1 In diesem Kapitel werden Fliessbedingungen für Scheibenelemente untersucht.
Im ersten Teil werden – als Wiederholung von Stahlbeton I – die Gleichgewichtsbedingungen aufgestellt und die Fliessbedingungen für orthogonal bewehrte Scheibenelemente hergeleitet.
Anschliessend werden Fliessbedingungen für schiefe Bewehrung untersucht. Zum Schluss werden die Fliessbedingungen für orthogonal bewehrte Scheibenelemente – welche eine konstante Betondruck- festigkeit voraussetzen–um den Einfluss einer vom Verzerrungszustand abhängigen Betondruckfestigkeit erweitert.
Wie bereits in der Vorlesung Stahlbeton I werden meist Scheiben in der Ebene (x,z) betrachtet, da dies der Situation eines Trägerstegs entspricht (Längsachse des Trägers in x-Richtung). Somit werden Spannungen { Vx, Vz, Wxz } resp. Membrankräfte { nx, nz, nxz } h·{ Vx, Vz, Wxz } untersucht (h = Scheibendicke). Selbstverständlich können die Gleichgewichts- und Transformationsformeln auch für Scheiben in der Ebene (x,y) analog formuliert werden (Spannungen {Vx,Vy,Wxy} und Membrankräfte {nx, ny,nxy} h·{Vx,Vy,Wxy}).
2 Scheiben und Träger
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 1
2.4 Scheibenelemente – Fliessbedingungen
2 Wiederholung aus Stahlbeton I:
- Gleichgewichtsbedingungen für Scheiben
- Formulierung in {V} oder in Membrankräften {n} mit {n} h· {V} (mit der Scheibendicke h(oft auch mit toder bwbezeichnet))
Scheiben – Gleichgewicht
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 2
Gleichgewichtsbedingungen
Gleichgewicht in Richtungen x, z:
resp. in Membrankräften
(ߪ, ɒkonstant über Scheibendicke h):
mit (MomentenbedingungMy= 0):
resp.
Positive Spannungen wirken an Elementen mit positiver äusserer Normalenrichtung in positiver Achsenrichtung Positive Membrankräfte entsprechen positiven Spannungen Indizes: 1-Richtung, 2-Normalenrichtung
zx xz
W W
0 0
x xz
x
zx z
z
x z q
x z q wV wW
w w
wW wV
w w
0 0
x xz
x
zx z
z
x x z z xz xz
n n
x z h q
n n
x z h q
n h n h n h
w w
w w
w w w w
V V W
zx xz
n n
(W Wzx zx x, dx dz) (V Vx x x,dx dz)
(W Wxz xz z,dz dx) (V Vz z z,dz dx)
xdz V
zxdz W
xzdx W Vzdx
dx dz x
q dxdz
q dxdzz
x
z
Wiederholung aus Stahlbeton I:
- Spannungstransformation und Darstellung im Mohrschen Kreis
- Hauptrichtungen und Hauptspannungen (Richtungen mit Wtn 0, maximale / minimale Werte der Normalspannung)
- Vorzeichenkonvention im Mohrschen Kreis abweichend von üblicher Konvention
3
Scheiben – Spannungstransformation
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 3
Spannungstransformation: Mohrscher Kreis
2 2
2 2
2 2
cos sin 2 sin cos
sin cos 2 sin cos
( )sin cos (cos sin )
n x z xz
t x z xz
nt z x xz
V V M V M W M M V V M V M W M M W V V M M W M M
zsin V M
M x
zxcos
W M
xcos
V M
t
n
Wtn 1 z
zcos
V M
xzcos
W M
Vt
1
Wnt WzxVsinxsinMnM x
t z Vn
xzsin
W M
W
T
3
2M 2M1
1 X
V
Z M M1 Q(Pol)
N V W ( )
Wiederholung aus Stahlbeton I
4
Scheiben – Spannungstransformation
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 4
Spannungstransformation: Mohrscher Kreis
cos 2 sin 2
2 2
cos 2 sin 2
2 2
sin 2 cos 2 2
x z x z
n xz
x z x z
t xz
x z
tn xz
V V V V
V M W M
V V V V
V M W M
W V V M W M
2 2
cos 2M cos M sin M sin 2M 2sin cosM M
