DE10002383A1 - Querkraftbeanspruchtes Stahl- oder Spannbetonteil - Google Patents

Abstract

Es handelt sich um ein querkraftbeanspruchtes Stahl- oder Spannbetonteil, bei welchem an den Bauteiloberflächen jeweils Bewehrungslagen (22, 24) vorgesehen sind, wobei zur Schubsicherung zwischen den Bewehrungslagen (22, 24) mindestens ein flächiges Bauteil (30, 32, 34, 36) vorgesehen ist, welches sich im wesentlichen rechtwinklig zur Bauteiloberfläche und im wesentlichen über die gesamte Bauteildecke zwischen den Bewehrungslagen (22, 24) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein querkraftbeanspruchtes Stahl- oder Spannbetonteil.

Bei querkraftbeanspruchten Stahl- oder Spannbetonteilen wie z. B. einer gestützten Stahlbetondecke ist u. a. im Bereich der Stützen eine Schubbewehrung zur Schubsicherung notwendig.

Als Schubbewehrung sind u. a. bekannt: Schubbewehrung aus Betonstahl in Form von S-Haken oder Bügeln, Dübelleisten, Doppelkopfdübel, Bügelmatten, Gitterträger, Tobler Walm, Geilinger Kragen, Bügelmatten, Riss Stern.

Eine Schubbewehrung aus Betonstahl in Form von S-Haken oder Bügeln muss aus Gründen der schlechten Verankerung eine meist vorhandene Biegelängsbewehrung umschließen, um ein Ausreißen der Schubbewehrung zu verhindern. Dies ist sehr aufwendig und kostenintensiv. Bei hohen Bewehrungsgraden der Biegezugbewehrung und hohem Schubbewehrungsanteil gelten herkömmliche Bügel als nicht mehr einbaubar.

Dübelleisten werden meistens auf die untere Schalung gestellt, sodass die untere Bewehrungslage vom Leistenquerschnitt umfasst wird. Hierbei ist die genaue Lage und Fixierung der Leiste für das Tragverhalten ausschlaggebend. Die Dübelleisten sind geschweißte Einzelanfertigungen und somit kostenintensiv.

Doppelkopfdübel werden in aller Regel von oben zwischen die obere und untere Lage der vorhandenen Biegelängsbewehrung eingefädelt. Bei hohen Bewehrungsgraden der Biegezugbewehrung und unterschiedlichen Maschenweiten der oberen und unteren Lage ist dies sehr schwierig, mitunter nicht einbaubar. Die Doppelkopfdübel sind Einzelanfertigungen und somit kostenintensiv.

Dübelleisten und Doppelkopfdübel sind sehr gebräuchlich, jedoch ist eine Serienfertigung wegen der hohen Lagerhaltungskosten nicht wirtschaftlich. Ein Problem ist auch die Verwechselbarkeit und Lagerung verschiedener Dübelleisten und Doppelkopfdübel auf der Baustelle.

Tobler Walm und Geilinger Kragen sind Stahleinbauteile, die aus zusammengeschweißten Stahlprofilen bestehen und einzeln angefertigt werden. Die Auflagerkonstruktionen sind stahlbaumäßig einzubauen und somit aufwendig und lohnintensiv. Das Versetzen der Einbauteile muss wegen des großen Eigengewichts mit Hebezeug wie z. B. Kränen erfolgen.

Sämtliche gebräuchlichen Lösungen sind in ihrer Wirkungsweise abhängig vom Werkstoff Beton. Verfolgt man die Lastabtragung (Verlauf der Querkräfte), so wird mehrmals die Last in die Bewehrungselemente ein- und ausgeleitet, bis sie in den schubunkritischen Bereich gelangt. Hierbei kann ein Versagen infolge Schub- oder Druckbruchs oder ein Ausreißen der Bewehrungselemente auftreten.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein neues querkraftbeanspruchtes Stahl- oder Spannbetonteil bereitzustellen.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Durch das flächige Bauteil können die Querkräfte besser aufgenommen werden.

