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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch bietet in sehr kompakter Form den Stoffumfang für den Stahlbetonbau und Spannbetonbau. Die Grundlage sind die Normen DIN 1045. Auf mögliche Abweichungen in den kommenden europäischen Normen wird nur kurz hingewiesen, dazu ist von den Autoren ein weiteres Werk verfügbar. Die zweite Auflage wurde durchgesehen und korrigiert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Stahlbetonbau

1. Verbundbaustoff Stahlbeton

Zusammenfassung
Stahlbeton ist ein Verbundbaustoff, der aus Beton und darin eingebetteten Stahleinlagen, der Bewehrung, besteht. Beide Bestandteile tragen, ihren unterschiedlichen Materialeigenschaften entsprechend, zur Aufnahme der auf eine Stahlbetonkonstruktion einwirkenden Belastungen bei. Der im Vergleich zum Stahl spröde Beton hat eine hohe Druckfestigkeit, reißt aber schon bei niedrigen Zugspannungen auf. Deshalb werden dem Beton Druckkräfte zugewiesen, der Bewehrung dagegen vornehmlich Zugkräfte. Die Überleitung von Kräften aus dem Beton in die Bewehrung und umgekehrt geschieht durch den zwischen beiden wirksamen Verbund.
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

2. Bauelemente und Tragverhalten

Zusammenfassung
Kennzeichnend für den Baustoff Stahlbeton sind zwei Besonderheiten; seine Anpassungsfähigkeit in der Formgebung an die unterschiedlichsten, aus der Nutzung oder Belastung eines Bauwerks sich ergebenden Anforderungen und der monolithische Zusammenhang von Stahlbetonkonstruktionen, besonders bei der Herstellung in Ortbetonbauweise. Zur Schnittgrößenermittlung und Bemessung ist es aber, um den Rechenaufwand in vertretbaren Grenzen zu halten, notwendig, ein solches monolithisches Bauwerk in einzelne Tragelemente zu unterteilen (Bild 2-1). Wie auch bei Bauten aus anderen Baustoffen wird unterschieden zwischen Stab- und Flächentragwerken. Stabtragwerke sind Balken, Stützen, Rahmen- und Bogenkonstruktionen, Flächentragwerke Platten, Scheiben, Faltwerke und Schalen.
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

3. Bemessung für Biegung und Normalkraft

Zusammenfassung
Bei der Bemessung werden die Betonabmessungen und Bewehrungsquerschnitte in den maßgebenden Schnitten eines Tragwerks so festgelegt, daß zwischen der Gebrauchslast und der Tragfähigkeit im Bruchzustand ein ausreichender Sicherheitsabstand vorhanden ist. Der für homogene Baustoffe gebräuchliche Nachweis mit zulässigen Spannungen ist beim Stahlbeton, der unter steigender Belastung eine nichtlineare Spannungszunahme aufweist, nicht anwendbar. Da das Superpositionsgesetz ungültig ist, muß die Bemessung immer von den ungünstigsten Kombinationen der Schnittgrößen M und N ausgehen.
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

4. Bemessung für Querkraft

Zusammenfassung
Das Tragverhalten eines Stahlbetonbalkens unter Querkraftbeanspruchung kann, wie schon in 2.1 ausgeführt, mit einem Fachwerkmodell erklärt werden (Bild 4-1). Die Biegedruckzone und die Zugbewehrung bilden die Gurte, die zwischen den Schubrissen verbleibenden Betonstäbe dienen als Druckstreben und die Stäbe der Schubbewehrung als Zugstreben.
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

5. Bemessung für Torsion

Zusammenfassung
Bei torsionsbeanspruchten Bauteilen aus Stahlbeton ist zu unterscheiden, ob die Torsionsmomente notwendig sind, um das Gleichgewicht herzustellen, oder ob sie lediglich aus der monolithischen Verbindung mit anderen Bauteilen herrühren.
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

6. Bemessung schlanker Druckglieder

Zusammenfassung
Während bei überwiegend auf Biegung beanspruchten Tragwerken die Ermittlung der Schnittgrößen am unverformten System ausreichend genaue Ergebnisse liefert, gewinnt bei Vorhandensein großer Normalkräfte der Einfluß der Verformungen an Bedeutung. Wie Bild 6-1 zeigt, folgt aus der Berechnung am verformten System, d.h. nach der Theorie II. Ordnung, bei Längszugkräften eine Verkleinerung und bei Druckkräften eine Vergrößerung der gleichzeitig wirksamen Biegemomente.
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

7. Nachweise unter Gebrauchslast

Zusammenfassung
Neben ausreichender Tragfähigkeit ist für Stahlbetonkonstruktionen einwandfreies Verhalten unter Gebrauchslast nachzuweisen, weil zu große Verformungen oder Risse die Gebrauchsfähigkeit und Dauerhaftigkeit beeinträchtigen können.
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

