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Stahlbeton-Druckglieder - Einführung zum Tragverhalten - 3. Stützen mit mäßiger und großer Schlankheit

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Stahlbeton-Druckglieder, wie diese Geschoßstützen, sind äußerlich gekennzeichnet durch ihre Länge und ihre Querschnittsabmessungen. Wesentlichen Einfluß auf das Tragvermögen haben darüber hinaus die Werkstoffkomponenten Beton und Stahl, aber auch die Art des Lastangriffs. Uns interessiert hier besonders der Einfluß der Stützenschlankheit und der Lastausmitte. An kleinen Modellstützen, wie hier aus Stahlbeton, lassen sich diese Einflüsse mit geringem Aufwand in Laborversuchen studieren. Wir beschränken uns auf drei Schlankheitsgrade bei gleichbleibendem Stützenquerschnitt: kurze gedrungene Stützen, mäßig
schlanke Stützen und schlanke Stützen in der hinteren Reihe. Außerdem soll die Lastausmitte der Stützendruckkraft variiert werden: Während die Belastung der Stützen links zentrisch erfolgen soll, werden die Stützen rechts mit großer Lastausmitte belastet und die dazwischen mit geringer Lastausmitte. Die drei Belastungsarten in anderer Darstellung. Neben den zentrischen Druckkräften auf alle Stützen wirken auf die mittlere und rechte Stütze zusätzlich noch ein kleines bzw. großes Biegemoment. An der mittleren Stütze wird das kleine Biegemoment durch eine kleine Lastausmitte bewirkt, die man mit e bezeichnet. An der rechten Stütze wird das große Biegemoment erzeugt, indem die Last an einem Kragarm weit außerhalb der Stützenachse angreift.
Alle drei Stützen haben die gleiche Dicke d. Die bezogene Lastausmitte e/d ist 0 bei der zentrischen Belastung. Sie wird 0,1 bei kleiner Lastausmitte und 3,5 wird bei großer Lastausmitte gewählt. Grundsätzlich bewirkt eine Last F im Abstand e zur Stützenachse in der Stützenmitte ein Biegemoment M = F mal e. Dieses Biegemoment erzeugt eine Auslenkung der Stützenachse um das Maß f. Um diese Strecke wird der Abstand der Last zur ausgelenkten Stützenmitte vergrößert, und entsprechend wächst das Biegemoment in der ausgelenkten Stützenmitte auf F mal e + f an. Dieses grundsätzliche Trag- und Verformungsverhalten soll zunächst an Schaumstoffmodellen mit großer Dehnungsübertreibung veranschaulicht werden. Mit lose übereinander gestapelten Schaumstoffquadern, zusammengehalten durch eine schwache Zugfeder, wird die geringe Betonzugfestigkeit gegenüber der hohen Betondruckfestigkeit simuliert. Die schwache
Zugfeder ersetzt hier die Stahlbetonbewehrung. Zunächst eine zentrisch belastete Stütze: Die Belastung erfolgt durch Bleischrot. Der Bruch der Stütze steht
kurz bevor. Doch auch nach dem Stauchen der Schaumstoffquader bleibt
die Stützenachse gerade. Die gleiche Schaumstoffstütze wird nun gering exzentrisch
belastet. Über den ganzen Stützenquerschnitt treten zunächst nur Druckspannungen auf. Das Biegemoment bewirkt eine Stabauslenkung, die ihrerseits das Moment in Stützenmitte weiter vergrößert.
Es entstehen Zugspannungen, angezeigt durch das Öffnen der Fugen. Die Biegesteifigkeit der Stütze wird dadurch stark vermindert.
Das Druckglied versagt rasch, obwohl erst 25 % der Bruchlast der zentrisch gedrückten Stütze erreicht sind.
In diesem Versuch ist die Lastausmitte groß.
Im Verhältnis zur großen Lastausmitte ist diesmal die Stabauslenkung klein. Der Bruch
durch Materialversagen steht unmittelbar bevor.
Die Last beträgt jetzt nur noch ca. 10 % der Bruchlast der zentrisch gedrückten Stütze.
