Konzeption und Durchführung der Balkenversuche - Zusammenfassung der Versuchsresultate

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Working Paper

Konzeption und Durchführung der Balkenversuche - Zusammenfassung der Versuchsresultate

Author(s):

Ammann, Jakob Walter; Mühlematter, Martin; Bachmann, Hugo Publication Date:

1982

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https://doi.org/10.3929/ethz-a-000274740

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ETH Library

artiger Beanspruchung Teil 2

Konzeption ^und Durchführung der Balkenversuche, ^Zusammen¬

fassung ^der Versuchsresultate

WalterAmmann Martin Mühlematter

Hugo

^Bachmann

Dezember1982 Bericht Nr.7709-2

Birkhäuser

Verlag

^{Basel Boston}

Stuttgart

Institut für Baustatik undKonstruktion ETH Zürich

Ammann, Walter:

VersucheanStahlbeton und

Spannbetonbalken

unterstossartiger

Beanspruchung

^{/vonWalterAmmann;}

Martin Mühlematter;

Hugo

^Bachmann.

Basel; Boston;

Stuttgart:

^Birkhäuser

(Bericht/Institutfür Baustatik undKonstruktion, ETH-Zürich;Nr. 7709-2)

NE: Mühlematter,Martin:; Bachmann,Hugo:;

Institut für Baustatik und Konstruktion

<C

^Zürich

>

; Bericht

Teil2. Konzeption ^und

Durchführung

^der Balkenversuche,

Zusammenfassung

^{derVersuchs¬}

resultate.^- 1982.

ISBN3-7643-1485-0

Nachdruck verboten.

Alle Rechte, insbesondere das der

Übersetzung

^infremdeSprachen^und der Reproduktion^aufphotostatischem

Wege

^{oder durch}Mikrofilm, vorbehalten.

©

1982 Birkhäuser

Verlag

^Basel ISBN3-7643-1485-0

Teil 2

Konzeption ^und Durchführung ^der Balkenversuche, Zusammenfassung der Versuchsresultate

Dipl. Ing.

Walter Ammann

Dipl. Ing.

^MartinMühlematter

Prof. Dr.

Hugo

Bachmann

Institutfür Baustatik und Konstruktion

Eidgenössische

Technische Hochschule Zürich

Zürich Dezember1982

Teil 1:

Zugversuche

^an

Bewehrungs-

^und

Spannstahl

^{mit erhöhter}

Dehngeschwindigkeit.

Bericht Nr.

7709-1,

Juni 1962.

Teil 2:

Konzeption

^und

Durchführung

^der Balkenvsrsuche,

Zusammenfassung

^{der Versuchs¬}

resuitate.

Bericht Nr.

7709-2,

Dezember 1982.

Teil 3: Versuchsresultate der Balken P1, P2 und B1 bis B8.

Bericht Nr. 7709-3,Dezember 19S2.

(Auf

Anfrage

erhältlich: Institut für Baustatik und

Konstruktion, ETH-Hönggerberg,

Sekretariat HIL E 13.3, CH-8093 Zürich)

Teil 4: Versuchsresultate der Balken B9 bis B21.

Bericht Nr. 7709-4, Januar 1983.

(Auf Anfrage

erhältlich: Institut für Baustatik und

Konstruktion, ETH-Hönggerberg,

Sekretariat HIL E

13.3,

CH-8093 Zürich)

Teil 5: Verhalten von

zweifeldrigen

Stahlbetonbalken bsi Ausfall einer

Unterstützung.

Bericht Nr.

7709-5,

März 1983.

1.

Einleitung

¹

1.1

Allgemeines

¹

1.2

Zielsetzung

²

2. Generelles

Versuchskonzept

⁴

2.1

Versuchsanordnung

⁴

2.2 Parameterstudien 4

2.3

Modellgesetze

⁵

2.4

Umfang

^und zeitliche

Abwicklung

^{der Versuche 6}

3. Versuchsbalken 7

3.1

Allgemeine

^{Merkmale der} Versuchsbalken 7

3.1.1

Balkenabmsssungen

⁷

3.1.2 Schlaffe

Bewehrung

⁸

3.1.3

Vorgespannte Bewehrung

⁸

3.1.4

Lasteinleitungsplatte

8

3.1.5 Zusatzmassen

3.1.6

Herstellung, Lagerung

⁹

3.1.7

Vorspannen

^und

Injizieren

9

3.2 Baustoffe 10

3.2.1 Beton 10

3.2.2

Injektionsgut

¹⁰

3.2.3 Schlaffer

Bewehrungsstahl

¹¹

3.2.4

Spannstahl

11

3.2.5 Einfluss der

Dehngeschwindigkeit

^auf die Materialkennwerte 11 3.2.6 Materialkennwerte für die

Planung

und

Auswertung

der Versuche 12

3.3

Detailplanung

der einzelnen Versuchsbalken 13

3.3.1

Allgemeines

13

3.3.2 Pilotbalken P1 und P2 15

3.3.3 Versuchsserie 1; Balken B1 bis B8 16

3.3.4 Versuchsserie 2: Balken B9 bis B21 17

4.

Durchführung

^und

Auswertung

^{der Versuche} 19

4.1

Versuchsanlage

19

4.2 Prüfart 19

4.3

Messungen

20

4.3.1

Durchgeführte Messungen

20

4.3.2

Messeinrichtungen

20

4.4

Datenerfassung

22

4.4.1 Uebersicht ₂₂

4.4.2 Lochstreifen 22

4.4.3 Filmaufnahmen ₂₃

4.4.4 UV-Schreiber 23

4.4.5

PCM-Anlage

23

4.5 Auswerteverfahren 25

4.5.1

Deformetermessungen

25

4.5.2 Nivellement 25

4.5.3 Filmaufnahmen 26

4.5.4

Ausschwingversuche

27

4.5.5 PCM-Daten 27

5. Versuchsresultate 31

5.1

Einleitung

31

5.2

Darstellung

^der Versuchsresultate ₃₁

5.2.1 Grundsätzliche

Gliederung

31

5.2.2

Beispiel

^einer

Resultat-Darstellung

32

5.3

Vergleichende Zusammenstellung

^der Versuchsresultate 38

5.3.1

Einleitung

38

5.3.2

Aufprall-

und

Gelenkreaktionen, Beschleunigungen

39

5.3.3

Verformungsverhalten

^{der Balken} 42

5.3.4

Resttragfähigkeit

der Balken 47

6.

