Titelaufnahme

Titel
Der Kronendübel : experimentelle Untersuchungen des Trag- und Verformungsvermögens eines alternativen Schubverbinders im Stahl-Beton Verbundbau / von Richard Diermayr
VerfasserDiermayr , Richard
Begutachter / BegutachterinFink, Josef ; Petraschek, Thomas
Erschienen2007
UmfangV, 165 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2008
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Kronendübel / Schubverbinder / Push-Out Versuche / Abscherversuche
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-13906 Persistent Identifier (URN)
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Zusammenfassung (Deutsch)

Das Ziel des Stahl-Beton Verbundbaues ist es, die positiven Eigenschaften von Stahlbeton und Stahl miteinander zu vereinen. Dazu ist es notwendig, in der Kontaktfuge zwischen Beton und Stahl mittels eines Schubverbinders eine kraftschlüssige Verbindung sicher zu stellen. Dies erfolgt beispielsweise durch den Kopfbolzendübel, dem heute weltweit gebräuchlichsten Verbundmittel.

Aufgrund wirtschaftlicher und technischer Überlegungen kam es in der Forschung in den vergangenen Jahren wieder zu vermehrtem Bemühen, Alternativen zum Kopfbolzendübel zu finden. Am Institut für Tragkonstruktionen - Stahlbau laufen seit Herbst 2004 Forschungsprojekte zu dieser Thematik. Ziel ist die Entwicklung sogenannter Betondübelleisten. Deren Grundidee ist die Erzeugung eines Schubverbinders durch Aussparungen in Blechstreifen. Grundlage der Wirkungsweise dieser Schubverbinder ist die Bildung eines Betondübels in den mit Beton vergossenen Aussparungen des Bleches.

Mittels experimenteller Untersuchung und numerischer Berechnung wurden zu diesem Zwecke unterschiedliche Geometrien untersucht. Aufgrund der Ergebnisse von zwei bereits durchgeführten Versuchsreihen mit unterschiedlichen Stahlzahngeometrien (Puzzledübel, Puzzledübel mit Aussparung und Kronendübel) konzentriert sich die weitere Forschung mit einer dritten Versuchsreihe speziell auf die geometrische Form des Kronendübels. Dieser wird mit fünf verschieden Stahlzahnvarianten und adaptierter Bewehrungsführung im Betonkörper ausführlich getestet.

Im Unterschied zu den vorhergegangenen wird mit dieser Versuchsreihe auch eine neue den Anforderungen der Norm EN 1994-1-1:2004(D) [1] entsprechende Herstellungsform der Prüfkörper umgesetzt. Die Modifikation besteht im Detail darin, dass diese in horizontaler Lage und damit realitätsnäher betoniert werden. Um dies zu ermöglichen wurde ein teilbares und nach dem Erhärten des Betons wieder verschraubbares System gewählt. Diese Methode erwies sich als äußerst zielführend. Bei der Herstellung konnte bei minimiertem Zeitaufwand eine sehr gute Qualität der Prüfkörper erzeugt werden. Der Vorteil liegt also nicht nur in der praxisnahen Erzeugung sondern auch in der schnellen und qualitativ hochwertigen Versuchsabwicklung selbst.

Die Versuchsdurchführung erfolgte ebenfalls nach den Vorgaben der Norm [1] und wurde mittels programmierbarer Simatic automatisiert durchgeführt. Dadurch ist im Nachhinein eine gute Vergleichbarkeit der Versuchsergebnisse sichergestellt.

Die Auswertung der Versuche erfolgte in erster Linie bezüglich der Erfüllung der in der EN 1994-1-1:2004(D) [1] gestellten Anforderungen.

Laut [1] müssen Schubverbinder im Stahl-Beton Verbundbau zwei Hauptkriterien erfüllen. Eines ist das Duktilitätskriterium, das Anforderungen bezüglich der Relativverschiebung zwischen Betonkörper und Stahlkörper stellt. Das zweite Kriterium legt Anforderungen bezüglich der Abhebung der Betonkörper vom Stahlträger fest. Alle fünf in dieser Versuchsreihe getesteten Schubverbinder des Typs Kronendübel konnten die laut [1] gestellten Forderungen problemlos erfüllen. Sie übertrafen sowohl bezüglich ihrer maximalen Traglast als auch bezüglich ihres duktilen Verhaltens im Nachbruchbereich die Erwartungen. Für einen späteren praktischen Einsatz des Kronendübels ist auch ein exaktes doch trotzdem einfach handzuhabendes Rechenmodell wichtig.