2 2
1 sin M cos M W
T
3
2M 2M1
1 X
V
Z M M1 Q(Pol)
N V W ( )
zsin V M
M x
zxcos
W M
xcos
V M
t
n
Wtn 1 z
zcos
V M
xzcos
W M
Vt
1
Wnt WzxVsinxsinMnM x
t z Vn
xzsin
W M
Wiederholung aus Stahlbeton I
5
Scheiben – Spannungstransformation
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 5
Spannungstransformation: Mohrscher Kreis W
T
3
2M 2M1
1 X
V
Z M M1 Q(Pol)
N V W ( )
Mittelpunkt / Radius Mohrscher Kreis cos 2 sin 2
2 2
cos 2 sin 2
2 2
sin 2 cos 2 2
x z x z
n xz
x z x z
t xz
x z
tn xz
V V V V
V M W M
V V V V
V M W M
W V V M W M
1 1
2 2
1,3
2
0 1tan
2 4
2 2
xz
nt tn
x z
x z xz
x z
§ W ·
W W o M ¨©V V ¸¹ V V W V V V r
zsin V M
M x
zxcos
W M
xcos
V M
t
n
Wtn 1 z
zcos
V M
xzcos
W M
Vt
1
Wnt WzxVsinxsinMnM x
t z Vn
xzsin
W M
Wiederholung aus Stahlbeton I: Kräfte in orthogonal bewehrten Stahlbetonscheiben - Die Beanspruchung muss der Summe der Kräfte in Beton und Bewehrung entsprechen
- Koordinatenachsen im Stahlbeton stets so gewählt, dass sie mit den Bewehrungsrichtungen zusammenfallen (meist x-Achse in Richtung der stärkeren Bewehrung). Bei schiefer Bewehrung fällt diex-Achse mit einer Bewehrungsrichtung zusammen.
- Orthogonale Bewehrung in Richtung der Koordinatenachsen x und z gibt keinen Beitrag zu nxz, d.h.
nxzs 0.
- Anstatt in Kräften kann die Formulierung in äquivalenten Spannungen erfolgen (Betonspannungen und mit dem jeweiligen geometrischen Bewehrungsgehalt multiplizierte Spannungen in der Bewehrung, was den durch die Scheibendicke dividierten Membrankräften entspricht).
Ergänzende Bemerkung:
- Bei der Untersuchung äquivalenter Spannungen müsste, streng genommen, auch bei den Betonspannungen ein Korrekturterm eingeführt werden (analog zum Faktor [1U] bei Normalkraft), da nicht die ganze Scheibendicke zur Verfügung steht. Für Membrannormalkräfte in x- und z-Richtung wäre dies (1 Ux) und (1 Uz). Da in der Regel ein gegenüber den Bewehrungsrichtungen geneigtes Druckfeld resultiert (Betondruck als Querdruck über Bewehrung übertragbar), wird auf diesen Korrekturterm verzichtet. Man erkennt jedoch, dass das Betondruckfeld durch die Bewehrung gestört wird.
6
D x
3 1
c3
V nx
nzx nxz nz
D x
1 3
3
Vc
1
h
Vx
Wzx Wxz Vz z
z
Scheiben – Gleichgewicht
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 6
Gleichgewicht («Stahlbeton= Beton + Bewehrung») Orthogonal bewehrtes Element (Bewehrungsrichtungen x, z):
• Beton homogen und isotrop, nimmt Druckspannungen ≤ fcin beliebige Richtung auf aber keine Zugspannungen
• Bewehrung nimmt nur Kräfte in Stabrichtung auf, bis maximal zum Betrag fsund ist so verteilt und verankert, dass mit äquivalenten Spannungen gerechnet werden kann
• Starrer Verbund zwischen Beton und Bewehrung In Membrankräften:
In äquivalenten Spannungen:
(Bewehrungsgehalte Ux asx/h, Uz asz/h)
xs sx sx
zs sz s
xc xc
zc
x x z z
z x
xc xzc
x z
xz xz
zs x
z zc
x
n n a
n n
n
n n
n n
n n
n h n h n h
a n
V V W V V
xc zc x
x sx z z
sz x
z c xz
V V V
W U V
W
V U V
Wiederholung aus Stahlbeton I: Kräfte in orthogonal bewehrten Stahlbetonscheiben
- Verhalten auch bei «isotroper Bewehrung» (gleiche Bewehrung in beide Richtungen) nicht isotrop!
- «Schub» auf die Richtung der (x-) Bewehrung bezogen!
