Auswertung

3.5 Bestimmung der Verbundspannung zwischen Gusseisen und Beton

Abb. 3.15:Versuchsaufbau für die Push–Out–Versuche mit Probe A2 nach der Belastung

Abb. 3.16:Probe A5, Reibspuren auf dem Betonkern

Abb. 3.17:Probe A5, Reibspuren auf dem Gussmantel

Probekörper der Serien A und B ein, die ohne Wiederbelastung getestet wurden und nach Abb. 3.19 für die Proben, die mit Ent– und Wiederbelastung getestet wurden. Die Ähnlichkeit zu den Versuchen vonVirdi (siehe Abb. 2.17 auf S. 26) ist augenscheinlich.

Für die Darstellung und Auswertung wurden die Kurven um einen Bereich anfänglicher Setzungen und Messungenauigkeiten aus Maschinenschlupf verschoben. Zu diesem Zweck wurde die Steigung mim deutlich linearen Bereich zwischen 100 kN und 200 kN ermittelt.

Unter der Annahme, dass diese Steigung auch im Bereich kleiner Kräfte konstant ist, wurde die Kurve ab einer Kraft von 100 kN in den PunktδF=100=100/mtransformiert. Für Probe A4 ist das beschriebene Vorgehen in Abb. 3.20 dargestellt.

Für alle weiteren Punkte auf der Kurve wurde davon ausgegangen, dass die Verschiebungen aus der Verformung der Prüfmaschine und der Lasteinleitungskonstruktion vernachlässig-bar klein gegenüber der Verschiebung des Betonkerns sind und somit eher der Relativ-verschiebung zwischen Betonkern und Gussmantel entsprechen. Ebenfalls vernachlässigt wurde bei der Messung der Kraft das Gewicht der Lasteinleitungskonstruktion, das wie die eigentliche Belastung durch die Presse über Verbundspannungen abgetragen werden musste. Diese zusätzlich Belastung betrug ungefähr 0,1 bis 0,7 kN und lag somit im Bereich der Messungenauigkeit. Da vor jedem Versuch eine Nullung der Kraft durchgeführt wurde, konnte bei der Auswertung der Ergebnisse auf die Berücksichtigung des Eigengewichts des Versuchkörpers und des Gewichts der Lasteinleitungskonstruktion verzichtet werden.

Exemplarisch ist die Vorgehensweise in Abb. 3.20 dargestellt.

Die Kurven der einzelnen Versuche sind in der auf die Verbundspannung bezogenen Darstellung qualitativ ähnlich. Dabei kann zwischen drei Bereichen unterschieden werden.

1. Im ersten Bereich erfolgt eine Verschiebung mit sehr großem Widerstand. Dieser Bereich erstreckt sich etwa bis zu einer absoluten Verschiebung von 0,7–1,0 mm.

Das Last–Verschiebungsverhältnis ist annähernd linear. Die Steigungen m liegen

3.5 Bestimmung der Verbundspannung zwischen Gusseisen und Beton

Abb. 3.18:Kraft–Weg–Diagramm für Serien A und B, Proben ohne Wiederbelastung

Abb. 3.19:Kraft–Weg–Diagramm für Serie B, Proben mit Wiederbelastung

Abb. 3.20:Diagramm zu Probe A4

zwischen 506 und 789. Maßgeblich für den Widerstand ist die Oberflächenrauhigkeit der Gussinnenoberfläche (microlocking).

2. Nach dem ersten Bereich flachen die Kurven zunehmend ab. Die Verzahnung ist zunehmend mechanisch zerstört.

3. Mehr oder weniger deutlich ausgeprägt schließt sich im Bereich größerer Verschie-bungen ein konstantes bis schwach ansteigendes Last–Verschiebungsverhalten an.

Das Ende des Versuchs erfolgte entweder durch Aufreißen des Gussmantels oder durch manuellen Abbruch. Das Aufreißen der Stütze erfolgte meist plötzlich und ohne Vorankündigung. Das Versagen wurde von einem lauten Knall begleitet. In der Regel erstreckte sich der Riss über die gesamte Länge der Probe. Deutlich ist in Abb. 3.15 der Riss im Gussmantel zu erkennen. Bei den Versuchen mit plötzlichem Versagen war der Verschiebewiderstand immer noch deutlich ausgeprägt. Das Verhalten hier lässt sich gut mit dem Modell desmacrolocking erklären. Die ausgeprägten geome-trischen Imperfektionen behindern den Betonkern kontinuierlich am Durchrutschen.

Das Erreichen der Zugfestigkeit des Gussmaterials infolge der Querdehnung des Betons oder durch Aufdrücken infolge von ausgeprägten Oberflächenstörungen stellt hier das Grenzkriterium dar.

