Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.18419/opus-166
Authors: Kraus, Josef
Title: Tragverhalten und Bemessung von Ankerschienen unter zentrischer Zugbelastung
Other Titles: Load bearing behavior and design of channel bars under centric tension loads
Issue Date: 2003
metadata.ubs.publikation.typ: Dissertation
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-13508
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/183
http://dx.doi.org/10.18419/opus-166
Abstract: 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.
A channel bar is a construction product used in reinforced concrete construction already since the grant of a patent in the year of 1913. It can be classified into the group of casted into concrete fasteners and transfers the loads applied to the channel profile by means of anchors into the surrounding concrete. In Germany, all construction works representing a potential danger for persons or objects in case of failure are subject to technical approvals by building authorities. In current technical approvals for channel bars, there are defined admissible loads, critical values for edge distances and mutual distances of the applied loads during installation as well as minimum dimensions of the anchoring ground. The rules in these technical approvals do not provide a variable design of channel bars as it is known for fasteners and headed studs, but merely represent a rigid framework of requirements limiting the available fields of application and options of installation. The object of the present thesis was to extend the knowledge of the load bearing behaviour of channel bars under centric tensile loading in order to allow a design of channel bars under all circumstances of installation and under consideration of the applied loads, the length of the channel bar and the number of anchors. For this purpose, extensive theoretical and experimental investigations were carried out. Geometrical influences on the load capacity of channel bars: The loading of the anchoring ground by channel bars is different from the loading by headed studs, since the cast in channel represents a weak spot in the concrete which has an adverse effect on the ultimate load capacity under the prevailing failure mode of concrete cone failure. The decrease of the concrete cone failure load as compared to headed studs is due to the formation of longitudinal cracks under the channel body which is induced by the recess in the concrete. The formation of cracks depends on the relation of height of the channel hProfil to the embedment depth hef. For embedment depths of hef > 180 mm and a commonly used relation hProfil/hef < 0,23 this influence is negligible. For channel bars near the edge of the anchoring ground, the formation of longitudinal cracks under the channel body leads to a modified fracture mechanism as compared to headed studs. With channel bars near the edge of the anchoring ground, due to this formation of longitudinal cracks, the load capacity of the channel bar does not depend on whether there are one edge c2 or two edges c2 >= c2 parallel to the channel bar. A continuation of the investigation of Zhao showed that also with channel bars the critical anchor distance scr,N depends on the effective depths of the anchors. In this thesis a model for the design of channel bars has been proposed which at first describes the distribution of an applied load on the anchors of a channel bar. The load transfer is approximated by means of “triangles” which describe the load dispersion of individual loads along the channel bar. For this purpose, the influence length l has been introduced which defines the area of a channel bar in which anchors receive loading from an individual applied load. Based on a known loading of the individual anchors of a channel bar, the resistance of the critical anchor of the channel bar is determined. Compared to the CC-method for head studs, the proposed method of influence factors does not determine the ultimate load of a group but the ultimate load of an individual anchor. The model takes into account that the load capacity of the individual anchor is influenced by the mutual distance and the loading of possible adjacent anchors as well as edge and corner distances. Design of channel bars In the present thesis a method for the design of channel bars under the failure mode concrete cone failure is proposed, the method being based on the concept of partial safety factors. This safety concept comprises a partial safety factor for installation. Further investigations were conducted in order to determine this partial safety factor. The investigations on the construction site have shown that the installation of channel bars may involve a number of imperfections. The influence of imperfections during installation on the concrete cone failure load were investigated in further experiments. The experimental results show that due to the mentioned imperfections during installation a significant decrease of the load capacity as compared to a perfect installation may arise. Based on these results, a partial safety factor of 1,2 is proposed in order to take into account the installation safety. A partial safety factor 1,0 only applies when a perfect installation on the construction site can be expected or proven. Since practical applications also showed grossly negligent installations of channel bars, the author expressly points to a compliance with the regulations for installation.
Appears in Collections:02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Kap_01_04.pdf2,78 MBAdobe PDFView/Open
Kap_05_06.pdf3,7 MBAdobe PDFView/Open
Kap_07_11.pdf2,81 MBAdobe PDFView/Open


Items in OPUS are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.