7
Spannungen im Beton
UxVsx
UzVsz D
äussere Beanspruchung
D DF
DF W
1 V
D x
3 1
c3
V Vx Wzx Wxz Vz
Scheibenelemente – Gleichgewicht
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 7
x, z: Richtungen der Bewehrung, Verhalten nicht isotrop (auch nicht für asx= asz)!
2 3
2 3
3
cos sin
sin cos
x sx x sx
z sz z sz
c c c xc
zc x
xz zc
z x
U V U V
U V U V
V D
V D
V
V
W
V V
V D
W D
3 Gleichgewicht («Stahlbeton= Beton + Bewehrung») Orthogonal bewehrtes Element (Bewehrungsrichtungen x, z):
Darstellung mit Mohrschen Kreisen (bei orthogonaler Bewehrung einfach, daWxzs 0):
D: Hauptdruckrichtung im Beton
Fliessbedingungen für isotrope Materialien (Stahl: Tresca, von Mises) können nicht auf Stahlbeton angewendet werden, auch nicht für die Bemessung der Bewehrung und selbst dann nicht, wenn diese «isotrop» (gleicher Bewehrungsgehalt in beide Richtungen) ist. Die Anwendung kann auf der sicheren oder unsicheren Seite liegen.
Ein offensichtlicher Unterschied besteht beispielsweise im Zug-/Druckwiderstand: Eine Beanspruchung in eine Bewehrungsrichtung beeinflusst den Widerstand der Bewehrung in der anderen Bewehrungsrichtung nicht; nach Tresca / von Mises wird der Druckwiderstand in eine Richtung dagegen durch eine senkrecht dazu wirkende Zugbeanspruchung reduziert (und umgekehrt). Andererseits hat ein Material mit Fliessbedingungen nach Tresca / von Mises einen Schubwiderstand, eine orthogonale (isotrope) Bewehrung dagegen nicht.
Tresca
- Hauptspannungsebene: Sechseck
- Raum: zwei elliptische Kegel und verbindender elliptischer Zylinder v. Mises
- Hauptspannungsebene: dem Tresca-Sechseck umschriebene Ellipse - Raum: Der Fliessbedingung von Tresca umschriebenes Ellipsoid
Scheibenelemente– Fliessbedingungen
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Fliessbedingungen von Tresca und v. Mises für ebenen Spannungszustand (für Stahlbeton nicht geeignet, auch nicht bei «isotroper Bewehrung»!)
1 3 1 3
( , , ) s 0
Max V V V V f
2 2 3 2 2 0
x x z z xzfs
V V V V W
Tresca von Mises
x
V3
V1
Vx
Wxz
Wzx
Vz
z
fs
fs
fs
fs
V1
fs fs
s 2 f
Wxz
Tresca s f
fs
Vx
Vz
V3
9 Wiederholung aus Stahlbeton I–Biegung und Normalkraft (resp. Baustatik)
- Interaktionsdiagramme von Stahlbetonträgern unter Biegung und Normalkraft können, für ideal plastisches Verhalten, durch eine grafische Linearkombination der aplastischen Bereiche von Beton und Bewehrung ermittelt werden.
Einschub aus SBI – Interaktionsdiagramme (M, N)
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 9
Rechteckquerschnitt –starr-ideal plastisch, ohne Überdeckung (1) Beton allein
o Aplastischer Bereich Yc< 0, begrenzt durch Fliessgrenze
Yc= 0 (besteht aus zwei Parabeln) o Plastische Verzerrungsinkremente sind
orthogonal zur Fliessgrenze, nach aussen gerichtet (Fliessgesetz, allgemein
)
2 , 2 2
2 , 2 2
2 2 0
2
m c
c c yc c
c
m c
c c yc c
c c
c yc c
c
m c c c
c c
N
h h
N bf M N
bf
h h N
N bf M N
bf N
Y M N h
bf
N Y N
h
bf Y
§ ·
§ H ·
¨© F ¸¹ ¨© ¸¹
§ ·
§ H ·
¨© F¸¹ ¨© ¸¹
§ ·
r ¨ ¸
© ¹
H w w
r
F w
m m m
m ,,,
Fm
m m m
m ,,,
Fm
m
Druckzone oben:
Druckzone unten:
