Jürgen Roth

Die Beschränkung der Rißbreite

Wie bereits in 1.2 festgestellt, verhindert die Begrenzung der Betonzugspannungen nicht zuverlassig das Auftreten von Rissen. Bei dynamisch beanspruchten Bauwerken fuhren diese zu standigen Spannungsschwankungen der Spannbewehrung (Bild 1–3), die insbesondere bei ungunstigen Umweltbedingungen auch zum Reisen der Spannstahle und somit zu weiteren Schaden bis hin zum Einsturz fuhren konnen (vgl. 3.2.3 und [26, 168]). Wahrend bei Stahlbetontragwerken eine dauerhafte Passivierung des Betonstahls nicht erforderlich ist, mus bei der empfindlichen Spannbewehrung eine Depassivierung wahrend der gesamten Lebensdauer vermieden werden. Nach [111] ist dafur auser einer Betondeckung der ordnungsgemas verpresten Hullrohre von mehr als 5 cm zusatzlich eine rechnerische Risbreite unter 0,2 mm erforderlich. Im EC 2 wird fur die nicht in Hullrohren liegenden Spannstahle der Spannbettvorspannung bereits bei feuchter Lagerung (z.B. im Freien) eine Anordnung von 2,5 cm innerhalb des uberdruckten Bereichs gefordert (vgl. [34]).

Der rechnerische Bruchzustand

Wahrend die Nachweise im Gebrauchszustand und die Beschrankung der Risbreite vor allem die Gebrauchsfahigkeit und Dauerhaftigkeit sichern sollen, mus bei vorgespannten Bauteilen wie im Stahlbeton selbstverstandlich auch der Grenzzustand der Tragfahigkeit untersucht werden (vgl. 1.2). Die Beanspruchungen in diesem „rechnerischen Bruchzustand“ werden nach derzeit gultigen deutschen Spannbetonvorschriften mit Schnittgrosen ermittelt, die sich aus den um globale Sicherheitsbeiwerte γ erhohten Werten des Gebrauchszustandes ergeben. Diese Berechnungsweise ist bei statisch bestimmten Systemen richtig, bei statisch unbestimmten dagegen zumindest ungenau, wenn nicht sogar falsch (vgl. auch 3.2.3 und [2,3,6, 122]). Deshalb darf nach DIN 4227 Teil 1, 11.1 (dgl. Teil 2 und Teil 6) wenigstens die Schnittkraftumlagerung infolge der veranderten Steifigkeiten durch die Risbildung erfast werden. Dann sind aber die Zwangbeanspruchungen aus Systemschwinden, Temperatur und Baugrundbewegungen mit dem gleichen Sicherheitsbeiwert zu vergrosern wie die Nutzlasten (γ = 1,75).

Bemessung schlanker Druckglieder

Wahrend bei uberwiegend auf Biegung beanspruchten Tragwerken die Ermittlung der Schnittgrosen am unverformten System ausreichend genaue Ergebnisse liefert, gewinnt bei Vorhandensein groser Normalkrafte der Einflus der Verformungen an Bedeutung. Wie Bild 6-1 zeigt, folgt aus der Berechnung am verformten System, d.h. nach der Theorie II. Ordnung, bei Langszugkraften eine Verkleinerung und bei Druckkraften eine Vergroserung der gleichzeitig wirksamen Biegemomente.

Nachweise unter Gebrauchslast

Neben ausreichender Tragfahigkeit ist fur Stahlbetonkonstruktionen einwandfreies Verhalten unter Gebrauchslast nachzuweisen, weil zu grose Verformungen oder Risse die Gebrauchsfahigkeit und Dauerhaftigkeit beeintrachtigen konnen.

Bauelemente und Tragverhalten

Kennzeichnend fur den Baustoff Stahlbeton sind zwei Besonderheiten; seine Anpassungsfahigkeit in der Formgebung an die unterschiedlichsten, aus der Nutzung oder Belastung eines Bauwerks sich ergebenden Anforderungen und der monolithische Zusammenhang von Stahlbetonkonstruktionen, besonders bei der Herstellung in Ortbetonbauweise. Zur Schnittgrosenermittlung und Bemessung ist es aber, um den Rechenaufwand in vertretbaren Grenzen zu halten, notwendig, ein solches monolithisches Bauwerk in einzelne Tragelemente zu unterteilen (Bild 2-1). Wie auch bei Bauten aus anderen Baustoffen wird unterschieden zwischen Stab- und Flachentragwerken. Stabtragwerke sind Balken, Stutzen, Rahmen- und Bogenkonstruktionen, Flachentragwerke Platten, Scheiben, Faltwerke und Schalen.

Anwendungen des Stahl- und Spannbetons im Hoch- und Industriebau

Erst seit Ende des 19. Jahrhunderts verwendet man im Bauwesen Stahlbeton [301, 302]. Wegen seiner beliebigen Formbarkeit, hohen Tragfahigkeit und Dauerhaftigkeit bei relativ geringem Erhaltungsaufwand, seiner grosen Widerstandsfahigkeit gegen Feuer, mechanische Angriffe und Witterungseinflusse sowie aus wirtschaftlichen Grunden fand dieser Baustoff schnell weite Verbreitung [39–41, 302]. Heute werden in allen Bereichen des Bauwesens die tragenden Konstruktionen vorwiegend aus Stahlbeton erstellt [42–45, 303].

Brücken aus Stahl- und Spannbeton

Die ersten Brucken aus Beton im heutigen Sinne entstanden am Ende des 19. Jahrhunderts. Nach dem Vorbild bewahrter Mauerwerksgewolbe waren es zunachst Bogenbrucken, mit denen schon um die Jahrhundertwende Spannweiten bis zu 100 m erreicht worden sind [101–108,401,402]. Zur Zeit betragt der Spannweitenrekord bei Bogenbrucken 390 m [403] und bei seilabgespannten Konstruktionen sogar 440 m [105]. Jedoch scheinen mit Seilabspannungen und bei Verwendung von Stahlleichtbeton derzeit auch Stutzweiten uber 600 m wirtschaftlich realisierbar [4f, 404–406].

Der Verbund zwischen Spannglied und Beton

Die Verbund- oder Haftspannung τ1 ergibt sich aus der Bedingung, das die Anderung der Vorspannkraft ΔZv in Δ x durch τ1uvΔ x aufgenommen werden mus (Bild 6-1):

Bemessung für Querkraft

u _1 = \frac{{\Delta Z_v }} {{u_v \Delta x}} = \frac{{A_v }} {{u_v }}\frac{{\Delta gma _v }} {{\Delta x}}.