DE3419315A1

DE3419315A1 - Verbundmittel fuer stahl-verbundkonstruktionen

Info

Publication number: DE3419315A1
Application number: DE19843419315
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-04-14
Filing date: 1984-05-24
Publication date: 1985-10-24

Description

VERBUNDMITTEL FOR STAHL-VERBUNDKONSTRUKTIONEN
Die Erfindung betrifft Verbundmittel für den schlupffreien Anschluss von Ortbetonplatten an Gurtbleche von Stahlträgern für dynamisch beanspruchte Stahl-Verbundkonstruktionen. Diese Verbundmittel übertragen Kräfte zwischen Stahiträger und Ortbetonplatte, deren Grösse der Querkraft proportional ist.
Es ist bekannt, zur Herstellung des Verbundes schlaufenförmige Anker, Bolzen, Kopfbolzen oder Schubleisten auf Gurtbleche aufzuschweissen, die in den Ortbeton eingreifen. In den letzten Jahren werden bevorzugt kurze, dicke Kopfbolzendübel verwendet. Diese Dübel werden zur Aufnahme der Schubkraft mit den für Lochleibungsdruck auf den Beton zulässigen Betonspannungen bzw. für den Abscherwiderstand der Stahlbolzen bemessen.
Bei dieser Verbundart können unter dynamischen Beanspruchungen Schäden entstehen. Versuche zeigen, dass die Betonplatte schon unter verhältnismässig niedrigen Lasten gegenüber dem Stahlträger zu schlupfen beginnt. Die Schubkräfte werden dann nicht mehr in der Kontaktfläche, sondern nur noch durch den Widerstand der Bolzen übertragen, wobei sich die Bolzen verbiegen. Die Bolzen sind jedoch in vergleichsweise spröden Beton eingebettet, so dass das Betongefüge bei der Bolzenbiegung bricht. Bei millionenfach wiederholter Last wird das gebrochene Betongefüge unter den hohen Lochleibungspressungen z ermü rbt.
In den Versuchen von fij wurde beispielsweise nach dynamischer Beanspruchung in der Umgebung der Bolzen pulverisierter Beton vorgefunden.
Um diese örtliche Zerstörung des Betons bei dynamischer Beanspruchung gering zu halten, müssen die zulässigen Betonpressungen sehr niedrig angesetzt und entsprechend viele Bolzen angeordnet werden. Da die Bolzen und insbesondere deren einwandfreie Verschweissung mit dem Gurtblech sehr teuer sind, werden damit dynamisch beanspruchte Verbundkonstruktionen im Vergleich zu reinen Stahlbeton- bzw. Spannbetonkonstruktionen unwirtschaftlich.
Die Beurteilung der Tragfähigkeit von herkömmlichen Kopfbolzendübeln stützt sich vornehmlich auf sogenannte 'push-out'-Versuche 121 , bei denen ein l-Profil, an dessen Flansche Stahlbetonscheiben symmetrisch mit Kopfbolzendübeln angeschlossen sind, stempelartig belastet wird. Bei diesen Versuchen tritt also eine reine Scherbeanspruchung auf. Diese Scherspannungen sind jedoch nicht mit den Spannungen in der Verbundfuge eines Biegeträgers identisch, die bekanntlich als sich kreuzende, mehr oder weniger stark geneigte Hauptzug- und Hauptdruckspannungen auftreten. In der Nähe des Obergurtes kommen die Hauptdruckspannungen im Bereich von Querkräften mit einer Neigung an, die sich in die Betongurtplatte hinein fortsetzt. In der Betonplatte wirken also geneigte Druckstrebenkräfte, die in der Verbundfuge übertragen werden müssen. Dies kann nur dann einwandfrei geschehen, wenn ein Schlupf zwischen Betonplatte und Gurtblech verhütet und die vertikale Komponente der Druckstreben durch stählerne Verbundmittel in den Steg hinein verankert wird. Diese geneigte Druckstrebe muss sich dabei an dem Verbundanker oben abstützen können. Mit den herkömmlichen kurzen Dübeln, die zudem nur kleine Köpfe aufweisen, ist dies nicht möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, auf wirtschaftliche Weise Ortbetonplatten an Gurtbleche so anzuschliessen, dass weder Schlupf noch örtliche Spannungskonzentrationen auftreten können und eine sichere Kraftausbreitung in der Ortbetonplatte ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Oberfläche des Gurtbleches mindestens im Bereich des Stahlträgersteges aufgerauht oder quer zur Trägerachse profiliert ist und in diesem Bereich stählerne Ankerstäbe zugfest am Gurtblech angeschlossen sind; die nahe der Oberfläche der Betonplatte-grossflächige Köpfe oder angeschweisste stählerne Querelemente, z.B.
Rund- oder Flachstäbe, aufweisen.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, dass sich die geneigten Betondruckstreben flächig auf das Stahlblech abstützen und auch bei dynamischer Beanspruchung nicht gleiten können. Da kein Schlupf auftritt, verbiegen sich die stählernen Ankerstäbe nicht, und es kommt in deren Umgebung nicht mehr zu einer Zerstörung'des Betongefüges. Die grossflächigen Köpfe bzw. die angeschweissten Querstäbe nahe der Oberfläche der Betonplatte leiten die Vertikalkomponenten der Betondruckstreben unter geringen örtlichen Pressungen schlupffrei in die Ankerstäbe ein.
Diese Ankerstäbe werden nun nicht mehr dübelartig, sondern als reine Fachwerkzugpfosten beansprucht. Daher ist für die Bemessung hinsichtlich Anzahl und Schaftdurchmesser die Lochleibungspressung im Beton nicht mehr massgebend, und man kommt im Vergleich zu herkömmlichen Verbundmitteln mit wesentlich geringeren Mengen und Schaftdurchmessern aus. Damit können mit den erfindungsgemässen Verbundmitteln neben den konstruktiven Vorteilen auch wirtschaftliche Vorteile erzielt werden.