Energiebetrachtungen

6.1

Einleitung

6.2

Energieanteile

6.2.1 Potentielle

Energie

6.2.2 Kinetische

Energie

6.2.3

Energieaufnahme

^im

Aufprallelement

6.2.4 Plastische

Energieaufnahme

^{im Balken} 6.2.5 Elastische

Formänderungsenergie

^{der Balken} 6.2.6

Energiebilanz

6.3 Plastische

Energieaufnahme

^{der Balken}

6.4

Energieaufnahme

^im

Aufprallelement

6.5 Elastische

Formänderungsenergie

^{der Balken}

51

51 51 51 52 53 53 54 54 55 56 56

Zusammenfassung

^und

Folgerungen

Resume et conclusions

Summary

^and Conclusions

Verdankungen

Bezeichnungen

Literaturverzeichnis Tabellen

Bilder

57 61 65 68 69 73 75 98

Anhang

¹

Anhang

²

Anhang

³

Parameterstudien

Modellgesetze

Evaluation der

Aufprallelemente

A1-1 A2-1 A3-1

1.1

Allgemeines

Die Kenntnisse über das Verhalten von

Tragkonstruktionen

^{aus Stahlbeton und}

Spannbeton

unter statischer

Belastung

^{sind durch eine}

jahrzehntelange,

^intensive

Forschungstätigkeit

auf einen sehr hohen Stand

gebracht

^{worden, so dass sich der}

praktisch tätige Bauingenieur

in den meisten Fällen auf wissenschaftlich

abgesicherte Bemessungsregeln

^{stützen kann.}

Dies

gilt

^{sowohl für}

Materialbeanspruchungen

^{im linear} elastischen als auch im

plastischen

Bereich sowie bei

Interaktionswirkungen infolge

^von Schnittkraftkombinationen

(Biege¬

moment ^- Normalkraft ^-

Ouerkraft

^- Torsion). Bei

dynamischer Belastung

^von Stahlbeton- und

Spannbetontragkonstruktionen hingegen

^{ist das für eine sichere und}

zugleich

wirtschaft¬

liche

Bemessung

erforderliche Wissen noch sehr lückenhaft. Die

Ermittlung

der Schnittkräfte kann zwar auch bei grossen Strukturen durch eine

dynamische Analyse

^mit

ComputerprogrammBn

für eine bekannte harmonische oder nicht harmonische

Belastung

^und insbesondere für linear elastisches Materialverhalten

zuverlässig durchgeführt

^{werden. Falls aber die}

Beanspruchun¬

gen derart hoch werden, dass grosse bleibende

Verformungen ^auftreten,

^{stossen die Ermitt¬}

lung

^der Schnittkräfte und die

Bemessung

^auf

erhebliche,

z.T. noch

ungelöste

^Probleme.

Die

Notwendigkeit

^der

Grundlagenforschung

^auf dem Gebiet der nichtlinearen

Dynamik

^ist durch verschiedene aktuelle

Problemstellungen

^{erwiesen. Als}

Beispiele

seien hier der Auf¬

prall

^eines

Flugzeugs

^{auf ein}

Reaktorgebäude ^(Lastfall Flugzeugabsturz),

^die

Explosions¬

druckwelle auf einen Schutzraum, oder etwa auch der Ausfall einer Brücken- oder Hochbau¬

stütze

infolge

^eines

aufprallenden Fahrzeugs

^{erwähnt. Letzteres ist die Ursache} für ein mit dem Ausdruck

"progressiver Kollaps"

bezeichnetes

Phänomen,

welches zum sukzessiven Einsturz eines ganzen Bauwerks führen kann, obwohl die

eigentliche Versagensursache

ⁱⁿ einer nur örtlichen

Ueberbeanspruchung

^{eines einzelnen Bauteils}

liegt.

Die

genannten

^{Lastfälle haben als}

gemeinsame

^Merkmale:

- Kurze

Lastanstiegszeit,

^{d.h. hohe}

Beanspruchungsgsschwindigkeit

^im

Tragsystem.

- Hohes Lastniveau

mit

kürzerer oder

längerer Einwirkungsdauer,

^{so dass z.T. sehr}

grosse

plastische Verformungen

^und grosse Nichtlinearitäten

bezüglich

^{Material und} Geometrie auftreten können.

- Es sind

Katastrophenfälle,

^{d.h. es können im}

allgemeinen

^{erhebliche Schäden in Kauf} genommen werden, ein

vollständiger Kollaps

^des

Tragsystems

^{sollte aber meist ver¬}

hindert werden.

Die

unbefriedigende

^{Kenntnis über das Verhalten}

stossartig

^belasteter

Tragkonstruktionen

hat weltweit eine intensive

Forschungstätigkeit ausgelöst.

^{Während sich} noch

lange

^Zeit nach dem Zweiten

Weltkrieg praktisch

^die

gesamte Stossforschung

^{auf dem Gebiet der Bau¬}

technik auf die Bereiche des zivilen und militärischen Schutzraumbaus konzentrierte

[1, 2], erfolgte

ⁱⁿ

jüngster

^Zeit eine umfassende

Ausweitung

^{auf den Bereich des} kerntechnischen

Ingenieurbaus,

insbesondere auf die

Erforschung

^{des Lastfalls}

Flugzeugabsturz

^{auf Reaktor-}

gebäude [3,

4, 5, 6,

7].

^{In neueren}

experimentellen Untersuchungen

^an Stahlbetonkonstruk¬

tionen

zeigte

^{sich als Phänomen, dass bei hohen}

Beanspruchungsgeschwindigkeiten

^{ein im}

Vergleich

^{zu statischer}

Beanspruchung

^{deutlich erhöhter}

Tragwiderstand

^{und im}

allgemeinen

eine erhebliche Zunahme der

Verformungsfähigkeit

beobachtet werden können. Dies

hängt

^u.a.

damit _zusammen, dass bei einer

stossartigen Beanspruchung

^die

Dehngeschwindigkeiten

^der betroffenen Materialien Stahl und Beton stark erhöht

sind,

^was sich in einer beachtlichen

Festigkeitszunahme

und einem stark zunehmenden

Dehnvermögen

^{auswirken kann. Da} durch das

Integral

^der

Tragwiderstands-Verformungs-Funktion

^{eines Bauteils dessen}

Energieaufnahme¬

vermögen

beschrieben

wird,

ist die Kenntnis der

dehngeschwindigkeitsabhängigen

Material¬

kennwerte von grossem Interesse. An verschiedenen Instituten sind zur

Klärung

^dieser

Noch

weitgehend

unerforscht ist das Verhalten

stossartig beanspruchter

^{Bauteile unter} kombinierter

Beanspruchung.

^{Sowohl das} Momenten/Schub- als auch das Momenten/Normalkraft- Verhältnis

spielen

^bei

Tragsystemen

^mit

Durchlaufträgerwirkung

^eine grosse

Rolle,

bei denen

beispielsweise

^eine

Unterstützung infolge Fahrzeugaufpralls

^oder

Explosion

^usw.

ausfällt.

Lösungsansätze

^{bestehen erst für}

Tragkonstruktionen

^{aus Stahl}

[8].

Eine

befriedigsnde Nachrechnung

^{von Resultaten aus} Stossversuchen mit Hilfe von

Computer¬

programmen ^war bis

jetzt

^nur

bedingt möglich.

^{Es müssen nämlich sowohl}

aufwendig

^formu¬

lierte Materialverhalten

(z.B.

Einfluss der

Dehngeschwindigkeit, Belastungs-

^{und Ent¬}

lastungsgeschichte)

^{als auch} grosse

geometrische

Nichtlinearitäten

berücksichtigt

^werden

können. Probleme

zeigen

^{sich auch bei der}

Modellierung

einer Struktur für die Nachrech¬

nung mittels

Computer,

^{da weder der}

Speicherplatzbedarf

^{noch die}

benötigte

^Rechenzeit

gewisse

^- unter Umständen auch durch ökonomische

Ueberlegungen festgelegte

^- Grenzen über¬

schreiten können.

Am Institut für Baustatik und Konstruktion (IBK) ^der

Eidgenössischen

Technischen Hoch¬

schule Zürich

(ETHZ)

wurde 1977 mit einem

Forschungsprojekt begonnen,

das zur

Klärung einiger

^{der erwähnten}

Problemstellungen beitragen

^{soll. Bei dem im}

folgenden dargestellten Versuchskonzept

^werden Stahlbeton- und

Spannbetonbalken stossartig beansprucht,

^{wobei die} für den

Verformungs-

^und

Bruchvorgang benötigte Energie

^{durch die Balken selbst durch} Fallenlassen aus einer erhöhten

Lage

^{auf ein}

Aufprallelsment

gewonnen wird (Bilder 1 bis 4). Dieses

Konzept

^ist

neuartig

^und eher

ungewöhnlich,

^{wird doch die} Last bei den bekann¬

ten,

an anderen

Forschungsinstituten

laufenden Stossversuchen mittels

servohydraulischer

Pressen

[3, 7]

oder mittels

Fallgewichten [4,

5,

6]

^{auf einen ruhenden}

Probekörper

^auf¬

gebracht.

