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Tragverhalten von randnahen zugbeanspruchten Befestigungen bei der Versagensart „Spalten des Betons“
(2014) Hüer, Thorsten; Eligehausen, Rolf (Prof. Dr.-Ing)
In der Befestigungstechnik werden mit Hilfe von Befestigungssystemen Lasten zwischen Bauteilen übertragen. Die Befestigungssysteme bestehen aus Befestigungsmitteln, deren Wirkprinzip auf Stoff-, Form- oder Reibschluss beruhen kann. In der vorliegenden Arbeit wird das Tragverhalten zugbeanspruchter Befestigungen mit einem geringen Abstand zu einem Bauteilrand untersucht. Dazu wurden sowohl experimentelle Untersuchungen als auch numerische Studien durchgeführt, wobei sich die Untersuchungen auf Versagen des Ankergrundes Beton beschränken. Dieses kann prinzipiell durch einen Betonausbruch oder durch die Bildung von Spaltrissen eintreten. Für experimentelle Untersuchungen mit zugbelasteten Befestigungen haben sich zwei unterschiedliche Versuchsmethoden etabliert: Enge und weite Abstützung. Bei einer weiten Abstützung findet die Abstützung der Zugkraft in einem Abstand von (mindestens) der zweifachen Verankerungstiefe zum Befestigungselement statt. Dies gewährleistet, dass sich ein vollständiger Ausbruchkegel ausbilden kann. Bei einer engen Abstützung werden dagegen die Reaktionskräfte aus der in das Befestigungsmittel eingeleiteten Zugkraft in unmittelbarer Nähe des Befestigungsmittels in eine Abstützplatte geleitet. Ein Versagen durch Betonausbruch kann nicht auftreten, sondern das Versagen tritt zwangsweise durch Spalten des Ankergrundes ein. In dieser Arbeit werden Ergebnisse von experimentellen Untersuchungen und numerischen Simulationen mit form-, reib- und stoffschlüssigen Befestigungsmitteln vorgestellt, die mit enger Abstützung durchgeführt wurden. Dadurch wurde gezielt Versagen durch Spalten des Betons hervorgerufen. Anhand der Untersuchungsergebnisse wird ein Berechnungsmodell für die Höchstlast von Befestigungen bei Spaltversagen abgeleitet. Da im Zulassungsverfahren der EOTA gemäß der Richtlinie ETAG 001-1 die Versuche zum Spaltversagen eines Befestigungsmittels mit weiter Abstützung durchgeführt werden, wird auch das Tragverhalten randnaher Befestigungen bei weiter Abstützung untersucht. Dies geschieht wiederum mittels experimenteller Untersuchungen und numerischer Simulationen. Anhand der Untersuchungsergebnisse wird ein weiteres Berechnungsmodell abgeleitet. Ein Vergleich der bei enger und bei weiter Abstützung erzielten Untersuchungsergebnisse zeigt, dass die Höchstlast bei enger Abstützung und Spaltversagen in aller Regel größer ist als bei weiter Abstützung. Dennoch wird bei weiter Abstützung, insbesondere bei geringen Bauteildicken, die rechnerische Betonausbruchlast nicht erreicht. Untersuchungen zur Klärung dieses Umstandes kommen zu dem Schluss, dass die bei weiter Abstützung auftretenden Biegespannungen eine Rissbildung verursachen, welche zu Spannungsumlagerungen im Bauteil und in deren Folge zu einer Verringerung der Betonausbruchlast führt. Dies bedeutet, dass die Höchstlast der Befestigung durch ein Bauteilversagen begrenzt wird. Weiterhin wird gezeigt, dass im Ankergrund vorhandene Zugspannungen generell die Tragfähigkeit zugbeanspruchter Befestigungen negativ beeinflussen. Abschließend werden Schlussfolgerungen im Hinblick der Auswirkungen der Untersuchungsergebnisse auf das Zulassungsverfahren von Befestigungsmitteln und auf die Anwendung zugbeanspruchter randnaher Befestigungen in der Baupraxis gezogen. Dabei werden auch Vorschläge zur Umsetzung der Untersuchungsergebnisse für die Anwendung von Befestigungen in der Baupraxis unterbreitet.