Weitere Vorteile ergeben sich durch den Gegenstand des Patentanspruchs 2. Durch die in den Löchern des flächigen Bauteils gebildeten Betondübel findet eine Verankerung des Betons mit dem flächigen Bauteil statt. Treten bei Erreichen der Betonzugfestigkeit die ersten Risse im Beton auf, so kann die Last fächerartig über das Bauteil zu den Betondübeln verteilt werden. Eine Mitwirkung des Betons für die Zugstreben ist nicht erforderlich. Die Lasten werden über das Bauteil direkt nach dem Prinzip des Minimums der Formänderungsarbeit abgetragen. Somit bleiben die querkraftbedingten Risse klein, und die Traglast wird maximal. Das Bauteil übernimmt so nach Erreichen der Betonzugfestigkeit die Funktion des Betons.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 5. Durch eine derartige Formung ist ein leichter Einbau des Bauteils zwischen der oberen und unteren Lage der Biegezugbewehrung möglich. Es werden keine zusätzlichen Lagesicherungen benötigt. Hierbei wird das Bauteil nach Einbau der unteren Bewehrungslage auf diese abgestellt und kann somit der oberen Bewehrungslage zusätzlich als Abstandhalter dienen.

Eine bevorzugte Weiterbildung ist Gegenstand des Anspruchs 6. Das Bauteil umfaßt hierbei die durchlaufende Biegebewehrung der Stütze. Somit, wird ein Absturzsicherung der Flachdecke konstruktiv mit der Durchstanzbewehrung erfüllt. Eine über die Stütze verlaufende Biegebewehrung in der Druckzone kann somit gegebenenfalls entfallen

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung, gesehen längs der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 eine Grundriss, gesehen in Richtung des Pfeils II der Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer Einzelheit der Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung der Lastpfade, in einer Schnittdarstellung analog Fig. 1,

Fig. 5 eine Darstellung der Zug- und Druckstreben, ebenfalls in einer Schnittdarstellung analog Fig. 1,

Fig. 6 zeigt eine isometrische Darstellung des Teils der Fig. 1 bis Fig. 3.

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht eines Bewährungsteils,

Fig. 8 zeigt einen Schnitt, gesehen längs der Linie VIII-VIII der Fig. 7,

Fig. 9 zeigt einen Schnitt, gesehen längs der Linie IX-IX der Fig. 7, und

Fig. 10 zeigt einen Schnitt, gesehen längs der Linie X-X der Fig. 7.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Bauwerks mit einer Stütze 10 aus Stahlbeton. In dieser Stütze befinden sich Bewehrungselemente 12, 14 in Form von Bewehrungsstäben. Der Auflagerbereich der Stütze 10 ist durch Stahlbügel 16 gesichert.

Mit der Stütze 10 ist eine Stahlbetondecke 20 verbunden. Diese hat eine obere Bewehrung 22 und eine untere Bewehrung 24, über denen sich jeweils eine Betonüberdeckung 26 bzw. 28 befindet.

Zwischen den Bewehrungen 22, 24, und bevorzugt als Abstandshalter für diese, befindet sich ein Bewehrungselement, das für den linken Teil der Decke 20 mit 30 und für den rechten Teil mit 32 bezeichnet ist. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel hat dieses Bewehrungselement im Grundriss die Form eines V, wie das in Fig. 2 dargestellt ist, wo noch zwei weitere Bewehrungen 34, 36 dargestellt sind. Alternativ wäre z. B. im Grundriss die Form eines U, oder die Form einer Haarnadel, möglich.

Die Bewehrungen ragen jeweils mit ihren Spitzen bis in den Randbereich der Stütze 10 und umgreifen dort ein zugeordnetes Bewehrungselement 12, 14, wie in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellt. Dadurch ist das Bewehrungselement an der Stütze 10 horizontal verankert, greift in den Stützenbereich ein, und kann seine Vertikalkraftkomponente in den Auflagerbereich einleiten, der durch die Bügel 16 gesichert ist.

Bevorzugt bestehen die Bewehrungselemente 30, 32, 34, 36 aus gebogenem Stahlblech, gewöhnlich mit einer Dicke im Bereich von 2 bis 6 mm. Diese Dicke richtet sich nach den statischen Erfordernissen. Ggf. können die flächigen Bewehrungselemente auch aus Kohlefasern oder einem geeigneten Kunststoff hergestellt werden, oder aus Kompositmaterial.

Die Bewehrungselemente 30, 32, 34, 36 sind flächig ausgebildet. Das Bewehrungselement 32 steht z. B. auf der unteren Bewehrung 24 auf, die innerhalb der Betondeckung 28 angeordnet ist. Die obere Bewehrung 22 liegt auf dem Bewehrungselement 32 auf und ist ihrerseits in der oberen Betondeckung 26 angeordnet. An seinem oberen Randbereich hat das Bewehrungselement 32 Löcher 40, deren Durchmesser an die Körnung des verwendeten Betons angepasst ist und gewöhnlich größer als 32 mm ist. Ebenso hat es an seinem unteren Randbereich Löcher 42, deren Durchmesser gewöhnlich größer als 32 mm ist. Die Durchbrechungen 40, 42 sind bevorzugt kreisrund ausgeführt. Weiterhin sind die Löcher 40 und 42 in diesem Ausführungsbeispiel übereinander angeordnet. Nach dem Einbringen des Betons erstreckt sich dieser durch diese Löcher 40, 42 und bildet dort "Betondübel", also Verankerungen, die dazu dienen, Schubkräfte aus dem Beton in das betreffende flächige Bewehrungselement 30, 32, 34 oder 36 einzuleiten.