Die Versuche

(insgesamt

⁹⁷ Fallversuche an 23 einfachen Balken) wurden durch das IBK ge¬

plant

^und

ausgewertet. Durchgeführt

^{wurden sie durch die}

Abteilung

^Massivbau der

Eidge¬

nössischen

Materialprüfungs-

^und Versuchsanstalt (EMPA) in Oübendorf.

1.2

Zislsetzung

Die Ziele des

Forschungsprojektes

^{lassen sich wie}

folgt

charakterisieren:

1.

Experimentelle Untersuchungen

^des

Verformungs-

^und Bruchverhaltens und des daraus resultierenden

Energieaufnahmevermögens

^von Stahlbeton- und

Spannbetonbalken

^unter ein- oder

mehrmalig aufgebrachter stossartiger Belastung.

2.

Entwicklung

^von

Berechnungsmodellen

^{für eine}

möglichst

wirklichkeitsnahe

Erfassung

des Stossverhaltens von Stahlbeton- und

Spannbetonbauteilen.

3.

Entwicklung

vereinfachter

Berechnungsmodelle

^zur

näherungsweisen Erfassung

^{des Stoss¬}

verhaltens vo/i Stahlbeton- und

Spannbetonbauteilen.

Diese umfassende

Zielsetzung

^{führte zu einer}

Aufteilung

^der

experimentellen

Untersuchun¬

gen in:

a) Bauteilversuche, d.h. Fallversuche an Stahlbeton- und

Spannbetonbalken

^{mit Rechteck¬}

oder

Plattenbalken-Querschnitt.

b) Materialversuchs, d.h.

Zugversuche

^an

Bewehrungs-

^und

Spannstahl

^bei unterschiedlicher

Dehngeschwindigkeit.

fassend

dargestellt.

^Im

vorliegenden

^{Textband wird die}

Konzeption, Durchführung

^{und Aus¬}

wertung

^{der Versuche} ausführlich beschrieben und

dokumentiert,

während in den beiden Resultatbänden ^-

aufgeteilt

^{nach den beiden} Versuchsserisn ^- pro Balken eine kurze Be¬

schreibung

der erhaltenen Resultate,

gefolgt

^von einer detaillierten

Darstellung

^ver¬

schiedenster Versuchsresultate

(Pläne, Fotos, Diagramme, Computerzeichnungen, etc.),

^ent¬

halten sind.

Das Ziel der Materialversuche war die

Ermittlung

^der

Kenngrössen Streckgrenze, Zugfestig- ksit, Gleichmassdehnung

^und

Bruchdehnungen

^für

Dehngeschwindigkeiten

^{zwischen e ¦ 1-10}-5 und

ungefähr

^{5*10 pro Sekunde. Im weiteren} interessierte vor allem die

Ermittlung

^voll¬

ständiger Spannungs-Dehnungs-Diagramme

^für

^erhöhte,

^{über den} ganzen Dehnbereich konstante,

Dehngeschwindigkeiten.

^Die

Ergebnisse

^{dieser Versuche werden im}

vorliegenden

^{Bericht aus¬}

zugsweise

^{im Abschnitt 3.2}

dargestellt.

^Eine ausführliche

Darstellung

^{findet sich in}

[11].

2.1

Varsuchsanordnung

Für die Bauteilversuche wurde die aus dsn Bildern 1 und 2 ersichtliche

Versuchsanlage

verwendet

(vgl.

^{auch Abschnitt 4.1).}

Ein Balken mit

unterschiedlicher Gesamtlänge

^{L ist} auf der einen Seite vertikal drehbar in einem Gelenk

aufgehängt

^{und kann auf} der anderen Seite mit Hilfe eines Krans bis auf eine

gewünschte

^{Fallhöhe H}

hochgezogen

^werden

(Bild 3).

Die Stützweite 1 ist

gegenüber

der

Gesamtlänge

^{L stets 0.30 m kürzer. Mit einer}

Ausklinkvorrichtung

^{kann der Balken}

prak¬

tisch

erschütterungsfrei

^{vom Kranhaken}

gelöst

^{werden, wonach er mit dem freien Ende auf}

ein

Aufprallelement aufschlägt.

^Die

js

^{nach den}

Versuchsparametern

^{zum Teil} sehr grossen

Verformungen

^{(Bild 4a) und ein} eventueller Bruch der

Längsbewehrung

^{(Bild 4b) entstehen}

innsrt Sekundenbruchteilsn.

Dsr wessntliche Vorteil dieser

Versuchsanordnung gegenüber

^den

eingangs

^{erwähnten Stoss¬}

versuchen mit

servohydraulischen

^{Pressen oder mit}

Fallgewichten liegt

darin, ^{dass die} auf den Balken einwirkende Stosskraft weit entfernt ^vom stärkst

beanspruchten

^Balkenteil

angreift,

^{so dass dis}

Vsrformungs-

und

Bruchvorgänge

ⁱⁿ diesem Balkenteil ohne

jegliche

Fremdeinflüsse (kein lokales

Eindringen

^des Pressenkolbens oder des

Fallgewichtes

^{in den}

Beton,

^so dass dis Art des Bruches

unabhängig

^von der Form des

Fallgewichtes,

^{etc.) stu¬}

diert werden können. Im weiteren ist dis

Anlage

^{mechanisch einfach und}

billig

^{im Bstrisb.}

Dissen Vorteilen steht

allerdings

^{der Nachteil einer - im}

Vergleich

^{zu den oben erwähnten}

Stossversuchen ^-

weniger

übersichtlichen

Beanspruchung gegenüber.

^{Zudem sind}

Messungen

zur

Ermittlung

^{des zeitlichen}

Verformungsverlaufs

^{über den}

gesamten

^{Balken sehr}

aufwendig.

2.2 Parameterstudien

Bedingt

^{durch die}

Neuartigkeit

^der

Problemstellung

^{und das Fehlen von Literatur über}

Forschungsarbeiten

^{mit ähnlicher}

Zielsetzung

^oder gar ähnlicher

Versuchsanordnung,

^wurde

zu

Beginn

^eine umfassende Parameterstudie

durchgeführt.

Das breite

Spektrum möglicher Einflussgrössen

^{wurde dabei in die beiden}

Gruppen

-

Widerstandsparameter

-

Dynamische

^Parameter

unterteilt. Dadurch sollten Widerstandsseite und

Belastungsseite

^{- sowBit}

überhaupt möglich

^-

auseinandergehalten

^werden.

Als

Widerstandsparameter

^{wurden alle}

Einflussgrössen bezeichnet,

welchs den

Tragwiderstand

und die

Verformungsfähigksit

^{dsr Balken} beeinflussen. Als

dynamische

Parameter wurden in erstsr Linie

jsns Einflussgrössen

bszeichnet. welche die

Beanspruchungsseite

charakteri¬

sieren,

wobei wegen des

dynamischen Vorgangs

^{die mit den}

Trägheitskräften

verbundenen Parameter

massgeblich bsrücksichtigt

^{werden müssten.}

Widerstandsparameter:

- Querschnittsform

-

Bewehrungsgehalt

^und

Bewehrungsanordnung (Längsbewehrung, Bügelbewehrung)

-

Vorspanngrad

- Stahlsorte

-

Betonqualität

- Balkenmasse

-

Aufprallelement (Kraft-Weg-Charakteristik)

- Prüfart

(ein-

oder

mehrmaliges

Fallenlassen des

Balkens)

- Fallhöhe

Im weiteren existieren

Parameter,

die nicht

eindeutig

^{der einen} oder der anderen

Gruppe zugeordnet

^werden

können,

z.B. der Einfluss der unter

dynamischer Beanspruchung

^erhöhten

Festigkeit

^und

Dehnfähigkeit

^von Stahl und

Beton,

oder etwa das

Dämpfungsverhalten

^der Balken in

Abhängigkeit

^der

Beanspruchungshöhe,

^usw.