Fliessfunktion:
Fliessgesetz:
Myc
w
N gradY H
1h/2 O E
Eco f fc
A D B
C Vc
Hc
As
b
h
As
xN y z
Hm 2 c
h N
bf FF
fc
c 2 bh f
c 0 Y
c 0 F Y
Hmm
bhfc
2 c 8
bh f
2 c 8
bh f
N M
10 Wiederholung aus Stahlbeton I–Biegung und Normalkraft (resp. Baustatik)
Einschub aus SBI – Interaktionsdiagramme (M, N)
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 10
Rechteckquerschnitt –starr-ideal plastisch, ohne Überdeckung, As A’s (2) Bewehrung allein
o Aplastischer Bereich Ys< 0 ist bei zwei Bewehrungslagen ein Parallelogramm(bei symmetrischer Bewehrung As = A’s Rhombus), das durch die den beiden Bewehrungslagen entsprechenden Vektoren aufgespannt wird
o Kombination der beiden Bewehrungslagen grafisch durch geometrische Linearkombination (siehe Kombination von Beton und Bewehrung)
o Eckpunkte: beide Bewehrungen fliessen, Seiten: eine Bewehrung fliesst
o Plastische Verzerrungsinkremente sindorthogonal zur Fliessgrenze Ys= 0, nach aussen gerichtet (Fliessgesetz) h/2
1
, 2
s s s s
A f A f h½
® ¾
¯ ¿
, 2
s s s s
A f A f h½
c c
® ¾
¯ ¿
s s
A f h
2A fs s 2A fs s
s s
A f h
C O
fy
F I G
H Hs
D
Eso f B A
Vs
fy
J
E
M As
b
h
As
xN y z
Hm 2 c
h N
bf FF
c 0
Y F
HmFF Hm
M
N
c 0 Y fc
11 Wiederholung aus Stahlbeton I–Biegung und Normalkraft (resp. Baustatik)
Einschub aus SBI – Interaktionsdiagramme (M, N)
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 11
Rechteckquerschnitt –starr-ideal plastisch, ohne Überdeckung, As A’s (3) Stahlbeton =Beton+Bewehrung
o Fliessfigur des Stahlbetons durch geometrische Linearkombination der Fliessgrenzen Yc= 0 und Ys= 0 o Vorgehen: Fliessgrenze (Yc= 0) rein translatorisch mit ihrem
Ursprung entlang Fliessgrenze (Ys= 0) bewegen (oder umgekehrt Ys= 0 entlang Yc= 0)
o Resultierender Bereich Y< 0 entspricht dem aplastischen Bereich des Stahlbetonquerschnitts, mindestens schwach konvex, Fliessgesetz (Orthogonalität der plastischen
Verzerrungsinkremente bezüglich Fliessgrenze) gilt weiterhin o Entlang gerader Stücke der Fliessgrenze bleibt eine Bewehrung
elastisch (starr)
o Vorgehen auf beliebige Bauteile und Beanspruchungen übertragbar
1h/2 1h/2
F HFFm
Dm
C Y 0
M
N C
O A
H G
F E
Wiederholung aus Stahlbeton I–Fliessbedingungen orthogonal bewehrter Scheibenelemente:
- Fliessbedingungen orthogonal bewehrter Scheibenelemente können analog wie Interaktions- diagramme für Biegung und Normalkraft durch eine grafische Linearkombination der aplastischen Bereiche von Beton und Bewehrung ermittelt werden
- Aplastischer Bereich der orthogonalen Bewehrung: Rechteck in Ebenenxz Wxz 0 - Aplastischer Bereich des Betons: Zwei elliptischen Kegel (vorneVc1 0, hintenVc3 -fc)
12
sz sz
a fc
sz sz
a f nxs
nzs sx sx
a f a fsx sxc nxzs
s s s
fc f
d V d h fc 2
2
xzc c xc c zc
n hf n hf n
2
xzc xc zc
n n n
nxzc
hfc
nxc
hfc
nzc
c c 0
d V df
Scheibenelemente – Fliessbedingungen
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 12
Fliessbedingung für orthogonal bewehrte Scheiben («Stahlbeton= Beton + Bewehrung»):
Scheibendicke h
