Modellierung biegeweicher Stützenfüsse im Stahl- und Verbundbau als integriertes System von Tragwerk und Fundament
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Für eine sichere und wirtschaftliche Bemessung von Tragwerken wie z. B. verschiebungsempfindlichen Rahmensystemen spielt die wirklichkeitsnahe Modellierung von Stützenfüßen eine entscheidende Rolle. Bisherige Bemessungsmodelle in den Fachbereichen Befestigungstechnik sowie Stahl- und Verbundbau gehen entweder von einer gelenkigen oder starren Verbindung aus, was jeweils zu einer Unterbemessung der Knoten bzw. des Tragwerks führen kann. Auch werden die Ankerplattensteifigkeit sowie der Einfluss einer Mörtelschicht in beiden Fachbereichen unterschiedlich bewertet und daher in den bisher vorhandenen Bemessungsmodellen sehr unterschiedlich berücksichtigt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens konnte an Stützenfüßen mit einbetonierten Kopfbolzen bzw. nachträglich montierten Hinterschnittanker und Mörtelschicht ein einheitliches Bemessungsmodell auf Grundlage der Komponentenmethode entwickelt werden, das gegenüber bisherigen Untersuchungen die Modellierung von duktilen (Stahlversagen Dübel, Plastizieren der Ankerplatte) als auch spröden Versagensarten (Betonausbruch, rückwärtiger Betonausbruch) erlaubt. So wird der Einfluss der Ankerplattensteifigkeit durch modifizierte Anwendungsregeln des Stahl- und Verbundbaus (DIN EN 1993-1-8 (2005)) und der Einfluss der Befestigungsmittel durch angepasste Anwendungsregeln der Befestigungstechnik (ETAG 001 (2006), prCEN/TS 1992-4-2 (2007) in einem gemeinsamen Modell berücksichtigt. Das Komponentenmodell und die entwickelte Vorgehensweise erlauben eine einfache Erweiterung auf verschiedenste Arten von Befestigungen und Ankerplattenkonstruktionen. Der Einfluss der Mörtelschicht auf die Tragfähigkeit der Befestigungsmittel konnte im Rahmen experimenteller und numerischer Untersuchungen erfasst und über die Beschränkung der maximal zulässigen Verformbarkeit des Stützenfußes über einen Abminderungsbeiwert ψG beschrieben werden, so dass für diese Anschlüsse eine sichere und wirtschaftliche Bemessung ermöglicht wird. Durch die Einbettung der vorgeschlagenen Bemessungsansätze in bestehende Bemessungskonzepte der Befestigungstechnik und des Stahlund Verbundbaus und durch nachfolgend genannte zusätzliche Untersuchungen, die die teilweise offenen Punkte angehen, soll eine Umsetzung des Bemessungsmodells im jeweiligen Fachbereich erfolgen. So wird der Anschluss unter Berücksichtigung der in Eligehausen et al (2008) beschriebenen angepassten Steifigkeitskoeffizienten kimod für die Berechnung der Anschlusssteifigkeit und dem Abminderungsbeiwert ψG für die Querkrafttragfähigkeit bei Verwendung einer Mörtelschicht modelliert. Um das erweiterte Komponentenverfahren in der in die Praxis zu implementieren sind noch folgende Punkte durch weitergehende Untersuchungen zu lösen: − Weg-Kraft-Beziehung und Verhalten weiterer gängiger Befestigungsmittel − Einfluss der Rückhängebewehrung − Einfluss der Randabstände − Einfluss des gerissenen Betons Auch sollten die gewonnenen Erkenntnisse in eine plastische Bemessung des Tragwerks eingebunden werden, um so unter Berücksichtigung der Streuungen von Material und Geometrie Kriterien für die Duktilitätsanforderungen des Anschlusses herzuleiten. Die Grundlage für die weiteren Untersuchungen der genannten Punkte ist durch das entwickelte Komponentenmodell gegeben. Jedoch haben sich auch im Laufe der Untersuchungen gewisse Modellschwächen aufgezeigt, die im nächsten Schritt detaillierter untersucht und so minimiert werden können. Auch ist das Modell für einen größeren Anwendungsbereich und entsprechende Ansätze insbesondere für die Berücksichtigung einer Rückhängebewehrung praxisgerecht zu erweitern. Für die weitere Umsetzung und größere Akzeptanz des vorgeschlagenen Modells und der beschriebenen Bemessungsansätze sind die weiteren Schritte nach Möglichkeit schnell anzugehen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Berechnung von Anschlüssen mit Ankerplatten auf Grundlage der Komponentenmethode, In: Deutscher Ausschuss für Stahlbau DASt (Hrsg.), 16. DASt-Kolloquium Stahlbau, Forschungsbericht 1/2006, S. 47-48
Rybinski, M.
- Structural behaviour of anchor plates with welded studs, In: Gizejowski et al.: Proceedings XI International Conference Metal Structures, Rzeszow, Poland, A.A. Balkema Publishers, 2006
Kuhlmann, U., Rybinski, M.
- Structural behaviour of steel to concrete joints on basis of the component method, In: Vogel et al.: Proceedings 6th International PhD Symposium in Civil Engineering, Zurich, Switzerland, 2006
Rybinski, M.
- Tragfähigkeiten von Ankerplatten mit angeschweißten Kopfbolzendübeln mit dem Komponentenmodell, In: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton DAfStb (Hrsg.), 46. DAfStb-Forschungskolloquium, Forschungsbericht 2006, S. 187-196
Rybinski, M., Imminger, T.
- Component method for anchor plates, In: Eligehausen et al.: Proceedings, 2nd Symposium on Connections between Steel and Concrete, Stuttgart, ibidem-Verlag, 2007, p. 1049-1058
Kuhlmann, U., Rybinski, M.
- Anchor plates with welded studs on basis of the component method, In: Archives of Civil Engineering, Vol. 54, Issue 1, Polish Academy of Civil Engineering, Polen, 2008
Kuhlmann, U., Rybinski, M.
- Anschlüsse im Stahl- und Verbundbau, Der Prüfingenieur, Ausgabe 32, 04/2008, Bundesvereinigung der Prüfingenieure für Bautechnik e.V., 2008
Kuhlmann, U., Rybinski, M., Rölle, L.
- Design of Anchor Plates based on the Component Method, Proceedings of Composite Constructions VI, Colorado, USA, 2008
Kuhlmann, U., Rybinski, M.
- Design of semi-rigid steel-to-column joints, Proceedings of Eurosteel 2008, Graz, Österreich, 2008
Kuhlmann, U., Eligehausen, R., Rybinski, M., Fichtner, S.
- Erhöhte Tragfähigkeit randnaher Ankerplatten zwischen Stahl und Beton, Deutsches Ingenieurblatt, Ausgabe 07-08/08, Bundesingenieurkammer, Fachverlag Schiele & Schön, 2008
Kuhlmann, U., Rybinski, M.