Die

durchgeführten

Parameterstudien sind im

Anhang

¹

(Parameterstudien) auszugsweise

^dar¬

gestellt.

^Als

wichtigste

^{und daher in den Versuchen}

hauptsächlich

^{variierte Parameter}

gehen

^{daraus hervor:}

-

Längsbewehrungsgehalt

- Balkenmasse

- Prüfart

- Fallhöhe

- Querschnittsform

-

Vorspanngrad

Nur vereinzelt wurden variiert:

- Stahlsorte

-

Balkenlänge

-

Aufprallelement (Ringfederpuffer

^oder

Stossdämpfer)

In Bild 5 ist eine

Zusammenstellung

^dsr

insgesamt

²³ Versuchsbalken (Balken

P1, P2,

B1 bis B21) mit den variierten Parametern

aufgeführt.

2.3

Modellgesetze

Im Hinblick auf die

Möglichkeit,

die Erkenntnisse aus dem

vorliegenden Forschungsprojekt

auch auf

grössere

^Bauwerke anzuwenden

(z.B.

Ausfall einer Brückenstütze nach einem Fahr¬

zeugaufprall),

^wurden

vorgängig umfangreiche

^{Studien über die}

Modellgesetzmässigkeiten durchgeführt.

^An dieser Stelle sollen nur die

wichtigsten Aspekte zusammengefasst

^werden, Eine ausführlichere

Behandlung

^{ist im}

Anhang

²

(Modellgesetze)

^enthalten.

Bei diesen Studien

zeigte

sich, dass modellmassstäbliche Versuche mit Balken unter stoss¬

artiger Beanspruchung

^{- unter}

Beibehaltung

^der

gleichen

Materialien wie in Wirklichkeit ^- nur unter

Verletzung

^bestimmter

Modellgesetze durchgeführt

^werden können. Daher wurde

angestrebt,

^die

Versuchskorper

^{in einem}

geometrisch möglichst

grossen ^{Massstab auszu¬}

bilden, und es wurde zudem darauf

geachtet,

^{dass nur}

weniger wichtige Einflussgrössen

nicht

streng

massstäblich

abgebildet

^{wurden. Dies war}

allerdings

^{nicht in allen Fällen}

möglich.

Die

insgesamt

^{23 Balken wurden in vier}

Etappen geprüft,

^{wobei in einer ersten}

Etappe

zwei Pilotbalken (P1 und P2),die

eigentliche Versuchsanlage

^{sowie die Mess- und}

Registrier¬

einrichtungen getestet

^{wurden. Nachdem}

gewisse Anpassungen

^und

Verbesserungen

^an

Anlage

und

Einrichtungen

vorgenommen ^waren, wurden in drei weiteren

Etappen

^{eine erste und eine} zweite Serie von

insgesamt

^{21 Balken} (B1 bis B21)

geprüft.

Zeitliche

Abwicklung

dBr Versuche Pilotversuche

1. Serie

2. Serie, Teil 1 2. Serie, Teil 2

2 Balken

Oktober/November

1978 8 Balken

Mai/Juni

1979

8 Balken Oktober 1979/Januar 1980 5 Balken November/DezBmber 1980

Zur

Kennzeichnung

^{der einzelnen} Versuche, insbesonders zur

Unterscheidung

bei

mehrmaligem

Fallenlassen

(Prüfart),

wurden den

Balkenbezeichnungen P1,

^P2

(Pilotversuche)

und B1-B21

(Balkenversuche) jeweils

^{noch die} Versuchsnummern

beigefügt.

^{Z.B. bedeutet B7.5:} 5. Ver¬

such mit dem Balken B7.

3.1

Allgemeine

^Merkmale der Versuchsbalken

In Bild 5 sind die

wichtigsten

^{Daten über}

Querschnittsform

der Balken,

Längsbewehrungs¬

gehalt, Vorspanngrad,

Stahlsorte,

Balkenlänge,

Balkenmasse,

Aufprallelement

^{und Prüfart}

zusammengestellt.

^{Die Bilder 6 bis 8 enthalten in}

Schalungs-

^und

Bewehrungsplänen,

ⁱⁿ einer

Zusammenstellung

^{mit allen} verwendeten

Querschnitten

^{und deren}

Bewehrung

^{sowie in} verschiedenen Fotoaufnahmen detaillierte

Angaben

^{zu diesen} Parametern.

3.1.1 Balkenabmessungen

Mit den Versuchen sollte in erster Linie das

Verformungs-

und Bruchverhalten von Stahl¬

beton- und

Spannbetonbalken

^unter

stossartiger Beanspruchung

^{untersucht werden. Da die}

Eigenfrequenzen (abhängig

^von Balkenmasse,

Balkensteifigkeit

^und

Balkenlänge)

^ebenfalls einen Einfluss auf das Verhalten der Balken haben, ^und damit aus der

durchgeführten

^Unter¬

suchung möglichst praxisnahe Folgerungen

gezogen ^werden sollen, wurden mit den Versuchs¬

körpern Grundfrequenzen

^{zwischen 2 und 3 Hz}

angestrebt.

^{Dieser Bereich}

entspricht

unge¬

fähr den im Brücken- und Hochbau auftretenden

Grundfrequenzen.

Aufgrund

^dieser

Randbedingungen

^{und der in Abschnitt 2.3 erwähnten}

Ueberlegungen

^{zu den}

Modellgesetzen (Anhang ^2),

^{wurden die}

folgenden,

^{in den Bildern 6a und 6b}

dargestellten Balkenabmessungen gewählt:

-

Rechteckquerschnitt

^{(Bild 6a):}

Stützweite 1 ^» 7.85 m

Gesamte

Balkenlänge

^{L » 8.15 m}

Balkenbreite b ^¦ 0.40 m

Balkenhöhe h ^- 0.30 m

Ausnahmen:

Balken B19 1 ^- 5.45 m

L ^- 5.75 m

übrige Abmessungen

unverändert

Balken B20

1-11.45

m

L ^- 11.75 m

übrige Abmessungen

unverändert

-

Plattenbalkenquerschnitt

(Bild

6b):

Stützweite 1 ^- 7.85 m

Gesamte Balken

länge

^{L = 8.15 m}

Plattenbreite b ^- 0.90 m

Stegbreite

^{b - 0.15 m}

Balkenhöhe h ^m 0.30 m

Plattenstärke d

0

• 0.10 m

Der

Plattsnbalkenquerschnitt

^{wurde so}

ausgebildet,

^{dass sich die}

gleiche

Masse pro

Längeneinheit ergab

^{wie beim}

Rechteckquerschnitt.

Damit bei der

Versuchsanlage

^{für alle} Balkan immer das

gleiche

^{Gelenk verwendet werden}

konnte,

wurde der

Plattenbalkenqusr-

schnitt im Gslsnkbsreich in den normalen

Rechtsckquerschnitt übergsführt.

Beim vorge¬

spannten

Plattenbalken B18 müsste der

Steg

^{zudem im}

Aufprallbereich

^{von 0.15 m auf} o.23 m verbreitert werden, ^damit der

Kopf

^{der festen}

Spanngliedverankerung unterge¬

bracht werden konnte.

insgesamt Längsbeweh¬

rungsgehalte lagen

^{zwischen u « 0.21% und 1.43%}

(vgl.

