Zum Tragverhalten von Stahlbetonbauteilen unter Torsionsbeanspruchung

Abstract

Diese Diplomarbeit untersucht das Tragverhalten von Stahlbetonbauteilen unter Torsionsbeanspruchung. Dieser Art der Belastung wird in der Forscherwelt verhältnismäßig wenig Aufmerksamkeit zuteil, da sie speziell im Hochbau eine sehr geringe Bedeutung hat. Doch im Ingenieurbau, und vor allem im Brückenbau kann die Torsionbeanspruchung maßgebend sein. Deswegen ist es wichtig, diese Belastung näher zu untersuchen und die unterschiedliche Herangehensweise verschiedener Bemessungsnormen in ihren wesentlichen Inhalten zu kennen. Diese Arbeit versucht den Unterschiede zwischen der österreichischen ÖNORM B4700, der schweizer SIA 262, dem europäischen Eurocode 2, sowie seinen nationalen Anhängen aus Österreich und Deutschland, dem fib Model Code 2010, dem amerikanischem ACI 218M-11, der kanadischem CSA A23.3-04 und dem japanischen JSCE 15 auf den Grund zu gehen, sie zu vergleichen und sie zu bewerten. Dafür werden nach einer kurzen Einführung in das Thema "Torsion" einige in der Literatur vorhandenen Berechnungsmodelle sowie die Bemessungsmodelle ausgewählter Normen beschrieben. Danach werden 180 Torsionsversuche, welche in einer eigens erstellten Datenbank gesammelt wurden, mit diesen neun unterschiedlichen Normen nachgerechnet. Dafür musste der Rechenapparat der Normenwerke erst umgeformt werden, um eine Versuchsnachrechnung zu ermöglichen. Da in der Versuchsdatenbank unter anderem das Torsionsbruchmoment festgehalten wurde, gibt es einen Referenzwert, mit dem die berechneten Torsionsbruchmomente verglichen werden können. Dadurch ist es möglich, die Bemessungsnormen sowohl im Gesamten als auch im Bezug auf einzelne Einflussparameter, wie Betondruckfestigkeit, Bewehrungsgrad und Querschnittsform, statistisch und graphisch miteinander zu vergleichen und ihre Stärken und Schwächen bei der Abbildung von Torsionsbeanspruchung in einem Stahlbetonbauteil aufzuzeigen. Dabei zeigt sich, dass die österreichischen, deutschen und europäischen Bemessungsnormen im Schnitt besser abschneiden, als ihre amerikanischen, kanadischen, japanischen und schweizerischen Pendants.

This Master Thesis analyses the load-bearing capacity of reinforced concrete due to torsional load. This type of load does not receive as much attention as other loads since it has a comparatively low importance in structural engineering. Nevertheless, the torsional load can play a significant role in bridge construction. Thus, it is essential to examine the torsional load and its diverse calculation models from several national and international standards of construction in detail. Therefore, the calculation models Austrian ÖNORM B4700, Swiss SIA 262, European Eurocode 2 with its national Annex of Austria and Germany, Model Code 2010, American ACI 218M-11, Canadian CSA A23.3-04 and Japanese JSCE 15 are investigated, compared and evaluated in this thesis. Firstly, the thesis provides a brief introduction about `torsion-, followed by a report on selected calculation models found in specialist literature as well as calculation models of different national and international standards. Moreover, 180 experiments with torsional loads are recalculated via the nine previously described models. Regarding this process, the torsional moments of failure documented in each of the 180 experiments, serve as reference value for the calculated torsional moment of failure by each standard. Furthermore, to realize this recalculation, several formulas of the standards of construction have to be transformed. In a next step, the results of this recalculation are compared to the results of the experiments and among each other. Subsequently, a general evaluation of the nine codes is elaborated as well as an analysis of influencing factors including concrete strength, the amount of reinforcement and the cross-section design. Hence, the suitability of the approach to reproduce reinforced beams with torsional load is shown. Finally, it is demonstrated that the most precise results are achieved with the Austrian, German and European models, followed by the American, Canadian and Japanese counterparts.