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Tragverhalten und Bemessung von Ankerschienen unter zentrischer Zugbelastung
(2003) Kraus, Josef; Eligehausen, Rolf (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
Die Ankerschiene ist ein Bauprodukt, das bereits seit der Patentierung im Jahr 1913 im Stahlbetonbau verwendet wird. Sie läßt sich in die Gruppe der Einlegeteile einordnen und leitet die am Schienenprofil angreifenden Lasten über Anker in den umgebenden Beton ab. In Deutschland unterliegen alle Bauausführungen, von denen im Versagensfall eine Gefährdung von Personen und Sachen ausgehen kann, der bauaufsichtlichen Genehmigung. In den aktuellen Zulassungen für Ankerschienen sind zulässige Lasten, Grenzwerte für die beim Einbau einzuhaltenden Randabstände, für die gegenseitigen Abstände der angreifenden Lasten und für die minimalen Bauteilabmessungen angegeben. Die Regelungen in diesen Zulassungen bieten nicht die Möglichkeiten einer variablen Bemessung der Ankerschienen wie sie für Dübel und Kopfbolzen bekannt ist, sondern sie spiegeln lediglich ein starres Gerüst von Forderungen wider, welche die möglichen Anwendungsfälle und Einbausituationen eingrenzen. Es war Ziel der vorliegenden Arbeit den Kenntnisstand über das Tragverhalten von Ankerschienen unter zentrischer Zugbelastung zu erweitern, um sie in jeder beliebigen Einbausituation, unter Berücksichtigung der angreifenden Last, der Schienenlänge und der Ankeranzahl, bemessen zu können. Hierzu wurden umfangreiche theoretische und experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die zu folgenden Ergebnissen führten: Geometrische Einflüsse auf die Tragfähigkeit von Ankerschienen: Die Beanspruchung des Ankergrundes durch Ankerschienen unterscheidet sich von der Beanspruchung durch Kopfbolzen, da die einbetonierte Schiene eine Störstelle im Beton darstellt, die sich bei der meist auftretenden Versagensart Betonausbruch ungünstig auf die Tragfähigkeit auswirkt. Die Verminderung der Betonausbruchlast im Vergleich zu Kopfbolzen ist auf eine Längsrissbildung unter dem Schienenkörper zurückzuführen, die durch die Aussparung im Beton begünstigt wird. Sie hängt vom Verhältnis Höhe der Schiene hProfil zur Verankerungstiefe hef ab. Ab einer Verankerungstiefe von hef > 180 mm und einem für diese Schienen üblichen Verhältnis hProfil/hef < 0,23 ist der Einfluss vernachlässigbar gering. Die Längsrissbildung unter dem Schienenkörper führt bei Schienen am Bauteilrand zu einem im Vergleich zu Kopfbolzen veränderten Bruchmechanismus. Auf diese Längsrissbildung ist zurückzuführen, dass bei Ankerschienenmeterware am Bauteilrand die Tragfähigkeit der Schiene unabhängig davon ist, ob sie einen Rand c2 oder zwei Ränder c3 >= c2 parallel zur Schiene aufweist. Eine Weiterführung von Untersuchungen von Zhao zeigte, dass auch bei Ankerschienen der kritische Ankerabstand scr,N von der Verankerungstiefe der Anker abhängt. Deshalb wurde ein Modell zur Bemessung von Ankerschienen vorgeschlagen, dass zunächst die Verteilung einer an der Ankerschiene angreifenden Last auf die Anker der Schiene beschreibt. Die Lastabtragung wird durch „Dreiecke“ angenähert, die die Lastausbreitung von Einzellasten über die Schiene beschreiben. Hierzu wurde die Einflusslänge l eingeführt, die den Bereich einer Ankerschiene definiert, in dem die von einer Einzellast aktivierbaren Anker liegen. Bei bekannter Belastung der einzelnen Anker einer Schiene wird der Widerstand des kritischen Ankers der Schiene bestimmt. Im Vergleich zum CC-Verfahren für Kopfbolzen wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren mit Einflussfaktoren nicht die Bruchlast eine Gruppe, sondern die Bruchlast des untersuchten Ankers bestimmt. Das Modell berücksichtigt, dass die Tragfähigkeit des betrachteten Ankers durch den Abstand und die Belastung ggf. vorhandener Nachbaranker sowie durch Rand- und Eckabstände beeinflusst wird. Bemessung von Ankerschienen Es wird ein Verfahren zur Bemessung von Ankerschienen ohne Rückhängebewehrung bei der Versagensart Betonausbruch vorgeschlagen, dass auf dem Sicherheitskonzept der Teilsicherheitsbeiwerte beruht. Dieses Sicherheitskonzept weist einen Teilsicherheitswert für die Montage auf. Zur Bestimmung dieses Teilsicherheitsbeiwertes wurden Untersuchungen auf der Baustelle und Versuche im Labor durchgeführt. Die Untersuchungen auf der Baustelle haben gezeigt, dass beim Einbau von Ankerschienen eine Reihe von Fehlern auftreten können. In Versuchen wurde der Einfluss von Montageungenauigkeiten auf die Betonausbruchlast untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass im Vergleich zur optimalen Montage durch die genannten Einbaufehler Tragfähigkeitsdefizite entstehen können. Basierend hierauf wird ein Sicherheitsbeiwert zur Berücksichtigung der Montagesicherheit von 1,2 vorgeschlagen. Ein Montagesicherheitsbeiwert 1,0 kann nur dann eingesetzt werden, wenn eine optimale Montage auf der Baustelle zu erwarten ist bzw. nachgewiesen werden kann. Da auch grob fahrlässige Ausführungen von Ankerschienen in der Praxis beobachtet wurden, weist der Verfasser auf die Einhaltung der Montagevorschriften der Hersteller ausdrücklich hin.