Tragwerklehre 3.Semester at RWTH Aachen

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Eigenschaften vorgespannter Betonträger


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Vorspanngrade : Vor- und Nachteile

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Spannverfahren und ihre Anwendung sowie vor und nachteile

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Zeitstandverhalten von Spannbetonbauteilen, Schlupf

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Gebrauchszustand von Spannbetonträgern

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Vergleich Stahlbetonträger - Spannbetonträger

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Holz – Aufbau und Zellstruktur :

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Holz – wuchsbedingte Inhomogenitäten

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Holzarten


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Vertikale Lasten:

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Horizontale Lasten:

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Hallen ohne steife Dachscheibe benötigen mindestens

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Tragwerklehre 3.Semester

Eigenschaften vorgespannter Betonträger


- Stahl hilft gegen Zugspannungen 

- Dehneigenschaften wie ungerissenen Betonträgers

- Die Durchbiegungen eines Spannbetonträgers sind geringer- , die Beanspruchbarkeiten sind höher

-wie eine schlaffe Bewehrung

- Das Korrosions-/ Rißverhalten eines Spannbetonträgers ist durch die Vorspannung günstiger



(Der vorgespannte Stahl überdrückt die auf den Betonquerschnitt wirkenden Zugspannungen.)
  (Der infolge der Vorspannung ungerissene Betonquerschnitt ist statisch gesehen mit dem vollen Trägheitsmoment (I), wirksam. Die Dehneigenschaften des vorgespannten Trägers entsprechen deshalb in etwa denen des ungerissenen Betonträgers.)
- Die Durchbiegungen eines Spannbetonträgers sind geringer- , die Beanspruchbarkeiten sind höher, als bei einem Stahlbetonträger gleicher Dimension.
- Der Spannstahl kann - je nach Spannverfahren - im Bruch-/Versagenszustand wie eine schlaffe
Bewehrung
funktionieren und seine Fließfähigkeit genutzt werden.
- Das Korrosions-/ Rißverhalten eines Spannbetonträgers ist durch die Vorspannung günstiger
als beim Stahlbeton, weil sich Risse gar nicht oder nur teilweise öffnen.

Tragwerklehre 3.Semester

Vorspanngrade : Vor- und Nachteile

Volle Vorspannung : Maximale Zugspannungen aus dem ungünstigsten Lastfall (LF) (Ständige
Belastungen + Verkehrslasten) werden überdrückt.
Anwendungsgebiete: Brückenbau, Allgemein: bei hohen Anforderungen an Begrenzung der Rissbildung 

(z.B. korrosive Einflüsse aus der Umgebung, Offshore-Bau)
Vorteile: guter Korrosionsschutz, praktisch keine Rissbildung
Nachteile: Hoher Herstellaufwand, hohe Betongüte erforderlich (C30/37 + höher)


Begrenzte Vorspannung/ teilweise VorspannungZugspannungen lediglich aus veränderlichen
Lastfällen‚ ständige Belastungen/Einwirkungen‘ werden überdrückt. Rissbildung aus höherer
Beanspruchung durch Verkehrslast wird zugelassen.
Anwendungsgebiete: Hochbau, Brückenbau, Behälterbau, Betonschalen.
Vorteile: mäßiger Herstellaufwand, Betongüte: ab C20/25, bessere Ausnutzung auch
der konstruktiv ohnehin notwendigen schlaffen Bewehrung, hohe Wirtschaftlichkeit
Nachteile: Im Vergleich zu Spannbeton mit voller Vorspannung etwas empfindlicher
gegen korrosive Einflüsse

Tragwerklehre 3.Semester

Spannverfahren und ihre Anwendung sowie vor und nachteile

1. Spannverfahren mit sofortigem Verbund:
Fertigteilbau (Binder, Platten und Spannbetonhohldielen)
Vorteile: einfaches Prinzip, keine besonderen Endverankerungen notwendig.
Nachteile: keine Spanngliedverläufe abbildbar (höchstens polygonale, abschnittsweise konstante Spanngliedverläufe), Tragelemente sind bei Beschädigung/Korrosion irreparabel!!
2. Spannverfahren mit nachträglichem Verbund :
Brückenbau, Hochbau
Vorteile: weitgehende Freiheit bezüglich der Spanngliedführung => ermöglicht effiziente Träger.
Nachteile: aufwändiges und komplexes Verfahren in allen Bauphasen, aufwändige Verankerungen und konstruktive Details.

3. Spannverfahren ohne Verbund:
Brückenbau, Hochbau
Vorteile: innere Spanngliedführung: beliebige Spanngliedverläufe abbildbar, im Vergleich zu nachträglichem Verbund - deutlich reduzierter Konstruktions- und Realisierungsaufwand.
Äußere Vorspannung: polygonale Spanngliedführung abbildbar, nachträglich installierbar
(Brückensanierung).
Nachteile: innere Spanngliedführung: weniger wirksam bezüglich unsymmetrischer Belastungen.
Äußere Vorspannung: aufwändige Verankerungen und Details, empfindlich bezüglich Umwelteinflüssen, weniger wirksam bezüglich unsymmetrischer Belastungen, deshalb - statisch gesehen - weniger effizient.