Beton und Stahl ideal plastisch, starrer Verbund Bezeichnungen fcundfy(Zug) resp. fy’ (Druck) bei Bemessungersetzen durch fc kcfcdund fy -fy’ fsd
Fliessbedingung Bewehrung: Fliessbedingung Beton:
(nimmt nur Kräfte in Stabrichtung auf) (homogen, isotrop, mit fct= 0) nx
nzx nxz nz
D xc
xc z
xs sx s
zs sz sz x
z c
x xz
c c
x
xz
n n
n n
a n
n n
a
n
n
n V
x V
3 1
3
Vc
13 Wiederholung aus Stahlbeton I–Fliessbedingungen orthogonal bewehrter Scheibenelemente
const nxz
nz
nx
nxz
sz sz
a fc
sz sz
a f nxs
nzs sx sx
a f a fsx sxc nxzs
s s s
fc f
d V d h fc 2
nxzc
hfc
nxc
hfc
nzc
Scheibenelemente – Fliessbedingungen
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 13
Fliessbedingung für orthogonal bewehrte Scheiben Geometr. Linearkombination Beton + Bewehrung
nx
nzx nxz nz
D xc
xc z
xs sx s
zs sz sz x
z c
x xz
c c
x
xz
n n
n n
a n
n n
a
n
n
n V
x V
3 1
3
Vc
Vorgehen:
Fliessgrenze Yc= 0 rein translatorisch mit ihrem Ursprung entlang der Fliessgrenze Ys= 0 bewegen (oder umgekehrt Ys= 0 entlang Yc= 0)
Wiederholung aus Stahlbeton I–Fliessbedingungen orthogonal bewehrter Scheibenelemente
14 1
2 5 4
7
const nxz
nz
nxz
nx
nz
nx
nxz
Scheibenelemente – Fliessbedingungen
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 14
Fliessbedingung / Fliessregimes Stahlbeton
Linearkombination der Fliessbedingungen, d.h. verschieben der Fliessbedingung des Betons (Ursprung) entlang der Fliessbedingung der Bewehrung
«Stahlbeton = Stahl + Beton»
2 1
2 2
2 3
2 2 4
2 5
2 6
7
( )( ) 0
( )( ) 0
( )( ) 0
2 0
( )( ) 0
( )( ) 0
xz sx sx x sz sz z
xz c sz sz z sz sz z
xz sx sx x c sx sx x
xz c
xz sx sx x c sx sx x
xz c sz sz z sz sz z
x
Y n a f n a f n
Y n hf a f n a f n
Y n a f n hf a f n
Y n h f
Y n a f n hf a f n
Y n hf a f n a f n
Y n
c c
c c
2z(hfca fsx sxcnx)(hfca fsz szcnz) 0
NB: Bewehrungsflächen je Längeneinheit in x- und z-Richtung asx Asx sx asz Asz sz
Wiederholung aus Stahlbeton I–Fliessbedingungen orthogonal bewehrter Scheibenelemente
15 1
2 5 4
7
const nxz
nz
nxz
nx
nz
nx
nxz
Scheibenelemente – Fliessbedingungen
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 15
Fliessbedingung / Fliessregimes Stahlbeton Y1: Beide Bewehrungen fliessen auf Zug
(Vsx fsx, Vsz fsz, 0 ≥ Vc3≥ -fc)
Y2: z-Bewehrung fliesst auf Zug, Beton bricht (Vsz fsz, Vc3 -fc, -f’sx≤ Vsx≤ fsx) Y3: x-Bewehrung fliesst auf Zug, Beton bricht
(Vsx fsx, Vc3 -fc, -f’sz≤ Vsz≤ fsz) Y4: Beton bricht
(Vc3 -fc, -f’sx≤ Vsx≤ fsx, -f’sz≤ Vsz≤ fsz) Y5: x-Bewehrung fliesst auf Druck, Beton bricht
(Vsx -f’sx, Vc3 -fc, -f’sz≤ Vsz≤ fsz)
Y6: z-Bewehrung fliesst auf Druck, Beton bricht (Vsz -f’sz,Vc3 -fc, -f’sx≤ Vsx≤ fsx)
Y7: Beide Bewehrungen fliessen auf Druck, Beton bricht (Vsx -f’sx, Vsz -f’sz, Vc3 -fc)
(mittlere Betonhauptspannung ebenfalls negativ)
NB: Bruchart: sehr duktil / duktil (ausser bei sehr flachen Druckfeldneigungen) / spröd
Wiederholung aus Stahlbeton I–Fliessbedingungen orthogonal bewehrter Scheibenelemente
16 D
3 1 X
Z Q
H J 2
2 2D Jxz
2
z x
H Hz Verzerrungsinkremente und Hauptdruckrichtung
Verzerrungsinkremente sind proportional zu den Komponenten der äusseren Normalen auf die Fliessfläche (Gradient) im jeweiligen Punkt der Fliessfigur (N≥ 0: beliebiger Faktor):
