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Schlanke vorgespannte Stuetzen aus UHPC. Experimentelle Untersuchung und Nachrechnung

Slender, prestressed high performance concrete columns. Experimental investigation and calculation

Ultrahochfester Beton (UHPC) ist aufgrund seiner hohen Druckfestigkeit besonders bei Druckgliedern vorteilhaft anwendbar, die dann sehr schlank ausfuehrbar sind. Bei solch schlanken Druckgliedern wird die Tragfaehigkeit von der Schlankheit des Bauteils bestimmt. Die hohe Druckfestigkeit des UHPC wird nicht ausgenutzt. Anders sieht das aus, wenn die Stuetze vorgespannt wird. Der Beitrag befasst sich auf der Grundlage des Forschungsvorhabens "Druckglieder aus UHPC" der Oesterreichischen Forschungsfoerderungsgesellschaft (FFG) mit solchen Bauteilen. In diesem Vorhaben sollte unter anderem geprueft werden, ob die bestehenden Bemessungsvorschriften des Stahlbetonbaus auch bei Druckgliedern aus UHPC anwendbar sind. Gegebenenfalls war das Bemessungskonzept auf der Grundlage von experimentellen Untersuchungen zu modifizieren. Die Versuche erfolgten an schlanken, im Spannbett vorgespannten, stahlfaserbewehrten UHPC-Stuetzen. Die Vorspannung bewirkt eine indirekte Erhoehung der Steifigkeit, da die Rissbildung erst bei wesentlich hoeheren Biegebeanspruchungen eintritt. Das Versuchsprogramm deckte Schlankheiten von lambda = 100 bis lambda = 180 ab. Fuer diesen Schlankheitsbereich lagen bisher keine Versuchsergebnisse vor. Die nicht mit Buegeln bewehrten Versuchskoerper hatten Abmessungen von 20 Zentimeter mal 10 Zentimeter und waren zentrisch mit acht Spanngliedern vorgespannt. Die Herstellung der Versuchskoerper und die Versuchsdurchfuehrung werden im Einzelnen beschrieben. Anhand von 19 insgesamt durchgefuehrten Versuchen konnte fuer den untersuchten Schlankheitsbereich in Kombination mit einem Stahlfasergehalt von zwei Volumenprozent nachgewiesen werden, dass eine Buegelbewehrung nicht erforderlich ist und die Stuetzen ueber eine ausreichende Duktilitaet verfuegen. Saemtliche Versuche wurden numerisch nach der Stabtheorie unter Beruecksichtigung der geometrischen und physikalischen Nichtlinearitaeten mittels eines Programms nachgerechnet. Das Stabberechnungsprogramm ermoeglichte die Beruecksichtigung von Kriech- und Schwindeinfluessen mittels der Zeitschrittmethode. Bei der Ermittlung der Spannkraftverluste infolge Kriechen und Schwinden wurden auch die Einfluesse der Waermenachbehandlung der Versuchskoerper beruecksichtigt. Die rechnerisch ermittelten Spannkraftverluste fallen mit circa 30 Prozent wesentlich hoeher aus als bei Stuetzen aus Normalbeton, bei denen sie zwischen 10 Prozent und 15 Prozent liegen. Es kann davon ausgegangen werden, dass die hohen Spannkraftverluste im Wesentlichen auf das staerker ausgepraegte Kriechen infolge der Waermenachbehandlung des UHPC zurueckzufuehren sind. Bezueglich der Anwendbarkeit des Bemessungskonzepts fuer Normalbeton hat die nichtlineare Nachrechnung gezeigt, dass die Zugarbeitslinie des faserbewehrten UHPC sowie das Schwind- und Kriechverhalten sehr realitaetsnah beruecksichtigt werden muessen, um die Traglasten ausreichend genau zu prognostizieren. Da sehr schlanke und hoch vorgespannte Stuetzen starke Vorverformungen aufweisen, die durch Lageabweichungen der Spannglieder entstehen, sollte dieser herstellungstechnische Aspekt in kuenftigen Bemessungskonzepten unbedingt beruecksichtigt werden. ABSTRACT IN ENGLISH: The outstanding compression strength of ultra high performance concrete makes this material perfectly apt for struts. Even columns with a high risk of buckling will benefit from UHPC, especially if they are centrically prestressed. The slenderness of such "Architectural Columns" can considerably increase without loss of load carrying capacity. Since that extended slenderness is far from fitting into the application field of the current design regulations, those have to be evaluated with respect to their suitability for such novel members. If required they should also be adapted. The paper aims at the fundamental understanding of the load carrying behaviour of pre-tensioned columns made of fibre reinforced UHPC under compression with the same load eccentricity at both ends. Therefore, full-scale experiments and their recalculation are carried out. A reliable evaluation of the ductility of columns needs sufficient experimental results beyond the ultimate load. For this reason a special method of loading control was developed and applied. The recalculations are carried out by the use of commercial software and also with own software which makes sure that the consideration of creep and shrinkage works as desired. (A)

  • Availability:
  • Authors:
    • Illich, G
    • Tue, N V
    • Freytag, B
  • Publication Date: 2014-8

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References; Tables;
  • Pagination: pp 534-43
  • Serial:

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01538607
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Sep 26 2014 11:05AM