^Bild 5). Der

Druckbewehrungsgehalt betrug

^{bei sämtlichen} Rechteckbalken u' ^¦ 0.20%, bei den Plattenbalken war er konstruk¬

tiv

bedingt

^und

betrug u1

^{* 0.14%.}

Bild 7a

zeigt

^{eine Uebersicht über die} Querschnitte der einzelnen Balken, die

Längsbe¬

wehrungen

^{und das}

gemäss

^{den in Abschnitt 3.2.6}

getroffenen

^{Annahmen berechnete}

plastische

Moment.

Beispiele

^von

Bewehrungsplänen

^{für die Balken mit Rechteck- bzw.} Plattenbalken-

querschnitt

^{sind in den Bildern} 7b, 7c und 7d

dargestellt.

^{In Tabelle 1 ist eine Zusammen¬}

stellung

^der pro Balken

eingelegten

^schlaffen

Längsbewehrung,

^der

Bügelbewehrung

^{und der}

jeweils

verwendeten Stahlmarken enthalten. Bild 8a

zeigt

^die

Bewehrung

^{eines Balkens mit}

Rechteckquerschnitt.

Die

Bügelbewshrung

^{wurde bei den} Pilotbalken und den Balken der Serie 1 im

Aufprallbs-

rsich verstärkt, ⁱⁿ den

späteren

^{Versuchen aber über die} ganze

Balkenlänge

^{mit konstantem} Abstand

verlegt,

^{da sich}

gezeigt

^{hatte, dass - trotz sehr hoher}

Aufprallreaktionen

^{- in} dieser Zone

praktisch

^{keine Schubrisse auftraten.}

Die

Verankerung

^{der unteren}

Längsbewehrung erfolgte

im Gelenkbereich durch eine

aufge- schweisste, quergestellte Stahlplatte

^(Bild 8b), im

Aufprallbereich

^durch Anschweissen

an die

Bügel,

^{welche ihrerseits mit der}

Lasteinleitungsplatte

verschweisst waren (Bild 8c und Abschnitt 3.1.4).

3.1.3

Vorgespannte Bewehrung

Insgesamt

^{5 Balksn waren teilweise}

vorgespannt.

^Der

Vorspanngrad gemäss

der Definition A -f

* ^¦

A

./ ^A .f

s sy p py

variierte zwischen X ^- 0.50 und X ^» 0.85 (Bild 5). Die zentrische

Betonspannung infolge Vorspannung lag

^{zwischen 2.5}

N/mm2

und 3.7

N/mm2.

Bild 7c vermittelt einen Ueberblick über die

Spanngliedführung

^und die Art und

Lage

^der

Verankerungen.

Damit

möglichst

^über die ganze

Balkenlänge

^das

gleiche plastische

^{Moment vorhanden} war, wurden die

Spannglieder

direkt auf die

Bügel verlegt

^{und erst im}

Aufprall-

bzw. Gelenkbersich unter

Einhaltung

der

vorgsschriebenen

Minimalradien

aufgebogen.

^Als

Spannglieder

^wurden Parallsldraht- bündel (Balken B6, B15, B16. B18) und Litzen (Balken B17) verwendet. In Tabelle 2 sind die

wichtigsten Angaben

^über dis

Längsbswehrung

^sämtlicher

vorgespannter

^{Balken zusammen-}

gsstellt.

Insbesondere

geht

^{daraus auch die Anzahl Drähte} bzw. Litzen hervor. Die Veranke¬

rung ^war im

Aufprallbereich

fest, im Gelsnkbereich

beweglich.

3.1.4

Lasteinleitungsplatte

Als Schutz des Betons gegen eine

allfällige Ueberbeanspruchung

^beim

Aufprall

^{auf das}

Aufprallslement (Ringfsdsrpuffsr

bzw.

Stossdämpfer)

^{wurde im}

Aufprallbereich

^eine stäh- lerne

Lasteinleitungsplatte

direkt an die

Bügelbewehrung angeschweisst (vgl.

^Bilder 7b,

7c, 7d,

8c). Ihre

Abmessungen

^waran bei

dep

Rechteckbalken 300 ^x 400 x 15 mm, bei den

Plattenbalken

300 x 150 x 15 mm, mit zwei

zusätzlichen,

seitlich

angsschweissten

Platten

von 300 x 100 ^x 10 ^mm (Bild

7d),

die einen Stahlschuh bildeten.

Gegen

^ein

allfälliges

Abgleiten

des Balkenendss vom

Zylinderkopf

^dss

gelenkig gelagsrten Stossdämpfers

wurde auf der Stirnseite ein zusätzlicher Stahlschuh an die

Lastsinleitungsplatte angsschwsisst

(Bild 8d, Abschnitt 4.1).

werden konnten und bei den

vorgespannten

^{Balken die}

Vorspannkraft

ohne eine unerwünschte

Rissbildung

^{auf der} Balkenoberseite

aufgebracht

^{werden konnte, wurden}

gleichmässig

^ver¬

teilte Zusatzmassen auf den Balken

angeordnet.

^{Im weiteren konnte damit - bei} unveränder¬

tem

Bewehrungsgehalt

^- der Einfluss unterschiedlicher Balkenmassen auf die

Beanspruchung

und auf das

Verformungsverhalten

^{untersucht werden.}

In den Bildern Se und 8f sind Art und

Befestigung

^dieser Zusatzmassen

dargestellt.

^Sie

bestanden aus

Bleiplatten

^{zu 5}

kg

^{oder 10}

kg

^Masse, welche mittels einbetonierter Ge¬

windestangen ^(Bild

^{8e) in Paketen zu maximal 75}

kg

^{auf den Balken}

aufgeschraubt

^wurden.

Der

gegenseitige

^{Abstand der Pakete}

betrug

^{25 cm, was eine} zusätzliche

Massenbelegung

^von maximal 300

kg/m' ergab

(Bild 8f). Somit konnte die Gesamtmasse maximal auf den

doppelten

Wert der

Eigenmasse

^{der Balken von 300}

kg/m'

^{erhöht werden. Dabei blieb die}

Steifigkeit

der Balken

praktisch

unbeeinflusst.

Ausschwingversuche

^{an den Balken ohne und mit diesem} zusätzlichen Blei

ergaben

^{eine nur} unwesentliche

Erhöhung

^der

Steifigkeit

^um

ungefähr

^5%.

3.1.6

Herstellung, Lagerung

Die Balken wurden in einer kombinierten

Holz/Stahl-Schalung hergestellt (vgl.

^Bild

^8a).

Als untere Schalfläche diente ein

Stahlträger

^vom

Typ

UNP400, die Seitenwände bzw. die Plattenunterseite wurden konventionell mit Holz

geschalt.

^{Als Beton wurde ein BH PC} 300

kg/mJ (Norm

SIA

162, [12])

verwendet und mit einem Tauchvibrator verdichtet. Die Aus¬

schalfrist

betrug

^{bei allen Balken vier bis sieben}

Tage.

^{Vor dem Ausschalen wurden stets}

Betonfestigkeitsproben durchgeführt.

^Die

Lagerung erfolgte

^bei rund 20

DC

in der Bauhalle der EMPA, ^wo auch die weiteren

Vorbereitungsarbeiten

^{wie Aufkleben der}

Messbolzen,

^Auf¬

malen von

Markierungen,

^usw. vorgenommen ^{wurden. Das} Prüfalter

betrug

^{in der}

Regel

^rund

26

Tage.