Nun zu den realen Betonmodellen. Das ist die Bewehrung einer Stahlbetonstütze, die zentrisch belastet werden soll. Sie ist wie die Bewehrung aller weiteren Stützen mit vier Längsstäben, normaler Verbügelung und im Lasteintragungsbereich verdichteter Verbügelung ausgestattet. Die Bewehrung in der gedrungenen Betonstütze. Die Lasteinleitung erfolgt zentrisch über schneidengelagerte Kopfplatten.
Die Probe wird in einen Belastungsrahmen mit hydraulischer Presse eingebaut. Eine On-Line-Meßanlage registriert elektrisch die jeweilige Druckkraft
der Presse und die Verformung der Probe bis zum Bruch.
Der Bruch erfolgte schlagartig durch Materialversagen. Eine Wiederholung in Einzelbildern.
Der Beton wird allseitig abgesprengt. Weil die Stauchung fortgesetzt wird, knickt der Torso letztlich aus. Das zugehörige Diagramm, die Stabauslenkung f, in Abhängigkeit von der Prüflast Groß-F. Der Bruch der Probe 0 erfolgte ohne Stabauslenkung. Diese Bruchlast soll als Bezugsgröße für alle weiteren Belastungsversuche dienen. Es folgt ein Versuch mit schwach exzentrischer Belastung. Die bezogene Lastausmitte ist 0,1. Die Belastungskerbe ist deutlich außermittig.
Bei Last krümmt sich die Stützenachse und vergrößert damit die Ausmitte und die Stabauslenkung.
Der Bruch erfolgte wieder durch Materialversagen auf der stärker gedrückten Seite. Eine Wiederholung in Einzelbildern. Die Bruchlast der Probe 1 erreicht nur noch 90 % der Bruchlast von Probe 0. Der nächste Versuch erfolgt bei gleicher Lastausmitte an einer mäßig schlanken Stütze.
Die Stütze wird wegen ihrer größeren Länge stärker ausgelenkt als die gedrungene Stütze.
Der Bruch erfolgt wieder schlagartig durch Materialversagen.
Die Bruchlast der Probe 2 beträgt jetzt nur noch 65 % der Bruchlast von Probe 0.
Der nächste Versuch erfolgt bei gleicher Lastausmitte mit einer schlanken Stütze.
Die Stabauslenkung wächst bis zum Bruch rasch zu großen Werten an.
Zeitgedehnte Wiederholung. Der Druckstab
weicht nach Erreichen seiner maximalen Last schlagartig aus und wird erst danach zerstört, weil die Last nachfedert. Eine Wiederholung in Einzelbildern.
Die Bruchlast von Probe 3 beträgt nur noch 40 % der Bruchlast von Probe 0.
Als letzte wird die schlanke Stütze mit einer großen bezogenen Lastausmitte untersucht. Das ist die Bewehrung dieser Stütze. Die Kragarme sind überdimensioniert, damit der Bruch nur im normalen Stabbereich erfolgt.
Die Stütze im Belastungsversuch.
Hier überwiegt der Einfluß des Biegemoments deutlich dem der Normalkraft.
Bei steigender Last tritt eine große Stabauslenkung ein. Der Druckstab versagt durch Biegezugbruch.
Die Biegezugrisse werden nachgezeichnet.
Die Bruchlast beträgt bei Probe 4 nur noch 3 % der Bruchlast von Probe 0.
Die Ergebnisse der fünf untersuchten Stützentypen lassen sich folgendermaßen bewerten: Die Probe 0 erleidet bei zentrischer Belastung einen Materialbruch. Sie dient lediglich dem Vergleich mit den anderen Proben, weil in der Baupraxis absolut zentrische Lasten und ideale Randbedingungen wie im Labor nicht vorkommen. Bei den folgenden Proben wird eine ungewollte Ausmitte durch eine bezogene Ausmitte e/d = 0,1 berücksichtigt. Bei Probe Nr. 1 erfolgt der Bruch durch Materialversagen. Weil die Stabauslenkung klein ist, kann ein Knicksicherheitsnachweis entfallen. Die mäßig schlanke Probe Nr. 2 erleidet einen Materialbruch, wobei die Stabauslenkung im Vergleich zur Lastausmitte groß ist und nicht mehr vernachlässigt werden darf. Ein Knicksicherheitsnachweis ist deshalb erforderlich. Die schlanke Probe Nr. 3 erleidet einen Stabilitätsbruch, weil bei sehr großer Stabauslenkung das Gleichgewicht zwischen dem überproportional anwachsenden Biegemoment und dem Stabwiderstand vor Erreichen der Materialfestigkeiten verlorengeht. Ein Stabilitätsnachweis ist also erforderlich. Die schlanke Probe Nr. 4 erleidet bei der großen Lastausmitte einen Biegebruch, weil der Einfluß des Biegemoments den der Normalkraft überwiegt. Die Stabauslenkung ist zwar groß, doch bezogen auf die planmäßige Ausmitte ist sie zu vernachlässigen. Ein Stabilitätsnachweis ist deshalb nicht erforderlich. Wie die Bruchsicherheit nachzuweisen ist, hängt davon ab, ob das Gleichgewicht am unverformten System gebildet werden kann oder sich erst nach Steifigkeitsverlusten oder großer Verschiebung am verformten System einstellt.