Tragwerklehre 3.Semester

Zeitstandverhalten von Spannbetonbauteilen, Schlupf

- Vorspannung bedeutet permanenten Druck auf den Trägerquerschnitt. Der Beton neigt deshalb
dazu, sich durch Kriechen unter Last und Schwinden zu verkürzen.
Auf die errechnete Vorspannung muss deshalb ein Zuschlag gemacht werden, der diesen
Spannkraftverlust infolge Kriechen und Schwinden ausgleicht.
- Spannglieder und Verankerungen zeigen in sehr geringem Maß im Zeitverlauf auftretende
plastische Verformungen, die als Relaxation bezeichnet werden.
Dieser Effekt ist gering und muss nur bei bestimmten Spanngliedarten durch Zuschlag an
Dehnung beim Vorspannen ausgeglichen werden.
- Mit der Aufnahme der Vorspannung durch die Spannglieder und Verankerungen entsteht ein
Reibungsverlust, der zu inelastischen Verformungen führt, dem sog. ‚Schlupf‘.
Dieser Effekt tritt messbar vor allem bei Spannverfahren mit nachträglichem Verbund und bei
äußerer Vorspannung auf und wird durch zusätzliche Dehnung des Spanngliedes kompensiert.

Tragwerklehre 3.Semester

Gebrauchszustand von Spannbetonträgern

- Gebrauchszustand (Serviceabiltity State)
Durch die Größe der Vorspannung sind die Eigenschaften des Gebrauchszustandes/ Verformungseigenschaften definiert(z.B volle Vorspannung: ungerissener Betonquerschnitt ist maßgebend für Verformungseigenschaften).

Tragwerklehre 3.Semester

Vergleich Stahlbetonträger - Spannbetonträger

Stahlbetonträger

+ einfache Dimensionierung, Bemessung und Herstellung

+ niedrige Betongüte/ Druckfestigkeit ausreichend


- relativ große statische Höhe (h = 104cm) h/l = 1/11,5

- viel und gering ausgenutzte Bewehrung (AS1 = 59,8 cm²)


Spannbetonträger


+ relative geringe statische Höhe/ große Schlankheiten (h = 75cm) h/l = 1/16

+ im Vergleich wesentlich weniger, aber hoch ausgenutzte Zugbewehrung (AS1 = 26,1 cm²)


- aufwändig in der Berechnung und in der Herstellung

- sehr viel Druckbewehrung erforderlich

- hohe Betongüte/hohe Druckfestigkeit erforderlich (min. C30/37 und mehr) und Biegedruckbewehrung.

Tragwerklehre 3.Semester

Holz – Aufbau und Zellstruktur :

Zellstruktur: 

vertikal: Nährstoffversorgung (Tracheiden)
horizontal: statische Aussteifung der Tracheiden.


Anisotropie = bezüglich der drei Raumdimensionen


ungleiches Festigkeitsverhalten
vertikal: verdichtete Anzahl durchlaufender Zellwände => hohe Festigkeit
horiziontal: versetzte Anordnung von Zellwänden => relativ niedrige Festigkeit

Tragwerklehre 3.Semester

Holz – wuchsbedingte Inhomogenitäten

Inhomogenitäten:
- Astverankerung
- Schwindrisse
- Harzgallen
- Wuchsungleichheiten
- Gabelung

Tragwerklehre 3.Semester

Holzarten


  • Normalholz: Vollholz (VH)
  • Homogenisiertes Holz:
    (Inhomogenität wird ausgeglichen durch Lamellierung und Verleimung in Schichten oder
    Teilquerschnitten => Homogenisierung)
  • Konstruktionsvollholz (KVH)
  • Balkenschichtholz (BaSH)
  • Brettschichtholz (BSH): Verschiedene Festigkeiten (abhängig von Lamellenfestigkeit)
  • Brettsperrholz (BSpH):
  • Furnierschichtplatten (FSH, z.B. ‚Kerto-Schichtholz‘):
  • Mehrschichtplatten (MSP, z.B. Tischlerplatten)

Tragwerklehre 3.Semester

Vertikale Lasten:

◆ Eigengewicht
◆ Schneelast
◆ Verkehrslast

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Horizontale Lasten:

◆ Windlasten
◆ Anpralllasten
◆ Beschleunigungs- und Bremskräfte
◆ Schwingende Massen...
◆ Erdbebenkräfte

Tragwerklehre 3.Semester

Hallen ohne steife Dachscheibe benötigen mindestens

4 vertikale Scheiben
◆ ein Scheibenpaar in Längsrichtung
◆ ein Scheibenpaar in Querrichtung
insgesamt: 4 Scheiben

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