Numerische Simulationen von Fertigteilstützen mit hochfestem Bewehrungsstahl und großem Stabdurchmesser

Abstract

In Europa werden Hochhausbauten oft in Stahlbetonbauweise hergestellt. Die Kombination von großen Geschoßflächen und schlanken Betonstützen erfordern eine Entwicklung der Stahlbetonstützen, um die hohen Lasten bis in das Fundament weiterleiten zu können. Eine Lösung bietet das Stahlwerk Annahütte (Hammerau, Deutschland) mit dem Gewindestahl SAS670/800 als Längsbewehrung für Druckglieder. Die charakteristische Streckgrenze beträgt 670 MPa und ist somit höher als der konventionelle Bewehrungsstahl B550. Neben der höheren Streckgrenze sind große Stabdurchmesser verfügbar und dadurch hohe Bewehrungsgrade herstellbar. Durch den Einsatz von hochfestem Stahl zusammen mit hochfestem Beton können Stahlbetonstützen die speziellen Anforderungen im Hochhausbau erfüllen.Um die Produktion und die Wirtschaftlichkeit der Herstellung eines Hochhauses weiter zu verbessern, können die Bauwerkskomponenten vorgefertigt werden. Durch die Vorfertigung von Betonstützen werden die Übergreifungsstöße der Längsbewehrung vermieden und die Stützen stumpfgestoßen. Dadurch entsteht eine Unterbrechung der Längsbewehrung, was zu einem Tragfähigkeitsverlust der Stütze führen kann. Im Hochhausbau werden in der Regel die Stützen nicht durch die Decke hindurchgeführt, wobei die durch eine Ortbetondecke unterbrochen werden und mittels Stumpfstoß verbunden werden. Dies kann besonders kritisch sein, da die Decken aus wirtschaftlichen Gründen mit kleineren Festigkeiten hergestellt werden als die Stützen.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Eigenschaften der Druckbewehrung SAS670/800 und mit der möglichen Tragfähigkeitserhöhung durch Einsatz einer Umschnürungsbewehrung. Außerdem wird anhand von Laborversuchen und numerischen Simulationen auf das Tragverhalten von Fertigteilstützen mit und ohne Stumpfstoß mit hochfestem Bewehrungsstahl und großen Stabdurchmessern geschlossen. Es erfolgt die Entwicklung von numerischen Modellen, die das Verhalten solcher Stützen beschreiben sollen. Dafür wurden verschiedene Modelle erstellt und miteinander verglichen, um die beste Näherung zu dem Bauteilverhalten aus den durchgeführten Versuchen zu ermitteln.

In Europe high-rise buildings are often made of reinforced concrete. The combination of large floor areas and slim concrete columns require the development of reinforced concrete supports in order to be able to transfer the high loads. The steelworks company Annahütte (Hammerau, Germany) offers a so-lution with the reinforcement steel SAS670/800 as longitudinal reinforcement for compression. The characteristic yield strength is 670 MPa and is therefore higher than the conventional reinforcing steel B550. In addition to the higher yield strength, large bar diameters are available and high degrees of reinforcement can be achieved. By using high-strength steel together with high-strength concrete, rein-forced concrete columns can meet the special requirements in high-rise construction.In order to improve the production and the profitability of the manufacture of a high-rise building, the building components can be prefabricated. By prefabricating concrete columns, the overlapping joints of the longitudinal reinforcement are avoided and the columns are butt jointed. This creates an interruption in the longitudinal reinforcement, which could lead to a loss of load bearing capacity of the column. In high-rise construction, the supports are usually not inserted through the slab, whereby they are interrupted by an in-situ concrete slab and connected by butt joints. This can be particularly critical since the slabs are manufactured with lower strengths than the supports for economic reasons.The present work deals with the properties of the reinforcement SAS670/800 and with the increase in load bearing capacity through the use of confinement reinforcement. In addition, based on laboratory tests and numerical simulations, conclusions are drawn about the load-bearing behaviour of precast col-umns with and without butt joint with high-strength reinforcement steel and large bar diameters. There follows the development of numerical models that describe the behaviour of such columns. For this purpose, various models were created and compared with one another in order to determine the best approximation of the test load bearing behaviour.