Verformungsbezogene mittragende Breite niedriger Verbundträger

Abstract

Aufgrund der vergleichsweise großen Schlankheit von Verbundträgern niedriger Bauhöhe wird bei diesen Trägern in sehr vielen Fällen die Einhaltung von Verformungsgrenzwerten zum querschnittsbestimmenden Aspekt. Das Verformungsverhalten dieser Träger wird dabei maßgeblich durch die große Biegesteifigkeit des Betongurts und dessen Rissbildung bestimmt. Einer der maßgebenden Einflüsse auf die rechnerischen Verformungen ist die mittragende Breite des Betongurts, dessen Wert durch die bestehenden Normregeln ohne Berücksichtigung des speziellen Trag- und Verformungsverhaltens niedriger Verbundträger abgeschätzt wird. In der vorliegenden Arbeit wird daher das Verformungsverhalten und die mittragende Breite niedriger Verbundträger unter Berücksichtigung der Biegetragwirkung und der Rissbildung des Betongurts untersucht. Diese Untersuchungen zeigen unter anderem, dass für die Spannungs- und die Verformungsberechnung unterschiedliche Werte der mittragenden Breite anzusetzen sind. Anhand umfangreicher experimenteller, analytischer und numerischer Untersuchungen werden die Einflüsse auf die mittragende Breite analysiert. Auf Basis der Ergebnisse einer ausführlichen Parameterstudie für den Bereich des Hoch- und Geschossbaus wird ein Berechnungsansatz für die verformungsbezogene mittragende Breite entwickelt und ein Vorschlag zur quasi-elastischen Verformungsberechnung niedriger Verbundträger gemacht. Es zeigt sich, dass die verformungsbezogene mittragende Breite im Besonderen von der Biegetragwirkung des Betongurts, dessen Rissbildung, dem Verhältnis von Gurtbreite zu Trägerlänge, der Steifigkeitsverteilung im Verbundträger und der Belastungshöhe abhängt. Mit dem entwickelten Berechungsansatz ist eine realistische Verformungsberechung und wirtschaftliche Dimensionierung niedriger Verbundträger möglich.

Due to the high slenderness of composite girders with shallow height their deflection behaviour is of great importance. In many cases the cross sectional dimensions are determined by the limitation of the deflections. In contrary to high composite beams the deflection behaviour of these girders is influenced especially by the bending state and cracking behaviour of the concrete slab. Among others one main parameter for these is the effective width of the slab, whereas the rules for the calculation of the effective width in the corresponding codes do not take into account the special aspects of these girder types. Therefore the presented thesis reports from the investigations of the deflection behaviour and the effective width of shallow composite girders taking into account the bending state and the cracking of the concrete slab. At first it is shown that for the calculation of stresses a different value of the effective width must be taken into account than for the calculation of deflections. On basis of extensive experimental, analytical and numerical investigations the influences on the effective width are analysed. A wide-ranging parametric study in the range of common multi-story buildings leads to the development of an approach for the calculation of the effective width due to deflections and a proposal for a quasi-elastic calculation of the deflections of shallow composite girders. At this it turns out that the effective width due to deflections is influenced above all by the bending state of the concrete slab, its cracking behaviour, its ratio width to length, the ratio of the individual stiffness components of the composite cross section and the load level. On basis of the proposed approach for the calculation of the effective width the deflections of shallow composite girders can be determined realistically. This leads to a more economic design of these girder types than in the common practice.