3.1.7

Vorspannen

und

Injizieren

Das

Vorspannen

^der

insgesamt

^{fünf mit} einem.Paralleldrahtbündel oder mit Litzen versehe¬

nen Balken

erfolgte

^am bereits definitiv

eingebauten

^{Balken in drei bis vier}

Etappen.

In Tabelle 3 sind für sämtliche

vorgespannten

^{Balken die einzelnen}

Spannetappsn

^{mit der} schrittweise

aufgebrachten Vorspannkraft

^{und der}

gleichzeitig

^erhöhten Zusatzmasse auf¬

geführt. Infolge

^{der bis in den Bereich der}

Verankerung tiefliegenden Spannglieder

^wurden die

Spannungen infolge Eigengewicht,

Zusatzmasse und

Vorspannung

^{in den} Balken-Viertels-

punkten massgebend.

Damit bei allen

vorgespannten

^Balkan die

angestrebte

Grösse des

Vorspanngrades

und der zentrischen

Betonspannung infolge Vorspannung eingehalten

^{werden konnte , wurden die}

Spanngliader

^am

Spannkopf

^{stets auf 75% der}

Zugfestigkeit

(0.75 f ,)

vorgespannt.

Beim Balken B17 wurde die bei den

Vorspannarbeiten

^verwendete Kraftmessdose auch nach dem

Injizieren

^{auf dem}

beweglichen

^Anker belassen, damit eine

allfällige Beeinträchtigung

des Verbundes während des Versuchs ^- insbesondere beim Reissen der Litzen ^-

festgestellt

werden konnte (Bild 29).

Sämtliche

Spannglieder

^{wurden direkt nach dem}

Vorspannen injiziert.

^{Damit variierte das} Alter des

Injektionsgutes

^zum

Zeitpunkt

^der Fallversuche zwischen 10 und 25

Tagen.

3.2 Baustoffe

3.2.1 Beton

Die

Zusammensetzung

^des Frischbetons war für sämtliche Balken ^- mit Ausnahme der Balken B9 und B18 mit reduzisrtem Maximalkorn ^- dieselbe und kann Tabelle 4 entnommen werden.

Die

zugehörigen

^{Siebkurven sind in den Bildern 9a und 9b}

dargestellt.

^Sie

liegen

^zwischen

dsn Kurven A und B der Norm SIA 162, Art. 2.02,

[12].

Die

Zuschlagstoffe

^mit einem maxi¬

malen Korndurchmesser von 32 mm bzw. 16 mm bestanden ^aus

rolligem, gewaschensm

^Material.

Beim Betonieren des ersten Plattenbalkens (Balken B7)

ergaben

^sich wegen der

Abmessungen

und dem verwendeten Maximalkorn von 32 mm

Schwierigkeiten,

^{so dass} die

ursprüngliche Ides,

für alls Balken dieselbe

Betonzusammensetzung

^zu verwenden,

aufgegeben

^{werden müsste. Die}

beidsn weiteren Plattenbalken B9 und B18 wurden deshalb mit einem Maximalkorn von 16 mm betoniert.

Zur

Ermittlung

^der

Betonfestigkeiten

^wurden pro Balken acht Würfel

200/200/200

mm und acht Prismen 120/120/360 ^mm betoniert. Je zwei dieser Proben wurden kurz vor dem Ausscha¬

len,

d.h. nach rund vier bis sieben

Tagen, geprüft, je

^{drei weitere nach 28}

Tagen,

^und die restlichen am

Prüftag

^{des Balkens. Es wurden}

jeweils folgende Festigkeitswerte

^er¬

mittelt:

-

Druckfestigkeit

^{an den Würfeln}

-

Biegezugfestigkeit

^{an den Prismen}

-

Druckfestigkeit

^{an drei} Prismenhälften in

Querrichtung (ergibt

^{rund 10% höhere}

Festig¬

keit als

eigentliche Wurfeldruckfestigkeit).

In Tabelle 5 sind die ermittelten Betonkennwerte als Mittelwerte _pro Balken bei verschie- dsnsm Betonalter sowie die Mittelwerte und

Standardabweichungen

^{über alle Balken zusammen¬}

gestellt.

^Die

Festigkeiten steigen

^{nach 28}

Tagen

^{nur noch} unwesentlich an

(ungefähr

^5%

Zunahme bis zum 70.

Tag).

Deshalb, und

aufgrund

^der

Tatsache,

dass die

Betonfestigkeit

auf das Verhaltsn der Balken eine eher

untergeordnete Bedeutung ^hat,

^{wurde das}

anfänglich angestrebte

^{Prüfalter der Balken von 28}

Tagen

^nicht mehr

streng eingehalten.

Auf die

Ermittlung

^dss Elastizitätsmoduls an

Probskörpsrn

^wurde verzichtet, da diese in statischen Versuchen ermittelten WertB nicht ohns weiteres auf

dynamische

^{Probleme über¬}

tragen

^{werden können.}

Gemäss der Formel

Ec

^{- 1900-/10«f (Norm SIA 162}

^[12])

und unter

Zugrundelegung

^eines Mittelwertes für f von 40

N/mm2

resultiert ein E -Modul von

E ⁼ 37'900

N/mm2

c

3.2.2

Injektionsgut

Das

Injektionsgut

wurde von den

Spannglied-Lieferanten hergsstsllt

^{und bestand aus einem} Wasser/Zement-Gemisch mit Quellmittsl-Zusatz. Als Zement wurde

hochwertiger

^Portland-

zsmsnt HPC Aarau bzw.

Siggenthal

verwendet, als Quellmittel Intracrete bzw.

Presyn

Nr. 317

beigemischt.

Die genaue

Zusammensetzung

^des

Injektionsgutes

^{ist aus Tabelle} 6 ersichtlich.

Die

Festigkeiten

^des

Injektionsgutes

^{wurden an}

Zylindern

^vom Durchmesser 100 ^mm ermittelt.

Die zu verschiedenen

Zeitpunkten

ermittelten

Festigkeiten

^{sind in Tabelle 7} zusammenge¬

stellt. Beim Balken B6 wurden leider die

angestrebten Festigkeiten

^{von 30}

^N/mm2

^{am Prüf¬}

tag

^nicht erreicht.

3.2.3 Schlaffer

Bewehrungsstahl

Ein Grossteil der Versuchsbalken wurde mit einer

Längsbewehrung

^aus naturhartem Stahl der

Gruppe

^lila

gemäss

^{Norm SIA 162}

[12],

^Marke "BOX-ULTRA" bewehrt

(vgl.

^Tabelle 1).

Wie aber bereits im Abschnitt 2.2 kurz

erwähnt,

^war ebenfalls die Stahlsorte als Para¬

meter

eingeführt,

^{so dass auch} zwei Balken

(B12

und

B14)

mit kaltverformten) Stahl der

Gruppe

Illb, Marke "TOR-50". und ein Balken

(B13)

mit schlaff

eingelegtem,

^hochfestem

Sonderbetonstahl.

Marke "DYWIOAG

950/1150", ausgeführt

^wurden

(vgl.

^{Tabelle 1).}

Die

Bügelbewehrung

^{bestand aus} kaltverformtem Stahl der

Gruppe Illb.

Marke "BOX-RING"

(Ausnahme:

die beiden Pilotbalken mit der Marke

"BOXAR").

Beim Balken B13 mit der unteren

Längsbewehrung

^{aus hochfestem} Sonderbetonstahl wurde als

Bügelbewehrung

^{ebenfalls kalt-} verformter Stahl der Marke "BOX-RING" verwendet.

Die Materialkennwerte

Streckgrenze (Fliessgrenze

^{f ,}

0.2%-Dehngrenze fQ ^-,), Zugfestigkeit f.

^,

Bruchdehnung

^Sr.