Spannbeton

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung
Der Gedanke, durch Vordehnen von Zuggliedern vor oder nach dem Erhärten des Betons die Rissebildung weitestgehend zu vermeiden, ist nahezu so alt wie die Erfindung des Stahlbetons [1,2]. Bereits 1886 ließ sich Jackson in San Francisco das Anspannen von Stahlstäben mittels Gewindemuttern zur Aufnahme des Horizontalschubs von Gewölben patentieren, um so die Zugbeanspruchung zu kompensieren. Doehring aus Berlin schlug 1888 vor, in Betondielen einzubettende Drähte vor dem Betonieren mit einer Spannvorrichtung zu dehnen und nach dem Erhärten abzuschneiden. Diese beiden Grundgedanken der Vorspannung ohne Verbund sowie der Spannbettvorspannung konnten sich jedoch damals noch nicht durchsetzen, da die geringe mögliche Vordehnung der Stähle durch das Schwinden und Kriechen des Betons im Laufe der Zeit weitgehend aufgezehrt wurde (vgl. auch 3.3).
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

2. Die Erzeugung der Vorspannung

Zusammenfassung
Die Spannbettvorspannung, auch Vorspannung mit sofortigem Verbund oder Vorspannung vor dem Erhärten des Betons genannt, eignet sich hauptsächlich zur Herstellung von Fertigteilen, z. B. Balken, Plattenbalken (auch sogenannten TT-Platten), Dachplatten, Eisenbahnschwellen aber auch mit ortsgebundenen Spannbetten bis zu 4 km Länge für Startbahnen oder Straßen. Bereits 1919 wurden in Böhmen „Wettstein-Bretter“, mit Klaviersaiten vorgespannte etwa 4 cm dicke Betondielen, als Ersatz für Holzbretter hergestellt.
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

3. Der Gebrauchszustand

Zusammenfassung
Aus Gründen der Übersichtlichkeit soll der Eigenspannungszustand Vorspannung getrennt von der Eigenlast behandelt werden (vgl. 2.1).
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

4. Die Beschränkung der Rißbreite

Zusammenfassung
Wie bereits in 1.2 festgestellt, verhindert die Begrenzung der Betonzugspannungen nicht zuverlässig das Auftreten von Rissen. Bei dynamisch beanspruchten Bauwerken führen diese zu ständigen Spannungsschwankungen der Spannbewehrung (Bild 1–3), die insbesondere bei ungünstigen Umweltbedingungen auch zum Reißen der Spannstähle und somit zu weiteren Schäden bis hin zum Einsturz führen können (vgl. 3.2.3 und [26, 168]). Während bei Stahlbetontragwerken eine dauerhafte Passivierung des Betonstahls nicht erforderlich ist, muß bei der empfindlichen Spannbewehrung eine Depassivierung während der gesamten Lebensdauer vermieden werden. Nach [111] ist dafür außer einer Betondeckung der ordnungsgemäß verpreßten Hüllrohre von mehr als 5 cm zusätzlich eine rechnerische Rißbreite unter 0,2 mm erforderlich. Im EC 2 wird für die nicht in Hüllrohren liegenden Spannstähle der Spannbettvorspannung bereits bei feuchter Lagerung (z.B. im Freien) eine Anordnung von 2,5 cm innerhalb des überdrückten Bereichs gefordert (vgl. [34]).
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

5. Der rechnerische Bruchzustand

Zusammenfassung
Während die Nachweise im Gebrauchszustand und die Beschränkung der Rißbreite vor allem die Gebrauchsfähigkeit und Dauerhaftigkeit sichern sollen, muß bei vorgespannten Bauteilen wie im Stahlbeton selbstverständlich auch der Grenzzustand der Tragfähigkeit untersucht werden (vgl. 1.2). Die Beanspruchungen in diesem „rechnerischen Bruchzustand“ werden nach derzeit gültigen deutschen Spannbetonvorschriften mit Schnittgrößen ermittelt, die sich aus den um globale Sicherheitsbeiwerte γ erhöhten Werten des Gebrauchszustandes ergeben. Diese Berechnungsweise ist bei statisch bestimmten Systemen richtig, bei statisch unbestimmten dagegen zumindest ungenau, wenn nicht sogar falsch (vgl. auch 3.2.3 und [2,3,6, 122]). Deshalb darf nach DIN 4227 Teil 1, 11.1 (dgl. Teil 2 und Teil 6) wenigstens die Schnittkraftumlagerung infolge der veränderten Steifigkeiten durch die Rißbildung erfaßt werden. Dann sind aber die Zwangbeanspruchungen aus Systemschwinden, Temperatur und Baugrundbewegungen mit dem gleichen Sicherheitsbeiwert zu vergrößern wie die Nutzlasten (γ = 1,75).
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