In der Längsrichtung der Träger müssen die Ankerstäbe einen Abstand erhalten, der nicht grösser ist als die 1,5-fache Plattendicke. In Bereichen grosser Querkräfte sollte dieser Abstand nicht grösser als etwa 0,7 x Plattendicke sein, so dass sich eine fachwerkartige Wirkung zwischen geneigten Betonstreben und lotrechten oder geneigten Ankerstäben ausbilden kann.
Für die Aufrauhung bzw. Profilierung der Gurtbleche gibt es verschiedene Herstellungsverfahren, wie z.B. Flämmen, Fräsen, Kaltwalzen oder Pressen. Am günstigsten ist eine sägezahnartige Riffelung, bei der 2 bis 3 mm tiefe Rillen genügen. Bei sehr breiten Gurtblechen von stählernen Kastenträgern kann das maschinelle Aufschweissen von Flachstäben in geeignetem Abstand günstig sein. Dabei können die Ankerstäbe bereits an den Flachstäben angeschweisst sein. Wählt man für die Ankerstäbe im Zick-Zack gebogene Rundstäbe, an denen oben horizontale Rundstäbe angeschweisst sind, dann können damit breite Gurtbleche gleichzeitig für den Bauzustand ausgesteift werden. Wenn die notwendige Rauhigkeit der Gurtblechoberfläche durch eine erfindungsgemässe Beschichtung erzeugt wird, so entfallen damit Kerben in der Blechoberfläche, die die Betriebsfestigkeit beeinflussen können. Besonders günstige Verhältnisse erhält man insbesondere dann, wenn auch die stählernen Ankerstäbe mit dem Gurtblech verklebt sind, so dass auch an den Anschlussstellen der stählernen Ankerstäbe keine Kerben, wie z.B. bei Schweissverbindungen, vorhanden sind. Um eine ausreichende Festigkeit in der Klebefuge zu erreichen, können die stählernen Ankerstäbe im Bereich der Klebefuge einen verdickten Fuss aufweisen. Die Kunststoffbeschichtung bringt darüberhinaus dann weitere Vorteile, wenn besondere Anforderungen an den Korrosionsschutz des Gurtbleches gestellt werden. Die Beschichtung erfolgt vorzugsweise im Werk, um eine gleichbleibende Qualität unabhängig von Witterungsbedingungen und ohne umweltbelastende Arbeiten vor Ort, wie z.B. Sandstrahlen, zu gewährleisten.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Verbundmittel sind in den folgenden Zeichnungen dargestellt und beschrieben: Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf ein Gurtblech mit querlaufenden Riefen und die Lage der Ankerstäbe.
Fig. 3 zeigt den Querschnitt und Fig. 2 den Längsschnitt eines Verbundträgerstückes mit den Verbundmitteln.
Das Curtblech 1 des Stahl trägers 2 ist durch eine vorwiegend quer zur Trägerachse verlaufende Riffelung oder Profilierung 3 aufgerauht.
Stählerne Ankerstäbe 4 sind mit dem Curtblech verschweisst und haben nahe der Oberfläche der Ortbetonplatte S einen grossflächigen Kopf 6 zur Verankerung im Beton.
Fig. 4 zeigt zur Profilierung des Curtbleches aufgeschweisste Flachstähle 8 in verhältnismässig engem Abstand, auf denen die Ankerstäbe 4 in Vorfertigung aufgeschweisst sind. Die zweckmässige Anordnung der oberen Bewehrung 11 der Betonplatte 5 unmittelbar unter dem Ankerkopf 6 verbessert die Aufnahme der schrägen Druckstrebenkräfte am oberen Plattenrand.
Fig. 5 zeigt, wie bei breiten Gurtblechen von Kastenträgern die Ankerstäbe 4 in Zick-Zack-Form an die Flachstähle 8 angeschweisst sind. Die oberen, quer zur Trägerachse verlaufenden Bewehrungsstäbe 11 sind in diesem Fall and die Ankerstäbe 4 oben angeschweisst und nehmen, zusammen mit den Längsbewehrungsstäben 12 , die Druckstrebenkräfte am oberen Plattenrand auf. Der Verlauf der Spannungen über die Verbundfuge hinweg ist durch die Druckspannungstrajektorien 13 und die Zugspannungstrajektoren 14 gekennzeichnet.
In Fig. 6 sind die Flachstähle 8 mit der Profilierung 3 in Trägerlängsrichtung angeordnet.
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch ein Gurtblech 1 , das mit einem Kunststoffilm 15 beschichtet ist. In den Kunststoffilm sind harte Körner 16 eingebettet. Die harten Körner 16 können beispielsweise nach dem Beschichten vor dem Aushärten des Kunststoffilms 15 eingestreut werden.
In Fig. 8 ist ein stählerner Ankerstab 4 mit dem Gurtblech 1 über dem Kunststoffilm 15 verklebt, der Ankerstab 4 weist im Bereich der Klebefuge einen verdickten Fuss 17 auf.
In einer Abwandlung des Erfindungsgedankens wird das Stegblech durch die Ortbetonplatte hindurch bis zur oberen Lage der Be- -wehrung hin geführt. Ein Gurtblech kann beispielsweise an der Unterseite der Ortbetonplatte an den Steg angeschweisst sein. Die Blechoberflächen, die mit dem Beton in Kontakt stehen, sind erfindungsgemäss aufgerauht, z.B. durch eine Kunststoffbeschichtung mit eingelagerten harten Körnern.
Diese Abwandlung des Erfindungsgedankens ist in Fig. 9 dargestellt. Die Profilierung 3 ist hier auf dem Stegblech 2 aufgebracht, das in die Ortbetonplatte 5 eingreift. Die Querbewehrungsstäbe 11 werden am oberen Plattenrand über das Stegblech 2 hindurchgeführt, wenn auch positive Querbiegemomente aufzunehmen sind.
Falls ausser der erfindungsgemässen Verzahnung zwischen Ortbetonplatte 5 und Stegblech 2 ein besonderes Plattenauflager am Stegblech erforderlich ist, so kann hierfür beispielsweise in Höhe des unteren Randes der Ortbetonplatte 5 ein Profil stahl 19 mit dem Stegblech 2 verschweisst werden.
In Betracht gezogene Druckschriften: [1] Thürlimann, B.: Fatigue and static strength of stud shear connectors. Journal of the American Concrete Institute, June 1959, S. 1287 - 1302 [2] Roik, K. und Hanswille, G.: Beitrag zur Bestimmung der Tragfähigkeit von Kopfbolzendübeln, Der Stahlbau 10, 1983, S. 301 - 308 - Leerseite -

