Versuche zum Querkrafttragverhalten von Strahlbetonträgern mit und ohne Schubbewehrung

Abstract

Aufgrund der in den letzten Jahrzehnten massiv gestiegenen Verkehrsbelastung durch den Schwerverkehr und des Ausbaus bestehender Strecken, können die in der aktuellen Normenlage geforderten Nachweise bezüglich der rechnerischen Querkrafttragfähigkeit bei bestehenden Brücken in Österreich oftmalig nicht erfüllt werden. Zum Zwecke einer genaueren Beurteilung der Schubtragfähigkeit solcher Brücken wird am Institut für Tragkonstruktionen - Betonbau an der Technischen Universität Wien an der Entwicklung eines neuen Berechnungsmodells gearbeitet. Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden zwei Versuchsreihen zur Verifizierung der Annahmen des neuen Modells behandelt. Jede Serie besteht aus jeweils sechs Trägern, wobei nur eine davon mit Bügeln zur Aufnahme von Querkräften bewehrt ist. Beide Serien bestehen aus je drei Plattenbalken- und drei Rechtecksquerschnitten, welche im Gröÿenverhältnis 1:2:4 skaliert sind. Die Diplomarbeit beinhaltet eine umfassende Beschreibung der durchgeführten Versuche und der daraus gewonnenen Ergebnisse. Darüber hinaus werden die Versuchslasten mit den errechneten Schubwiderständen nach Eurocode 2 sowie nach fib Model Code 2010 verglichen. Den Abschluss dieser Arbeit bildet die Abschätzung der jeweiligen Traganteile bekannter Querkrafttragmechanismen auf Basis von Gleichgewichtsbetrachtungen am freigeschnittenen Bruchkörper und photogrammetrischen Messungen der Risskinematik. Die Versuche zeigen, dass die Ausführung der minimalen Schubbewehrung das Tragverhalten bereits signifikant ändert und dadurch auch jegliche Maßstabseffekte unterdrückt werden. Eine Verbreiterung der Druckzone führt zu keiner Steigerung des Schubwiderstandes. Aus dem Vergleich der Versuchslasten mit den Richtlinien wird ersichtlich, dass der fib Model Code eine Tendenz zur Überschätzung der Traglast beider Serien aufweist. Die Anwendung des Eurocode würde hingegen zu einer unwirtschaftlichen Bemessung im schubbewehrten Fall führen. Eine adäquate Abbildung des Tragverhaltens unmittelbar vor Bruch ist mittels der gewählten Modelle zur Beschreibung der Querkrafttragmechanismen möglich. Die dafür notwendigen Eingangsgröÿen können mit dem verwendeten photogrammetrischen Messsystem exakt bestimmt werden. Die Analyse der Risskinematik zeigt, dass gleich geneigte Rissabschnitte unterschiedlicher Träger dieselbe Kinematik aufweisen. Nach einer Initialöffnung verhält sich der Zuwachs der Rissöffnung zu dem der Gleitungen nahezu linear. Da rund die Hälfte der Straßenbrückenflächen in Österreich mit der Spannbetonbauweise hergestellt wurde, ist als nächster Schritt eine vorgespannte Versuchsreihe von hohem Interesse. Durch Anwendung der hier vorgestellten Auswertung von photogrammetrischen Messdaten könnte der Einfluss der Vorspannung auf die Risskinematik und somit auf die Querkrafttraganteile untersucht werden.

Due to the increase in trac loads over the past decades and the expansion of the existing road networks, many bridges in Austria are not able to fulll the required level of safety in regard to shear failure. For the purpose of a more accurate estimation of the load capacity of such bridges a new shear strength model is being developed at the Institute of Structural Engineering, Vienna University of Technology. This thesis describes two series of tests which are used to verify the assumptions of the new model. Each series contains six specimens, half of which are rectangular beams and the other half are T-beams. The size ratio of the specimens in each series is 1:2:4. One of the series does not contain stirrups while the other one has a low amount of shear reinforcement in order to carry the shear load. This thesis contains a full description of the tests and their results. Futhermore, the results and the calculated shear resistance according to the Eurocode 2 and the b Model Code 2010 are compared. Finally, an analysis of the contribution of various shear-transfer actions is included. This is based on photogrammetric measurements of the shear crack and the equilibrium consideration at the free body. The experiments show that the presence of a minimum amount of stirrups leads to a signicantly dierent load-bearing behavior and to the supression of the size eect. Designing a larger compression zone had no impact on the shear load capacity of the tested beams. The comparison of the results with the calculations using the standards shows that the failure load is generally overestimated by the b Model Code and that the application of the Eurocode would lead to an uneconomic design of the beams with shear reinforcement. A suitable description of the shear behavior immediately before failure is possible by the chosen models. Moreover, it could be shown that the applied photogrammetric system is very suitable for the measurements of the required displacements needed to perform this evaluation. The analysis of the cracks shows that the kinematics of similar inclined crack sections of dierent specimens are alike. After an initial opening the width evolves almost linear to the slip of the crack. Since half of the road bridge areas in Austria are made of prestressed concrete, a test series with prestressed specimens is necessary as a next step. The described evaluation of photogrammetric measurements could be used to investigate the impact of prestressing on the crack kinematics and, therefore, on the contribution of sheartransfer actions.