Numerische Untersuchungen zur Einleitung von Vorspannkräften in dünnwandige Betonbrückensegmente

Abstract

An der TU Wien, Institut für Tragkonstruktionen - Forschungsbereich Stahlbeton- und Massivbau,liegt ein Schwerpunkt auf der Konzipierung neuer Brückenbauverfahren, mit dem Ziel Zeit und Ressourcen zu sparen. Im Zuge der Forschung wurden auch Versuche im Labor durchgeführt, um Informationen zu detaillierten Frage- beziehungsweise Problemstellungen zu erlangen.Im Jahr 2021 wurden Versuche durchgeführt, um neue Erkenntnisse zum Thema der Lasteinleitung von Vorspannkräften in dünnwandige Platten zu gewinnen. Es erfolgte die Herstellung von sechs Versuchskörpern und in weiterer Folge eine Beanspruchung bis zum Versagen. In dieser Arbeit werden zunächst die in der Literatur vorhandenen Problemstellungen und Grundlagen festgehalten.Im zweiten Teil dieser Arbeit werden die Versuche und deren Ergebnisse dokumentiert,um eine Grundlage für die weiterführenden Untersuchungen zu schaffen. Im nächsten Schrittwerden für drei Versuchskörper wirklichkeitsnahe Modelle, welche im Finite Elemente Programm ABAQUS modelliert wurden, vorgestellt. Die Ergebnisse der numerischen Berechnung werdenmit jenen aus den Versuchen verglichen. Hier wird das Tragverhalten, der Versagensmechanismus sowie die Beanspruchung der Verstärkungselemente beurteilt. Durch die Vergleiche kann gezeigt werden, dass die FE-Berechnung die Wirklichkeit abbildet.Aufbauend auf den Erkenntnissen aus den Vergleichsrechnungen im Finite Elemente Programm konnten weiterführende Untersuchungen und Modifizierungen am Modell durchgeführt werden, um auf Veränderungen in der Wirklichkeit schließen zu können. Es erfolgen kleine Variantenstudien,wodurch lokale Einflüsse sowie die Notwendigkeit von Verstärkungselementen beurteilt werden können.Nachdem die Geometrie der Lisenen im durchgeführten Versuch zu jenen im neueren Brückenbauverfahren abweichen kann, wurde ein bestehendes FE-Modell modifiziert. Dadurch konnten erste Erkenntnisse zum Tragverhalten der veränderten Geometrie festgehalten werden. Es erfolgte eine schrittweise Adaptierung, wodurch von den Ergebnissen des Versuchs über die Vergleichsrechnung auf das Verhalten des derzeit in der Forschung befindlichen Systems rückgeschlossen werden kann.

The Institute of Structural Engineering at TU Wien, Research Department Reinforced Concrete and Solid Construction, conducts research aimed at developing innovative bridge constructionmethods that can optimize time and resource usage. To gain insight into specific queries and challenges, assessments were carried out in laboratory as part of research efforts.In the year of 2021, a series of laboratory experiments were conducted to explore and acquire new insights into the subject of load introduction of post-tensioning forces in thin-walled slabs. Forthis purpose, six test specimens were created and subjected to increasing loads until they reached the point of failure. In the introdction chapter of this thesis, the problems and fundamentals available in the literature are recorded. In the second chapter the laboratory experiments and their results are documented in order to create a basis for further research. In the next step, three tests are examined, which were modelled realistically in the finite element program ABAQUS.The results of the numerical calculations are compared to those obtained from the experiments. In this chapter, the load-bearing behaviour, the failure mechanisms and the stress in the reinforcing elements are assessed. It is demonstrated through comparisons that the FE calculation represents the reality.Further investigations and modifications could be conducted on the model to draw conclusions about real-world changes, based on the results obtained from the comparative calculation in thefinite element program. Small-scale variant studies were performed to evaluate local influences and to determine the need for reinforcing elements. Due to the fact that the geometry of the blisters in the experiments deviates from that in the new bridge construction method, an existing FE model was modified. This enabled the initial observations regarding the load-bearing behavior of the modified geometry to be documented. An incremental adjustment process occurs, utilizingthe test results to derive insights into the behavior of the system under investigation through the comparative calculation.