Claims

PATENTANSPROCHE 1. Verbundmittel für den schlupffreien Anschluss von Ortbetonplatten an Gurtbleche von Stahl trägern für dynamisch beanspruchte Stahl-Verbundkonstruktionen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Gurtbleches mindestens im Bereich des Stahiträgersteges aufgerauht oder quer zur Trägerachse profiliert ist und in diesem Bereich stählerne Ankerstäbe zugfest am Gurtblech angeschlossen sind, die nahe der Oberfläche der Betonpiatte grossflächige Köpfe oder angeschweisste stählerne Querelemente, z.B. Rund- oder Flachstäbe, aufweisen.
2. Verbundmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufrauhung bzw. Profilierung der Oberfläche des Gurtbleches durch Flämmen, Fräsen, Kaltwalzen, Rollen oder Pressen erzeugt wird.
3. Verbundmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung aus aufgeschweissten stählernen Querstäben besteht, deren gegenseitiger Abstand höchstens das 0, 7-fache der Betonplattendicke beträgt.
4. Verbundmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerstäbe auf den aufgeschweissten Flachstählen angeschweisst sind und entweder aus einzelnen Vertikal stäben mit Kopf oder aus schlangenförmig gebogenen Rundstäben mit oben angeschweissten Rundstäben bestehen.
5. Verbundmittel nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachstähle mit angeschweissten Ankerstäben vorzugsweise in Trägerlängsrichtung auf glatte oder profilierte Gurtbleche aufgeschweisst sind, und dass die Oberfläche der Flachstähle aufgerauht oder quer zur Trägerachse profiliert ist.
6. Verbundmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Gurtbleches mit einem Kunststofffilm, z.B. aus Epoxidharz oder PVC, beschichtet ist.
7. Verbundmittel nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff profiliert ist, z.B. in Form von Noppen oder Wellen.
8. Verbundmittel nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass harte Körner, z.B. Quarzsand oder Partikel aus Stahl oder Korund teilweise oder ganz in den Kunststoffilm eingebettet sind.
9. Verbundmittel nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffilm Füllermaterial, z.B. Quarzmehl, enthält.
10. Verbundmittel nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffilm Korrosionsschutzmittel, z. B.

Zinkoxyd enthält.
11. Verbundmittel nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stählernen Ankerstäbe über den Kunststoffilm mit dem Gurtblech verklebt sind.
12. Verbundmittel nach Anspruch 1, 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die stählernen Ankerstäbe im Bereich der Klebefuge verdickte Füsse aufweisen.