6-n

^und

Gleichmassdehnung

^{6 , sowie die}

Brucheinschnürung <|i

sind für die verschiedenen Stahlmarken in Tabelle 8 als Mittelwerte _pro Balken und in Tabelle 9 als Mittelwerte und

Standardabweichungen

über alle Balken

angegeben.

Schematische

Span¬

nungs-Dehnungs-Diagramme

für die verschiedenen Stahlsorten sind ^- unter

Zugrundelegung

der Mittelwerte über alle Balken

(Tabelle 9)

^- in Bild 10

dargestellt.

3.2.4

Spannstahl

Fünf der

insgesamt

^{23 Balken wurden teilweise}

vorgespannt.

^{Dabei wurden sowohl}

Spann¬

glieder

^mit Paralleldrahtbündeln und

Verankerungen

^der Marke "BBRV" als auch solche mit Litzen und

Verankerungen

^{der Marke} "VSL" verwendet. In Tabelle 10 sind die Mittelwerte der interessierenden Materialkennwerte der

geprüften

^{Drähte und} Litzen für

jeden

^Balken

getrennt dargestellt,

^{in Tabelle 11 als} Mittelwerte und

Standardabweichungen

über alle Balken. Schematische

Spannungs-Dehnungs-Diagramme

^der verwendeten Drähte und Litzen sind ebenfalls in Bild 10

dargestellt (Mittelwerte

über alle Balken

eingezeichnet gemäss

Tabelle 11).

3.2.5 Einfluss der

Oehngeschwindigkeit

^{auf die} Materialkennwerte

Bereits in der Phase dBr Parameterstudien und der

Planung

^{der ersten} Pilotversuche war die entscheidende

Bedeutung

^der

Beanspruchungsgeschwindigkeit

^{auf die}

Spannungs-

^und

Dehnungsgrössen

^{von Stahl und Beton erkannt worden. Die vorhandene Literatur zu diesem} Problemkreis

zeigte

^aber

gerade

^{im Bereich der zu} erwartenden

Dehngeschwindigkeiten

^von

e ^• 0.1 bis 3 pro Sekunde grosse Lücken ^und Unsicherheiten. Insbesondere fehlten bis heute

weitgehend

^auch

vollständige Spannungs-Dehnungs-Diagramme

^für

erhöhte,

^über den ganzen Bereich konstante

Dehngeschwindigkeiten,

^{welche den}

gesamten

Dehnbereich bis zur

Bruchdehnung

^umfassen. Aus diessm Grund wurde sin

Forschungsprogramm

^{srarbeitet mit den}

folgenden

^Zielen:

a)

Ermittlung

^von

Streckgrenze, Zugfestigkeit, Reissfestigkeit, Bruchdehnungen

^und

Gleichmassdehnung

^von

Bewshrungs-

^und

Spannstahl

in

Abhängigkeit

^der

Dehngeschwindig¬

keit (e ^-

5-10"5

bis

5-10°

_pro Sekunde).

b)

Ermittlung vollständiger Spannungs-Dehnungs-Diagramme

^für

Bewehrungs-

^und

Spannstahl

unter erhöhten

Dehngeschwindigkeiten

^{(s » 5-10 bis}

5-10°

_{pro Sekunde).}

Das Material für diese schnellen Versuche stammt sowohl für

Bewehrungs-

^{als auch für}

Spannstahl

^aus anderen

Lieferungen

^{als für die in den Balken}

eingelegten Stähle,

betrifft

jedoch

dieselben Stahlmarken.

Oie dabei erhaltenen Resultate sind ausführlich in

[11] zusammengestellt.

^{Im Rahmen die¬}

ses Versuchsberichtes sind nur

auszugsweise einige Diagramme beigefügt.

Für schlaffen

Bewehrungsstahl zeigen

die Bilder 11a und 11b den Einfluss von e auf die

Streckgrenzs

und die

Zugfestigkeit

^{bzw. auf die Bruch- und}

Gleichmassdehnung.

^{In den Bildern 11c und} 11d sind für naturharten bzw. kaltverformten

Bewehrungsstahl vollständige Spannungs- Dehnungs-Diagramme

^{für e} zwischen 5-10 und 5-10 pro Sekunde

aufgeführt. Grundlage

^da¬

zu bildeten die aus der

ständigen Qualitätsüberwachung

^bei Schweizer

Stahlproduzentsn

und -lieferanten in den Jahren 1978/79 bekannten Mittelwerte der ainzelnen Materialkenn¬

werte und andererseits die aus dem

durchgeführten Forschungsprojekt

^Erhaltenen

Regres¬

sionsgeraden

^{für die} verschiedenen Kennwerte in Funktion der

Dehngeschwindigkeit.

^{Da es} versuchstechnisch nicht

möglich ist,

die

Dehngeschwindigkeit

ⁱⁿ einem Probestab konstant zu halten, wurden die

Spannungs-Dshnungs-Diagramme

^{mit Hilfe dieser}

Regressionsgsraden

der einzelnen MaterialkBnnwerts für dis

entsprechende Dehngaschwindigkeit punktweise

^be¬

stimmt

(vgl. [11]).

Oie

Spanndrähte

^{und Litzen} wurden ebenfalls im Bereich der oben erwähnten

Dehngeschwindig¬

keiten

geprüft.

^{Die Versuche an} Litzen sind noch nicht

abgeschlossen,

^{so dass in den Bil¬}

dern 12a und 12b nur

auszugsweise

^{die Einflüsse der}

Oehngeschwindigkeit

^auf

Zugfestigkeit

und

Gleichmassdehnung

^{für die}

geprüften Spanndrähte aufgeführt

^sind.

Für den Beton wurden keine Versuche mit erhöhter

Dehngeschwindigkeit durchgeführt.

^Hin¬

gegen wurde zu diesem Problemkrsis sin umfassendes Literaturstudium

durchgeführt.

3.2.6 Materialkennwerte für die

Planung

und

Auswertung

^der Versuche

Oie in den einzelnen Fallversuchen ermittelten

Dehngeschwindigkeiten

^{von Stahl und Beton}

«

variieren während des Versuchs zwischen ^{e ¦} 0.1 und 3 pro Sekunds. Für dis

Planung

^und

dis

Auswertung

^{der Versuche -} insbesondere für die

Abschätzung

^des

plastischen

Momentes ^- wurde mit

folgenden groben

"Mittelwerten"

gsrschnet:

Beton:

-

Druckfestigkeit

^{f -} 30

N/mm2

-

Zugfsstigksit

^{f. ¦ 6}

N/mm2

-

Bruchstauchung

^{e *} 3.5%

cu

Schlaffer

Bewehrungsstahl:

a) Naturhartsr Stahl

-

Strsckgrsnzs

^{f - 600}

N/mm2

-

Gleichmassdshnung

5 ^{, =} 10 %

e

- Verbundkoeffizient k ⁼ mittlere

Dehnung/maximale Dehnung

^{» —— - 0.5}

emax

b) Kaltverformter Stahl

-

Streckgrsnze

^f _{Q 2} ^{= 600}

N/mm2

-

Gleichmassdehnung

^{6 , * 8 %}

£

- Verbundkoeffizient k ⁼ 0.5 ^» max

Vorgespannter

Stahl:

-

Streckgrenze

^f n ^_

¦ 1800

N/mm2

p ^U.7.

-

Gleichmassdehnung

^{6 . ¦} 3%

gl

3.3

Detailplanung

^{der einzelnsn} Versuchsbalken

Im ersten,

allgemeinen

^{Teil dieses} Abschnittes werden die

wichtigsten

^{Parameter zusammen-} fasssnd nochmals diskutiert und verschiedene

Ueberlegungen

^zur

Detailplanung aufgeführt.