Neigungαder Hauptdruckrichtung 3 bez. x-Achse folgt mit Mohrschem Kreis aus plastischen Dehnungsinkrementen (Hauptverzerrungsrichtung = Hauptdruckspannungsrichtung Beton):
Scheibenelemente – Fliessbedingungen
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 16
, ,
x z xz
x z xz
Y Y Y
n n n
w w w
H N H N J N
w w w
x n
2 2
2
cos(2 ) 1 cos (2 ) sin (2 )
cot 2 cot cot(2 )
sin(2 ) sin (2 )
z x
xz
H H D D D
D D D
Jxzxz mit D D 1 2
2 2
2 3
2 4
2 5
2 6
2 7
: cot ( ) ( )
:cot ( ) ( )
:cot ( ) ( )
:cot 1
:cot ( ) ( )
:cot ( ) ( )
:cot (
sx sx x sz sz z
c sz sz z sz sz z
sx sx x c sx sx x
sx sx x c sx sx x
c sz sz z sz sz z
Y a f n a f n
Y hf a f n a f n
Y a f n hf a f n
Y
Y a f n hf a f n
Y hf a f n a f n
Y hf
D
D
D
D
c c
D
c c
D
D ca fsx sxc nx) (hfca fsz szc nz)
2
cot z x z x 1
xz xz
§ ·
H H H H D J ¨© J ¸¹
··2
§§ 1
17 Wiederholung aus Stahlbeton I: Bemessung orthogonal bewehrter Scheibenelemente in Regime 1
D D
const nxz
hfc
sz sz z
a f n nxz
cotD 0.5 cotD 2.0
hfc a fsx sxnx nxz
Scheibenelemente – Fliessbedingungen
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 17
Bemessung der Bewehrung
Bemessungspraxis: in der Regel Regime 1 (duktile Bruchart; Fliessen der beiden Bewehrungen vor Betonbruch, Beton bleibt intakt).
Fliessbedingung für Regime 1 in Parameterform (odirekte Bemessung):
Bedingung, damit Fliessregime 1 massgebend wird (kein Betonbruch):
NB:
oGrösse von fcsiehe Stahlbeton III. Näherung gemäss SIA 262 : fc= kcfcd(mit kc= 0.55) oNeigung des Betondruckfelds im Regime 1 folgt aus:
oWert k cotDtheoretisch frei wählbar, in Bemessungsnormen oft Bedingung 0.5 ݇ 2
oVerwendung von k 1, d.h. D 45°: «linearisierte Fliessbedingungen», in vielen FE-Programmen implementiert. Sichere Bemessung, aber nur eine von vielen Möglichkeiten (bei separater Grenzwertbildung für nx, ny,nxyu.U. stark auf sicherer Seite)
2
1 xz ( sx sx x)( sz sz z) 0
Y n a f n a f n cot
k D sx sx x 1xz
sz sz z xz
a f n k n a f n k n
t t
c sx sx sz sz x z
hf ta f a f n n
cot2D (a fsx sxnx) (a fsz sznz)
18 Wiederholung aus Stahlbeton I: Bemessung orthogonal bewehrter Scheibenelemente in Regime 2
Scheibenelemente – Fliessbedingungen
28.08.2017 ETH Zürich | Prof. Dr. W. Kaufmann | Vorlesung Stahlbeton III 18
Stegdruckbruch (Regime 2)
Ist die Bedingung nicht eingehalten,
liegt eine Bruchart vor, bei welcher der Beton auf Druck versagt.
Praktisch relevant ist insbesondere bei Trägern das Regime 2, welches
in Fällen mit vorliegt.
oBruchart: Fliessen der z-Bewehrung mit gleichzeitigem Betondruckbruch heisst Stegdruckbruch(«web crushing») oSchubwiderstand des Scheibenelements lässt sich als
Viertelkreisbogen darstellen
oBegrenzungen für cotDentsprechen im Diagramm Geraden
NB: Darstellung rechts = Projektion der Fliessfigur in die Ebene (nz, nxz), um Betrag aszfyzverschoben
(nx= verallgemeinerte Reaktion)
D D
c sx sx sz sz x z
hf ta f a f n n
sx sx x sz sz z
a f n !a f n
Regime 2 Regime 4
c 2 hf
nxz
sz sz z
a f n
c 2 hf cotD 0.5 cotD 2.0
nz
nxz
nx
Projizierter Schnitt