Im Zuge der ersten beiden am Institut für Tragkonstruktionen - Stahlbau durchgeführten Versuchsreihen wurden unterschiedliche Tragmodelle speziell für den Kronendübel entwickelt. Der Vergleich der Ergebnisse aus der Tragmodellsberechnung mit den ausgewerteten Versuchsergebnissen der Serie 3 brachte sehr gute Ergebnisse. Voraussetzung ist, je nach Geometrie des Kronendübels das Tragmodell zu variieren. Der Neigungswinkel der Aussparungen des Kronendübels wäre z.B. ein gutes und einfaches Kriterium zur Auswahl des passenden Tragmodells.

Zusammengefasst kann gesagt werden, dass der Kronendübel alle von der Norm gestellten Anforderungen erfüllte. Die sehr guten mechanischen Eigenschaften (hohe Anfangssteifigkeit, hohe Traglast, gute Duktilität) gepaart mit den guten Tragmodellen sind wichtige Faktoren für einen effizienten Praxiseinsatz. In Kombination mit den wirtschaftlichen Vorteilen bedingt durch günstige Produktion und Montage ist der Kronendübel eine ernst zu nehmende Alternative zum Kopfbolzendübel.

Die ebenfalls in dieser Versuchsreihe untersuchte Dübelleiste der Form Kopfdübel konnte das Kriterium bezüglich Abhebung nicht erfüllen. Könnte jedoch mit etwas abgeänderter Geometrie bei einer neuerlichen Untersuchung auch alle Anforderungen der Norm erfüllen.

Zusammenfassung (Englisch)

The objective of reinforced concrete - steel composite construction is to combine the favourable characteristics of reinforced concrete and steel. It is therefore necessary to assure peak traction inside the contact joint in-between the concrete and steel by means of a shear connection. This for example takes place by use of the head bolt dowel, which is the most common device of interconnection worldwide.

Due to economical and technical considerations research made efforts to find alternatives to the head bolt dowel in the preceding years. At the "Institut für Tragkonstruktionen -Stahlbau" research projects concerning this matter are in progress since fall 2004. The objective is the development of so called concrete dowel sheets. The basic idea is the generation of a shear connection via notches in sheet metal strips. The basis of the mode of action of these shear connections is the forming of a concrete dowel inside the concrete filled recesses of the sheet metal strips.

For this purpose two different geometries were searched after by the bias of experimental verification and numerical calculation. Based on the results of two already accomplished test series with different steel tooth geometries (Puzzledübel, Puzzledübel with recess and crown dowel), further research with a third testing series puts focus especially on the geometric shape of the crown dowel. It is tested extensively with five different steel tooth modifications and adapted reinforcement inside the concrete body.

In distinction from preceding testing series a new mould of the testing bodies according to the norm EN 1994-1-1:2004(D) [1] is implemented with this one as well. The specific modification consists in horizontal and therefore more realistic concrete placement. To enable this modification a separable system that stays rescrewable after the cure of the concrete had been chosen. This method turned out to be highly effective. At fabrication a very high quality of the testing bodies was produced under a minimized time exposure. Therefore the perk is not only to find in the practical production but also in the quick and high quality processing of the experiment.

The processing of the experiment also followed the guidelines of the norm [1] and was accomplished automated by the use of programmable Simatic. Thus a good comparability of the test results in retrospect is guaranteed. The test evaluation attempted primarily to accomplish the requirements of the EN 1994-1-1:2004(D) [1]. According to [1] shear connections used in steel - concrete composite construction have to achieve two standards. One is the criterion of ductability which defines requirements concerning the relative displacement amongst the concrete body and the steel body. The second criterion determines requirements concerning the lifting of the concrete body off the steel joist. All five shear connections of the crown dowel type could accomplish the requirements set in [1] without any problems. They exceeded expectations concerning both their ultimate load and their ductile action at the new failure area.

An accurate but easy to operate calculation model is indispensable for an eventual functional application of the crown dowel.

Different beam models were developed especially for the crown dowel during the first two test series completed at the "Institut für Tragkonstruktionen - Stahlbau". The comparison of the results from the beam model calculation including the analysed data of the series 3 showed very good results. The precondition is to vary the beam model according to the geometry of the crown dowel. The angle of inclination of the recesses of the crown dowel would give an appropriate and simple criterion to choose a compatible beam model. As a final declaration it can be said that the crown dowel complied all requirements provided by the norm. The very positive mechanical characteristics (high initial rigidity, high ultimate load, good ductility) in addition with the good beam models are essential factors for an efficient practical approach. The combination of its economical advantages caused by low - cost production and assembling makes the crown dowel become a serious option to the head bolt dowel.

The likewise analysed dowel sheet of the "Kopfdübel" type couldn't manage to comply the criterion referring with the lift off. It could though accomplish all the requirements set by the norm in a new examination with slightly modified geometry.