Ferner sind die Bewehrungselemente 30, 32, 34, 36 bevorzugt in ihrem Mittelbereich mit Sicken 44 versehen, um eine bessere Verankerung im Beton zu bewirken. Ebenso sind die Bewehrungselemente am oberen Rand mit Ausnehmungen 46 versehen, und am unteren Rand mit Ausnehmungen 48. Diese Ränder sehen dadurch gezahnt aus. Diese seitlichen Ausnehmungen verbessern die Aufnahme von horizontalen Kräften durch das betreffende Bewehrungselement.

Fig. 4 zeigt im radialen Schnitt die Lastpfade in einer üblichen Art der Darstellung. Die Bezugszeichen sind dieselben wie bei Fig. 1 bis 3. Mit 50 ist eine Bruchlinie angedeutet, längs deren die Decke 20 bei zu hoher Belastung brechen würde. Diese Bruchfläche hat etwa die Form eines Trichters oder Kegels, und man spricht deshalb auch von einem "Durchstanzkegel". Man erkennt, dass viele Lastpfade 52 vorhanden sind, welche etwa senkrecht zu dieser Bruchlinie verlaufen und deshalb einem Bruch an dieser Stelle entgegenwirken. Die von der Stütze ausgehenden Streben sind Druckstreben. Sie verankern sich im inneren Bereich des "Druckstanzkegels" an den oberen Betondübeln. Dies ist die Lasteinleitung in das Bauteil 32. Ab dieser Verankerung verlaufen die Streben nur im Bauteil und es stellt sich ein Schubfeld ein. Dies bewirkt eine flächige Lastabtragung im Bauteil 32 bis in den schubunkritischen Bereich, welcher außerhalb des Durchstanzkegels liegt.

Fig. 5 zeigt, ebenfalls in üblicher Darstellungsweise, die Zug- bzw. Druckstreben im Schnitt. Auch hier erkennt man, dass die Zugstreben etwa senkrecht zur gedachten Bruchlinie 50 verlaufen, also zum "Durchstanzkegel", und deshalb einem Bruch an dieser Stelle entgegenwirken. Im Bereich der erwähnten "Betondübel" finden sich nämlich viele Verankerungsmöglichkeiten. Treten bei Erreichen der Zugfestigkeit die ersten Risse im Beton auf, so wird die Last nach Art eines Fächers über das gesamte Bauteile zu den Betondübeln verteilt, wie das die Fig. 4 und 5 anschaulich zeigen. Eine Mitwirkung des Betons für die Zugstreben ist nicht erforderlich. Die Lasten werden über das flächige Bewehrungselement direkt nach dem Prinzip des Minimums der Formänderungsarbeit abgetragen. Somit bleiben die querkraftbedingten Risse klein, und man erhält eine maximale Tragkraft der Decke 20.

Wenn also die Zugfestigkeit des Betons in den Zugfachwerkstäben erreicht ist, übernimmt das flächige Bewehrungselement die Funktion des Betons.

Unterstellt man im Traglastzustand einen Starrkörpermechanismus, also eine Abtrennung der restlichen Decke 20 vom Durchstanzkegel 50, so erfolgt die Querkraftübertragung ausschließlich über das flächige Bewehrungsteil. Es findet eine Entkopplung der Biege- und Schubbewehrung statt.

Wenn der Grenzzustand der Tragfähigkeit erreicht ist, sollte das Versagen einer dargestellten Anordnung mit ausreichender Vorankündigung erfolgen. Hierfür ist die Duktilität des flächigen Bewehrungselements von Bedeutung. Bei einer solchen Anordnung werden nämlich die Querkräfte über das flächige Bewehrungselement übertragen. Wenn also die Tragkraft erreicht ist, so versagt das flächige Bewehrungselement, das bevorzugt aus Stahl hergestellt ist, und das Versagen ist eine duktiles Stahlversagen und nicht ein sprödes Betonversagen in Form eines Schub-Druckbruchs, d. h. das Versagen kündigt sich an und erfolgt nicht plötzlich. Dies ist auch wichtig bei Erdbeben.

