Tragverhalten von Kopfbolzen in Verbundträgern bei senkrecht spannenden Trapezprofilblechen

Abstract

Verbundträger aus Stahlträgern mit aufliegender Verbundplatte aus querspannenden Trapezblechen und Aufbeton werden üblicherweise mit Kopfbolzen als Verbindungsmittel ausgeführt. Die Ergebnisse von 17 eigenen Push-Out Versuchen bestätigen die Ergebnisse bereits vorangegangener Untersuchungen, dass der normative Ansatz für den Fall senkrecht spannender Trapezprofilbleche die Kopfbolzentragfähigkeit in einer Vollbetonplatte mit Abminderungsfaktoren zu multiplizieren, die Tragfähigkeit im Mittel überschätzt sowie eine große Streubreite besitzt. Dem gegenüber zeigen die beiden empirisch ermittelten normativen Bestimmungsgleichungen für die mittlere Kopfbolzentragfähigkeit in einer Vollbetonplatte eine gute Übereinstimmung zwischen Versuchsergebnissen und rechnerischer Traglast bei jedoch ebenfalls unbefriedigender Streubreite. Es liegt also nahe anzunehmen, dass der Abminderungsfaktor zur Berücksichtigung der Rippengeometrie unzureichend ist und zur Überschätzung der Kopfbolzentragfähigkeit bei Verwendung von senkrecht spannenden Trapezprofilblechen führt. Der Vergleich der normativen Regelung mit vorhandenen alternativen Ansätzen/Modellen aus der Literatur anhand von ca. 300 Push-Out Versuchen mit senkrecht spannenden Trapezblechen zeigt, dass diese Modelle keine besseren Ergebnisse liefern als die normativen Regelungen bzw. in ihrer Anwendung zu kompliziert sind, um als Ersatz zu dienen. Aus diesem Grund wird in der vorliegenenden Arbeit ein verbesserter Ansatz zur Bestimmung der Kopfbolzentragfähigkeit in Vollbetonplatten als auch bei Verwendung von senkrecht spannenden Trapezblechen entwickelt. Für den Fall „Kopfbolzen in einer Vollbetonplatte“ werden die den maßgebenden Tragkomponenten berücksichtigt. Der Vergleich mit 140 Push-Out Versuchen mit Vollbetonplatte zeigt, dass der neue Ansatz deutlich bessere Ergebnisse liefert als die momentan gültige normative Regelung. Hierbei sei auch auf die Anwendbarkeit bei höherfesten Materialien hingewiesen. Ausgehend von diesen neuen Bestimmungsgleichungen, wird mit Hilfe einer umfangreichen FE-Parameterstudie die geometrischen Haupteinflussgrößen der Rippengeometrie auf die Kopfbolzentragfähigkeit bei Verwendung von senkrecht spannenden Trapezblechen mit Aufbeton erfasst. Mit Hilfe dieser Ergebnisse können neue Abminderungsfaktoren vorgeschlagen werden, die für die vorliegende Datenbasis, im Vergleich zur Norm sowie zu den anderen Ansätzen/Modellen die genauesten Ergebnisse sowohl bezogen auf den Mittelwert als auch auf die Streubreite aufweisen. Dieser Vorschlag ist in seiner einfachen Anwendung mit der Norm vergleichbar.

Composite girders with concrete slabs or composite slabs with additional steel sheetings spanning transverse to the supporting beam are usually designed with headed stud connectors as shear connectors. The results of 17 own push-out tests confirm the results of earlier investigations, which have demonstrated that the approach given in the standard - i.e., reduction factor multiplied with the bearing capacity of a headed stud in a pure concrete plate - tends to overestimate the bearing capacity of a headed stud using transverse spanning steel sheetings and displays relatively high standard deviation. In contrast, existing empirical equations in the code to determine the bearing capacity of a headed stud connector in a pure concrete slab show a good mean value, but likewise a relatively high deviation from the mean value. Consequently, it is concluded that the reduction factor considering the geometry of the steel sheeting is currently insufficient. A comparison of the given approach in the code with existing alternative models in the literature based on approx. 300 push-out tests using transverse spanning steel sheetings shows that these models do not display better correlation values than the approach of the standard. Moreover, the applicability is often too complex to be a useful alternative. Thus, a revised approach for the determination of the bearing capacity of headed stud connectors in concrete as well as with additional steel sheetings spanning transverse to the supporting beam is developed in this contribution. For the case of headed studs in a concrete, the new model considers the decisive components of the bearing capacity of a headed stud connector. A comparison of 140 push-out tests shows that the new model has a better correlation value compared to the approach in the code. Additionally, the applicability for higher strength materials is verified. Based on the equations and with the help of a comprehensive numerical parametric study, the main parameters of the geometry of the trough of the steel sheeting have been determined. Based on these results, new reduction factors are proposed which result in the best statistical values of all presented alternative approaches and models and which applicability is comparable with the approach given in the standard.