Kenntnis der Schnittgrößen und Spannungen aus Vorspannung. Da die Vorspannkraft weder in jedem Querschnitt noch über die Nutzungsdauer eines Bauteils konstant sind, müssen sog. Spannkraftverluste bestimmt und in der Bemessung berücksichtigt werden. Über die hier gerafft wiedergegebenen Grundlagen des Spannbetonbaus hinaus enthalten u. a. Leonhardt (1973) oder Rombach (2003) einen umfassenden Überblick über Verfahren, Berechnungsmethoden und Anwendungen des Spannbetons. Verschiedene Spannverfahren werden ebenfalls in Kollegger u. a. (2004) beschrieben; weitere Grundlagen der Berechnung von Spannbetontragwerken – finden sich in Zerna u. Stangenberg (1987); Kupfer (1994); Mehlhorn (1998). Einen Einblick in die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten des Spannbetons geben Kupfer u. Hochreither (1993) sowie Wicke u. Maier (2002).
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 6. Biegung und Längskraft
Zusammenfassung
Die im Folgenden für den Grenzzustand der Tragfähigkeit vorgestellten Verfahren zur Bemessung für Beanspruchungen aus Biegemomenten und Längskräften gelten nur, soweit die grundlegende Annahme der technischen Biegetheorie – das Ebenbleiben der Querschnitte bei Verformungen (Hypothese von Bernoulli) bei gleichzeitiger Vernachlässigung von Schubverformungen – zutrifft.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 7. Querkraft
Zusammenfassung
Querkräfte treten stets dann auf, wenn Biegemomente entlang eines Stabes veränderlich sind.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 8. Torsion
Zusammenfassung
Torsionsbeanspruchungen entstehen, wenn die Wirkungslinie von Kräften nicht durch den Schubmittelpunkt, d. h. die Drillachse des Querschnitts verläuft. Torsion alleine, ohne die gleichzeitige Wirkung von Biegemomenten, Normal- und Querkräften, tritt in der Baupraxis selten auf. Die Bemessung für kombinierte Beanspruchungenwirft allerdings erhebliche Probleme auf und ist näherungsweise nur durch die abstrahierte Betrachtung mit Stabwerkmodellen oder Spannungsfeldern möglich.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 9. Durchstanzen
Zusammenfassung
Bei der unmittelbaren Auflagerung von Platten auf Stützen – z.B. bei Flachdecken – entsteht in der Platte als Folge der konzentrierten Einleitung von Auflagerkräften ein gleichzeitig durch negative Biegemomente und Querkräfte räumlich hochbeanspruchter Bereich. Werden die Querkräfte zu groß, dringt die Stütze durch die Platte hindurch und stanzt einen kegelstumpfförmigen Bereiche der Platte heraus. Im Unterschied zu einem Biegeversagen zählt das Durchstanzen insbesondere bei Platten ohne spezielle Durchstanzbewehrung zu den spröden Versagensarten; der Bruch tritt bei Erreichen der Durchstanzlast schlagartig und ohne deutliche Vorankündigung ein. Insofern bestehen zwischen dem Durchstanzen und dem Querkraftversagen von unbewehrten Trägerstegen deutliche Gemeinsamkeiten.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 10. Spannungen und Verformungen auf Gebrauchslastniveau
Zusammenfassung
Neben der Sicherstellung der Tragfähigkeit – in den vorangegangenen Kap. 6–9 behandelt – erfordert die Bemessung von Bauteilen auch die Gewährleistung von Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit (vgl. Kap. 2). Die Nachweise in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit (GZG) erfassen das Verhalten unter Gebrauchsbedingungen, d. h. unter den real auftretenden Einwirkungen während der Nutzung. Da die Gebrauchstauglichkeit über die gesamte Lebensdauer des Tragwerks sichergestellt werden muss, stellen die Auswirkungen des Kriechens und Schwindens von Beton einen wesentlichen Aspekt der Spannungs- und Verformungsberechnungen dar.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 11. Nachweise in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit
Zusammenfassung
Mit den Nachweisen in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit (GZG) wird die bestimmungsgemäße Funktion des Tragwerks bzw. seiner Teile sichergestellt. Im Unterschied zu den GZT können die Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeitwährend der Lebensdauer eines Bauwerks mehrmals eintreten. Die zu akzeptierende Auftretenshäufigkeit wird durch die Einwirkungskombination des GZG, die dem Nachweis zugrunde gelegt wird, gesteuert. Sie ist in starkem Maß davon abhängig, ob der jeweilige Grenzzustand irreversible oder die Dauerhaftigkeit einschränkende Auswirkungen nach sich zieht (s. Abschn. 2.1 und 2.2.5).
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 12. Nachweise gegen Ermüdung
Zusammenfassung
Baustoffe wie Betonstahl oder Spannstahl ebenso wie Beton erfahren durch wiederkehrende Belastungen, selbst wenn diese weit unter der statischen Festigkeit der Materialien liegen, Schädigungen des Materialgefüges. Bei ausreichend oft wiederholten Belastungen kann die fortschreitende Schädigung zu einem Ermüdungsversagen des Werkstoffes führen. In den vergangenen Jahren wurden an einigen zyklisch beanspruchten Stahlbeton- oder Spannbetonbauten – neben Verkehrsbauten unter anderem auch Maschinenfundamente und Kranbahnen – Schäden festgestellt, die mittelbar oder unmittelbar auf Materialermüdung zurückzuführen sind. Eine Auswahl veröffentlichter Schäden ist z.B. in CEB (1988) dargestellt.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 13. Statisch unbestimmte Systeme
Zusammenfassung
Im Unterschied zu statisch bestimmt gelagerten Systemen können die Schnittgrößen in statisch unbestimmten Stabtragwerken nicht mehr allein aus Gleichgewichtsbedingungen berechnet werden; erst durch die Einführung von Verträglichkeitsbedingungen der Verformungen wird eine Schnittgrößenermittlung möglich. Die Schnittgrößenverteilung wird damit durch das nichtlineare Tragverhalten von Stahlbetonbauteilen beeinflusst. Gleichzeitig können bei statisch unbestimmten Systemen eingeprägte Verformungen (Zwang) zu erheblichen Beanspruchungen führen.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 14. Dauerhaftigkeit
Zusammenfassung
Die Gewährleistung der Dauerhaftigkeit bedeutet, dass die für den Erhalt von Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit erforderlichen Eigenschaften während der Nutzungsdauer mit dem üblichen Wartungsaufwand aufrecht erhalten werden. Die auf das Tragwerk oder Bauteil einwirkenden, chemischen oder physikalischen Umwelteinflüsse dürfen damit auch langfristig keine nachteiligen Auswirkungen auf die geplanten und vereinbarten Eigenschaften nach sich ziehen. Die Dauerhaftigkeit ist eine fundamentale Anforderung an Tragwerke, deren Sicherstellung damit gleichrangig neben der Bemessung in den Grenzzuständen steht.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Kapitel 15. Grundlagen des Bewehrens von Stahlbetonbauteilen
Zusammenfassung
Die konstruktive Durchbildung von Bauteilen, das „Bewehren“ ist ein fundamentaler Bestandteil der Bemessung von Betonbauteilen und damit Aufgabe des Tragwerksplaners.
K. Zilch, Gerhard Zehetmaier
Backmatter
Metadaten
Titel
Bemessung im konstruktiven Betonbau
verfasst von
Konrad Zilch
Gerhard Zehetmaier
Copyright-Jahr
2010
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-540-70638-0
Print ISBN
978-3-540-70637-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-540-70638-0