Vereinfachte Verfahrensregeln hierzu findet man in den Stahlbetonvorschriften.
Druckglied
Computeranimation
Biegemoment
Stütze
Last
Beton
Kragarm
Biegemoment
Deformationsverhalten
Stütze
Last
Elektromagnetische Masse
Bruch
Flintenschrot
Gleichen <Burg>
Computeranimation
Stauchen
Computeranimation
Biegemoment
Moment <Physik>
Biegesteifigkeit
Stütze
Druckspannung
Stütze
Druckglied
Bruchlast
Computeranimation
Bruch
Computeranimation
Stütze
Last
Normal
Bruchlast
Lasteinleitung
Bewehrung
Computeranimation
Bruch
Deformation
Gedeckter Güterwagen
Stauchung
Beton
Einzelbild
Bruch
Bruchlast
Last
Computeranimation
Stütze
Einzelbild
Bruch
Bruchlast
Bruch
Bruchlast
Computeranimation
Stütze
Bruch
Computeranimation
Druckstab
Einzelbild
Last
Stütze
Kragarm
Bruch
Bruchlast
Bewehrung
Computeranimation
Stütze
Computeranimation
Biegemoment
Normalkraft
Druckstab
Last
Biegemoment
Bruchfestigkeit
Last
Bruch
Bruchlast
Normalkraft
Mahlgut
Statik
Computeranimation

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Stahlbeton-Druckglieder - Einführung zum Tragverhalten - 3. Stützen mit mäßiger und großer Schlankheit
Alternativer Titel Reinforced Concrete Supports - Introduction to Carrying Characteristics - 3. Columns of Moderate and Great Slenderness Ratio
Autor Malgut, Werner
Wolters, Peter
Steffens, Klaus
Lizenz Keine Open-Access-Lizenz:
Es gilt deutsches Urheberrecht. Der Film darf zum eigenen Gebrauch kostenfrei genutzt, aber nicht im Internet bereitgestellt oder an Außenstehende weitergegeben werden.
DOI 10.3203/IWF/C-1728
IWF-Signatur C 1728
Herausgeber IWF (Göttingen)
Erscheinungsjahr 1990
Sprache Deutsch
Produzent Institut für den Wissenschaftlichen Film (IWF)
Produktionsjahr 1988

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Technik
Abstract Stützen am Bauwerk und im Modell. Trickgraphik: Stützen mit zentrischer, schwach exzentrischer und stark exzentrischer Belastung und die sich einstellende Durchbiegung. Entsprechende Belastungsversuche bis zum Bruch an Modellstützen aus Schaumstoff und an gedrungenen, mäßig schlanken Modellstützen aus Stahlbeton. Vergleich der zugehörigen Belastungsdiagramme (Belastungsdruck/Stützenverformung) und Diskussion des Bruchverhaltens und der Knicksicherheit.
The fundamental physical phenomena involved in the supporting and breaking processes of reinforced concrete supports can only be studied under real conditions at enormous expense. The laboratory for experimental statics at the University of Bremen recorded breaking tests done on micro-concrete models of relatively narrow and very narrow concrete supports. The causes and effects of the narrowness of these supports and of their load eccentricity on the supporting characteristics of the concrete are shown in a test series, giving a "pre-mathematical" insight into the complex support characteristics of structures of this kind.
Schlagwörter Knicksicherheit / Stützen
Bruchverhalten / Stützen
Bautechnik / Stützen
building techniques / supports
breaking characteristics / supports
bending risk / supports

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