Die erwähnten Betondübel haben ein ausreichend elastisches Verhalten, und bei Ausfall eines dieser Betondübel werden die benachbarten Betondübel die Last übernehmen, d. h. es findet lediglich eine Umlagerung der Last statt. Die Ausnehmungen 40, 42 und die Sicken 44 unterstützen die Betondübel bei Verankerung der schrägen Druckstreben.

Bei Bedarf können durch die Ausnehmungen 40, 42 Bewehrungsstäbe durchgeführt werden, und diese können auch mit Rödeldrähten an diesen Ausnehmungen befestigt werden. Dadurch erhält man eine weitere Verbesserung.

Fig. 6 zeigt eine isometrische Darstellung des Teils der Fig. 1 bis Fig. 3. Es werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Die Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9 und Fig. 10 zeigen Einzelheiten des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 bis Fig. 3

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache weitere Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims (19)

1. Querkraftbeanspruchtes Stahl- oder Spannbetonteil, bei welchem an den Bauteiloberflächen jeweils Bewehrungslagen (22, 24) vorgesehen sind, wobei zur Schubsicherung zwischen den Bewehrungslagen mindestens ein flächiges Bauteil (30, 32, 34, 36) vorgesehen ist, welches sich im wesentlichen rechtwinklig zur Bauteiloberfläche und im wesentlichen über die gesamte Bauteildicke zwischen den Bewehrungslagen (22, 24) erstreckt.

2. Teil nach Anspruch 1, bei welchem in dem flächigen Bauteil (30, 32, 34, 36) Löcher (40, 42) vorgesehen sind, deren Größe so ausgebildet ist, daß durch sie Beton durchtreten und Betondübel bilden kann.

3. Teil nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das flächige Bauteil (30, 32, 34, 36) Sicken (44) aufweist.

4. Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem an mindestens einem Rand des Bauteils Aussparungen (46, 48) vorgesehen sind, welche sich zu diesem Rand hin öffnen.

5. Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das flächige Bauteil (30, 32, 34, 36) im Grundriss eine Form aufweist, welche nach Art eines U, V, einer Haarnadel, oder dergleichen ausgebildet ist (Fig. 2, 3).

6. Teil nach Anspruch 5, bei welchem das flächige Bauteil (30, 32, 34, 36) eine Längsbewehrung (12, 14) einer Stütze (10) umgreift.

7. Teil nach Anspruch 6, bei welchem die Längsbewehrung (12, 14) der Stütze im wesentlichen im Inneren des Scheitels des U, V, der Haarnadel oder dergleichen angeordnet ist.

8. Teil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das flächige Bauteil (30, 32, 34, 36) gewellt ist.

9. Teil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das flächige Bauteil (30, 32, 34, 36) senkrecht zwischen den Bewehrungslagen (22, 24) steht.

10. Teil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das flächige Bauteil hutförmig gebogen ist.

11. Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem das flächige Bauteil trapezförmig gebogen ist.

12. Teil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem im flächigen Bauteil Löcher (40, 42) vorgesehen sind, und durch solche Löcher Bewehrungsstäbe durchgesteckt sind.

13. Teil nach Anspruch 12, bei welchem die Bewehrungsstäbe an den Löchern (40, 42) befestigt sind.

14. Teil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das flächige Bauteil (30, 32, 34, 36) als Abstandshalter zwischen den Bewehrungen (22, 24) an den beiden Bauteiloberflächen ausgebildet ist.

15. Teil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das flächige Bauteil (30, 32, 34, 36) aus Stahlblech ausgebildet ist.

16. Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei welchem das flächige Bauteil aus Kohlefasern ausgebildet ist.

17. Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei welchem das flächige Bauteil aus Kunststoff ausgebildet ist.

18. Verfahren zum Herstellen eines für eine Querkraftbeanspruchung geeigneten Stahl- oder Spannbetonteils, mit folgenden Schritten:

• a) Eine untere Bewehrungslage wird errichtet;
• b) mindestens ein flächiges Bauteil zur Schubbewehrung wird auf die untere Bewehrungslage gelegt, so dass es im wesentlichen rechtwinklig zur ersten Bewehrungslage liegt;
• c) eine obere Bewehrungslage wird auf das mindestens eine flächige Bauteil zur Schubbewehrung gelegt, so dass das mindestens eine flächige Bauteil als Abstandhalter zwischen unterer und oberer Bewehrungslage dient;
• d) das aus der unteren Bewehrungslage, dem mindestens einen flächigen Bauteil und der oberen Bewehrungslage gebildete Teil wird mit Beton vergossen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem das flächige Bauteil so auf die untere Bewehrungslage gelegt wird, dass es eine Längsbewehrung einer Stütze umschließt.