In drei weitersn Abschnitten werden sämtliche Versuchsbalken einzeln kurz charakterisiert.

3.3.1

Allgemeines

Die

Ergebnisse

^der

durchgeführten

Parameterstudien (Abschnitt 2.2,

Anhang

^{1) und die}

Schlussfolgerungen

^{aus den}

Modellgesetzen

(Abschnitt 2.3,

Anhang

^{2) müssten bei der Fest¬}

legung

^der durchzuführendsn Versuche nach

Möglichksit

^so

berücksichtigt

^{werden, dass mit} einer beschränkten Anzahl Versuche trotzdem alle wssentlichsn Einflüsse und Parametsr-

konfigurationen repräsentativ

^{erfasst werden konnten.}

Zu den bereits im Abschnitt 2.2 nach ihrer

Wichtigkeit aufgelisteten

^{Parametern sind für}

die

Detailplanung

^{der einzelnen} Versuchsbalken

folgende Gesichtspunkte

^{besonders erwäh¬}

nenswert^:

a)

Bewehrung

-

Längsbewehrung:

Für die

Zuordnung

^der

gewähltan Längsbewehrungsgehalte

^{zu den} verschiedenen unter¬

scheidbaren Brucharten für

Biegsbruch [13]

^{lasssn sich}

folgends

^Grössen

angeben (Voraussetzungen:

ausschliesslich schlaff bewehrter

Rechtsckqusrschnitt gemäss

^Ab¬

schnitt 3.1.1; Materialkennwerte

gemäss

^{Abschnitt 3.2.6;}

Druckbewehrungsgehalt

\l'

⁼ 0.20%):

Mindestbewehrungsgehalt

^{u •}

(Stahlbruch

bei Rissbildung):

min ^°

, f

•Aß ^-.Cm

^min

^—

4.4*f

,

st

Kritischsr

Bswshrungsgshalt

p, ^..

(gleichzeitig

^{Stahlbruch und} Betonbruch):

krit ^"

"1

f

ic-TT

sv i+

Kl

e cu

Grenzbewehrungsgehalt

^{u _ (Fliessen der untersn}

Längsbswshrung

^bsim Bstonbruch) grenz

f

. , cu 1

V„„„„ ^" V ^* k.-

grenz ¹ f <»e

In den Versuchen wurde der

Bewehrungsgehalt

^{für den schlaffen Stahl zwischen}

0.21%

<_

^{u < 1.43%}

variiert. Die aus diessn

Bswehrungsgehalten

errechnstsn

plastischen

^Momente

liegen

zwischen 40 kNm und 210 kNm. Bei den

vorgespannten

^{Balken wurde darauf}

geachtet,

^dass ähnliche

plastische

^{Momente wie mit schlaffer}

Bewehrung

^{erreicht wurden. Dies}

gilt

^auch

für die

Plattenbalksn,

bsi dsnen ebenfalls ähnliche

plastische

Momente wie bei ent¬

sprechenden

Rechtsckbalken

angestrebt

^wurden

(vgl.

^Bild 7a). Im

folgendsn

^{werden die}

beiden

Begriffe "Längsbewehrungsgehalt"

^und

"plastisches

Moment" von der

Bedeutung

^her als

gleichwertig

^verwendst.

-

Bügelbewehrung:

Die

Bemessung

^{auf Schub war mit vielsn offenen}

Fragen

^{verbunden. Oie} Pilotbalken waren unter

Verwendung

linear elastischer Materialmodelle mit dem

Programm

^SMIS

(vgl.

^An¬

hang 1)

^{im voraus berechnet worden. Die}

Aufprallzone

^{wurde dann}

entsprechend

^{der nach} der

Computerberechnung

^zu erwartenden

Auflagerreaktionen ausgebildet,

^die

angrenzendsn

Tsila

gsmäss

^{den aus} dem Momentenverlauf

abgeschätzten

Querkräften.

Für

die

Planung

^{der Serie 1}

^(B1

^bis

B8)

wurden die bei den beiden Pilotbalken P1 und P2

registrierten Auflagerreaktionen

^{auf die}

grösseren

Fallhöhen

extrapoliert.

^{Die da¬}

bei zu erwartenden sehr hohen

Querkräfte

konnten nur noch mit einem Sicherheitsfaktor von s ^» 1.0

einigermassen vernünftig aufgenommen

^werden. Es

zeigte

^{sich dann} aber, dass trotz dsr sehr hohen

Auflagerreaktionen praktisch

keine Schubrisse auftraten, ^so dass bei den Balken der Serie 2 (B9 bis B21) in der

Folge

^die

Bugelbewehrung

^{auch im Auf¬}

prallbereich

^{stark reduziert und}

analog

^dem

Feldquerschnitt ausgeführt

wurde

(vgl.

Tabelle 1).

b) Balkenmasse

Wie bereits im Abschnitt 3.1.5 ausführlich

dargestsllt

^{wurde, konnte die} Balkenmasse mittels

Bleiplattsn

^maximal

vsrdoppelt

^{werden. Dies}

gsstattste

- auch bei hohem

plastischem

^Moment grosse bleibende

Verformungen

^zu

^erzielen,

- das Verhältnis

Balkenmasse/plastisches

^Moment

ungefähr

^{konstant zu}

halten,

- den Einfluss unterschiedlicher Balkenmassen bsi

gleichem Längebewehrungsgehalt

bzw.

gleichem plastischsm

Moment zu untsrsuchan.

c) Prüfart

Im weiteren wurde der Einfluss unterschiedlicher Fallhöhen bei im

übrigen

unveränderten Parametern untersucht. Dazu wurden entweder

- ein

einmaliger

^{Versuch aus} grosser

Fallhöhe,

oder

- mshrere Versuche am

gleichen

^{Balkan mit}

.

gleichbleibender

Fallhöhe

. von Versuch zu Versuch wachsender Fallhöhe

. von Versuch zu Vsrsuch abnshmender Fallhöhe

durchgeführt.

^Dieses

Vorgehen gestattete

auch, den Einfluss der

mehrmaligen Prüfung

auf das

Verformungsverhalten

^{eines Balkens zu} untersuchen.

d) Querschnittsform

Das Verhaltsn von Stahlbeton- und

Spannbetonbiegeträgern

^{wird in} verschiedensr Hinsicht auch durch die Querschnittsform bseinflusst. So ist es z.B. wesentlich, wie gross die am

ungerissenen

Querschnitt ermittelte

Betonzugzone

^ist

(Rissbild),

und auf welchem Teil des

Querschnittes

nach

erfolgter Rissbildung

^die Betondruckkräfte wirken.

Wie im Abschnitt 3.1.1 ausführlich

beschrieben,

wurde für die Versuche ein Rechteck- und ein

Plattenbalkenquerschnitt gewählt.

^{Unter den}

Voraussetzungen gleicher

^Balkanhöhe und

gleicher

Balkenmasse

ergab

^{sich für den}

Plattenbalken

eine Flanschbreite von 0.90 m.

e)

Vorspanngrad

Entsprechend

^{der Definition des}

Vorspanngrades

umfasst der schlaffe

Bewehrungsstahl

^einen

mehr oder

weniger

grossen Anteil am

gesamtsn Bewehrungsquerschnitt. Entsprechend

^{der be¬}

deutend höheren

Gleichmassdehnung

^{des schlaffen}

Bewehrungsstahls

^im

Vergleich

^zum vorge¬

spannten

Stahl, können mit abnehmendem

Vorspanngrad

zunehmende

Verformungen

^{des Balkens}

festgestellt

^{werden. Bei} kleinem

Vorspanngrad

vermag die schlaffe

Bewahrung

^u.U. sogar