Neben den Versuchen mit kontinuierlicher Belastung fanden drei Versuche mit wiederholter Be– und Entlastung statt. Zwei Versuchskörper wurden bis ca. 500 kN belastet, ein weiterer bis 1000 kN. Nach der vollständigen Entlastung erfolgte eine Wiederbelastung jeweils über die ursprüngliche Belastung hinaus. Dieser Vorgang wurde bei allen drei Versuchen

3.5 Bestimmung der Verbundspannung zwischen Gusseisen und Beton

mehrmals wiederholt. Abb. 3.19 zeigt die Last–Verschiebungskurven.

Die Kurven ähneln denen der anderen Versuche. Der grundsätzliche Verlauf mit den drei Bereichen konnte auch hier nachgewiesen werden. In jedem Wiederbelastungsast ist auch die anfänglich sehr große Verformungszunahme bei kleinen Laststeigerungen zu sehen.

Entlastungskurve und Wiederbelastungskurve verlaufen beinahe parallel, was auf einen Schlupf bei der Wiederbelastung hindeutet. Nähert sich die Last dem ursprünglichen Niveau geht der Verlauf der Last–Verschiebungskurve wieder in die typische Form über.

Dieses Einschwenken erfolgte abrupt und in der Regel kurz vor dem Erreichen der ur-sprünglichen Belastung. Die Versuche mit mehreren Entlastungen bei unterschiedlichen Verschiebungen haben gezeigt, dass das Verhalten unabhängig vom Bereich ist, in dem die sich die Belastung gerade befindet.

Zur Bestimmung der GrenzverbundspannungτR wurde wegen des nicht klar abgrenzbaren Übergangs vom Haftverbund zum Reibverbund auf die Idee vonVirdi zurückgegriffen. Als Grenzdehnung in der Verbundfuge wurde der für die Grenzdruckstauchung des Betons übliche Wert von 3,5⁰/00 gewählt. Die zu dieser Relativverschiebung in der Verbundfuge gehörige Kraft ließ sich aus den Diagrammen ermitteln. Bei allen Versuchen lag der somit bestimmte Grenzpunkt im Bereich des Haftverbundes. Bezogen auf die Verbundfläche ergaben sich für die Proben die in Tab. 3.8 zusammengestellten Werte für die Grenzver-bundspannungen.

Tab. 3.8:Auswertung der Versuche Probe m Kraft Weg max.τ τ_3,5

[–] [kN] [mm] [N/mm²] [N/mm²]

A1 636,9 625,7 1,083 6,29 3,54 A2* 654,5 611,4 1,053 10,85 3,55 A3 359,0 224,7 0,662 6,78 2,07 A4 797,7 455,5 0,797 6,51 3,46 A5 508,4 363,5 0,781 6,53 2,82 A6 692,8 393,2 0,777 6,35 3,09 B1 426,9 265,4 0,735 7,21 1,84 B2 473,9 280,2 0,677 6,95 2,13 B3 506,3 410,4 0,936 6,27 2,27 B4 759,4 544,8 0,932 6,57 3,02 B5 624,3 494,6 0,942 6,48 2,69 B6 511,7 456,8 0,946 7,04 2,50

*: in der Auswertung für max.τnicht berücksichtigt

Mittelwertµ 6,633 2,748

Standardabweichungσ 0,317 0,598 µ−1,64σ 6,113 1,768

Die bei Probe A2 erreichten Werte für max.τ liegen deutlich über denen der restlichen Probe. Dies könnte an der schon vorher festgestellten Wulst liegen, die ein direktes Absetzen des Betons auf den Gusskörper ermöglichte bzw. bei einer Relativverschiebung eine zusätzliche Einzwängung des Betonkerns erforderte. Bei den Auswertungen für max.

τ wurde daher dieser Versuch nicht mit einbezogen. Da die Anfangssteigung m jedoch unabhängig von der erreichten Maximalkraft ist wurde die Probe A2 für die Ermittlung von

τ_3,5mit berücksichtigt.

Die insgesamt hohen Werte für die ermittelten Verbundspannungen lassen sich haupt-sächlich durch den Einfluss der sehr rauen Innenoberfläche erklären. Verglichen mit den Werten für ausbetonierte Stahlprofile liegen die Werte um ein Vielfaches höher. So wird bei-spielsweise in [79] ein Mittelwert für die maximale Verbundspannung der durchgeführten Versuche von etwaτu=1,05N/mm²angegeben. Die Werte für den ReibverbundτR liegen noch darunter. Der Wert fürτuwird bei den hier durchgeführten Versuchen mit Gussstützen selbst bei einer zugrundegelegten Dehnungsbeschränkung weit übertroffen. Auffallend ist die große Standardabweichung für die Bestimmung der Grenzverbundspannungτ3,5. Ursachen dafür können in der sehr unterschiedlichen Beschaffenheit der Innenoberfläche gesehen werden, die in Folge des Gießprozesses „zufällig“ entstanden ist. Dies macht sich auch in den streuenden Anfangssteigungenmbemerkbar.