6. Der Verbund zwischen Spannglied und Beton

Zusammenfassung
Die Verbund- oder Haftspannung τ1 ergibt sich aus der Bedingung, daß die Änderung der Vorspannkraft ΔZv in Δ x durch τ1uvΔ x aufgenommen werden muß (Bild 6-1):
$$ u _1 = \frac{{\Delta Z_v }} {{u_v \Delta x}} = \frac{{A_v }} {{u_v }}\frac{{\Delta gma _v }} {{\Delta x}}.$$
(6-1)
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

7. Die Einleitung der Vorspannkräfte

Zusammenfassung
Bei den einzuleitenden großen Vorspannkräften, in Deutschland sind derzeit Einzelspannglieder bis etwa 3,0MN zugelassen, können erhebliche Zugspannungen insbesondere quer zur Trägerlängsachse auftreten. Die hier für die vertikale Richtung ermittelten Zugkräfte, die die senkrechten Bügelschenkel liefern, gelten auch für die horizontale Richtung (waagerechte Bügel); so z.B. beim mehrstegigen Plattenbalken durch Krafteinleitung der konzentrierten Stegvorspannung in den Flansch (mitwirkende Plattenbreite) [9, 22].
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

8. Einige Konstruktionshinweise

Zusammenfassung
Die Hüllrohre der Spannglieder mit nachträglichem Verbund müssen so im Querschnitt angeordnet werden, daß ein einwandfreies Einbringen und Verdichten des Betons möglich ist und bei Krümmungen die Umlenkkräfte nicht zu Spaltrissen führen. Nach DIN 4227 Teil 1, 6.2 sollte daher deren lichter Abstand das 0,8fache des Hüllrohr-Innendurchmessers d h oder 2,5 cm und die Betondeckung 4,0 cm (bzw. 0,6 d h) nicht unterschreiten (vgl. aber DIN 4227 Teil 6, 6.2). Bei Brücken und vergleichbaren Bauwerken muß nach ZTV-K88 die obere Betondeckung der Hüllrohre in der Fahrbahnplatte mindestens 10 cm für die Längsspannglieder und 8 cm für die Querspannglieder betragen. Bei vielen neben- und übereinanderliegenden Spanngliedern sind Rüttelgassen von mindestens 10 bis 12 cm Weite (je nach Verdichtungsgeräten und evtl. Schüttrohren) offen zu lassen (Bild 8-1a).
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

Anwendungen des Stahl- und Spannbetons

Frontmatter

1. Bewehren von Stahlbetonbauwerken

Zusammenfassung
Beton ist wegen seiner nahezu beliebigen Gestaltungsmöglichkeiten, Dauerhaftigkeit und Wirtschaftlichkeit heute der bevorzugte Baustoff [1, 201, 303]. Fachgerecht ausgeführte Stahlbetonbauwerke können erfahrungsgemäß der Witterung auch ohne konservierende Maßnahmen auf Dauer widerstehen [2, 3, 202].
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

2. Stahlbetonbauteile

Zusammenfassung
Hier werden unbewehrte und bewehrte Betonbauteile behandelt, die durch Druck- oder Zugkräfte beansprucht sind und bei denen nur geringe Biegemomente auftreten. Hinsichtlich ihrer Bemessung wird auf Teil I, bezüglich der konstruktiven Durchbildung auf [4c, 5b, 6, 206, 207] verwiesen.
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

3. Anwendungen des Stahl- und Spannbetons im Hoch- und Industriebau

Zusammenfassung
Erst seit Ende des 19. Jahrhunderts verwendet man im Bauwesen Stahlbeton [301, 302]. Wegen seiner beliebigen Formbarkeit, hohen Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit bei relativ geringem Erhaltungsaufwand, seiner großen Widerstandsfähigkeit gegen Feuer, mechanische Angriffe und Witterungseinflüsse sowie aus wirtschaftlichen Gründen fand dieser Baustoff schnell weite Verbreitung [39–41, 302]. Heute werden in allen Bereichen des Bauwesens die tragenden Konstruktionen vorwiegend aus Stahlbeton erstellt [42–45, 303].
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

4. Brücken aus Stahl- und Spannbeton

Zusammenfassung
Die ersten Brücken aus Beton im heutigen Sinne entstanden am Ende des 19. Jahrhunderts. Nach dem Vorbild bewährter Mauerwerksgewölbe waren es zunächst Bogenbrücken, mit denen schon um die Jahrhundertwende Spannweiten bis zu 100 m erreicht worden sind [101–108,401,402]. Zur Zeit beträgt der Spannweitenrekord bei Bogenbrücken 390 m [403] und bei seilabgespannten Konstruktionen sogar 440 m [105]. Jedoch scheinen mit Seilabspannungen und bei Verwendung von Stahlleichtbeton derzeit auch Stützweiten über 600 m wirtschaftlich realisierbar [4f, 404–406].
Klaus-Wolfgang Bieger, Jürgen Lierse, Jürgen Roth

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