Beschreibung
P 505 – Innovative verschiebliche Verbundrahmen mit teiltragfähigen Verbundknoten
Durch den Verzicht auf zusätzliche Steifen in der Stütze sind teiltragfähige Verbundknoten effizient und einfach herzustellen. Gleichzeitig kann der Bewehrungsgrad in der Betonplatte auf die Mindestbewehrung reduziert werden. Die Momententragfähigkeit des Knotens liegt bei 15 bis 60 % der Riegeltragfähigkeit und reicht aus, um eine Aussteifung über Rahmenwirkung sicherzustellen, so dass zusätzliche Aussteifungsverbände überflüssig sind. Die so entstehenden innovativen verschieblichen Verbundrahmen erlauben eine größtmögliche flexible Nutzung von Industrie-, Büro- und Geschäftsgebäuden und Parkhäusern und werden so den zukünftigen Anforderungen gerecht.
Um die Momententragreserve der teiltragfähigen Knoten rechnerisch berücksichtigen zu können, muss sichergestellt werden, das bei der auftretenden Momentenumlagerung die hiermit verbundene Verdrehung des Knotens möglich ist. Es ist sicherzustellen, dass die vorhandene Knotenrotation des Knotens größer ist als die Rotationsanforderung, die aus dem System und der Belastung resultiert. Nur so können innovative verschiebliche Verbundrahmentragwerke mit einfachen teiltragfähigen Verbundknoten realisiert werden. Die erforderliche Knotenrotationen von verschieblichen Verbundrahmen werden analytisch und mittels eines Computerprogrammes ermittelt. In einer Parameterstudie werden die verschiedenen Einflüsse auf die erforderliche Rotationskapazität untersucht. Durch die Effekte aus Theorie 2. Ordnung vergrößert sich die Rotation. Zusätzlich beeinflusst der Bauablauf die Knotenrotationen: Durch Verzicht auf eine Hilfsunterstützung erhöht sich die Rotation im Stahlknoten. Die Knotenrotation wird am stärksten durch den Plastizierungsgrad des Verbundträgers im Feldbereich bestimmt. Bei hohen Plastizierungsgraden unterschätzt die Berechnung nach Fließgelenktheorie die erforderliche Knotenrotation, so dass eine Berechnung nach Fließzonentheorie durchzuführen ist oder das Feldmoment begrenzt werden muss.
Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden besondere duktile Verbundknoten entwickelt, die den Rotationsanforderungen der untersuchten verschieblichen Verbundrahmen genügen. Neun Versuche wurden an Verbundknoten durchgeführt. Durch eine spezielle Anordnung der Kopfbolzendübel auf dem Obergurt des Verbundträgers konnte der plastische Bereich der auf Zug beanspruchten Stahlbetonplatte vergrößert und damit auch die vorhandene Rotationskapazität des Verbundknotens erhöht werden. Durch die Plastizierung der Bewehrung ergeben sich wesentlich größere mitwirkende Breiten als nach Eurocode EC 4-1-1 (1994). Ein Versuch mit einer verminderten Anzahl an Kopfbolzendübeln zeigte, dass Teilverbund zu geringen vorhandenen Rotationskapazitäten führt. Zur Komponente „Bewehrung auf Zug“ wurden drei zusätzliche Komponentenversuche (Stahlbetondehnkörper) durchgeführt. Aus diesen und bereits vorhandenen Versuchsergebnissen geht hervor, dass der Verfestigungsfaktor fu/fy des Bewehrungsstabes mit der Duktilität dieser Komponente korreliert. Fünf Stahlknotenversuche wurden durchgeführt, um die Komponente „Stirnplatte auf Biegung“ bezüglich der Duktilität zu optimieren. Die Knotengeometrie wurde variiert, um ein sprödes Schraubenversagen zu verhindern, somit konnte die vorhandene Rotationskapazität des Knotens erheblich gesteigert werden. Basierend auf diesen Untersuchungen und auf Eurocode 4-1-1 (1994) sowie ECCS Doc. No. 109 (1999) wurden Bemessungsregeln für verschiebliche Verbundrahmen mit teiltragfähigen Verbundknoten aufgestellt.
Unter anderem wird im vorliegenden Bericht die sogenannte “beamline method” vorgestellt, die idealerweise gleichzeitig den Tragfähigkeitsnachweis und den Rotationsnachweis beinhaltet. Diese Methode lässt eine Bandbreite von verschiedenen Knotenlösungen zu. Der Hersteller kann entsprechend den Gegebenheiten daraus die optimale Lösung wählen.
Das Projekt hat gezeigt, wie effiziente innovative verschiebliche Verbundrahmen mit einfach herzustellenden teiltragfähigen Verbundknoten realisiert werden können, bei denen sowohl eine ausreichende Systemtragfähigkeit als auch eine ausreichende Duktilität der Knoten vorhanden sind.
Autoren:
U. Kuhlmann, M. Schäfer
Veröffentlichung:
2004
