Neue Bezeichnung: INSTITUT FOR BAUSTOFFE, MASSIVBAU UND BRANDSCHUTZ
INSTITUT FOR BAUSTOFFKUNDE UND STAHLBETONBAU DER TECHNISCHEN UNIVERSITÄT BRAUNSCHWEIG
DIREKTOREN: PROF.DR.-ING.K.KORDINA. PROF.DR.-ING. F.S.ROSTASY
..,0 n-1 r.ß J' ~-u I I' /001 SCHLUSSBERICHT
über das Forschungsvorhaben
"EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZUM STABILITÄTSVERHALTEN VON
BE\.JEHRTEN UND UNBE\.JEHRTEN BETONW:{NDEN"
bearbeitet von
Reiner Tirmn
B"TSClOTHEK JJ)Btftut fOr Baustoffe, Massivbau und Brandschutz
der Technischen Universität Braunschweig Beethovenstrsße 52
D-3300 Braunschweig
Antragsteller: Prof. Dr.-Ing. K. Kordina
Auftr-aggeber: Der Bundesminister für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau Az.: BI 5- 80 01 75- 43
oataenclungen: •eethovenstra6e 52. 3300 Braunseh-ig .rfüllungeor1 und Geric:ht .. lllnd Braunach-lg
Braunsch~eig - Juli 1979
Femsprect.er: ((6 31) 381 22 II F.mschrelber: II 52 e98 lbstb d Telegrarnmadrene. MPA Braunsch-lg
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
8!8li0TH~~<
0-33\JO Br2\ .. Hl3ct)weig Inhaltsverzeichnis
Literaturhinweise •.
I. Einleitung • • • . . . . . . I.I. Problemstellung
I.2. tlberblick über den Inhalt der Arbeit
2. Literaturüberblick • • • • . • • • . . . . . . . . . . . . .
2.I. Versuche an Stahlbetonwänden . . . . . . . . . . . . .
Seite
I
3
4
4
2. 2. Berechnung von exzentrisch belasteten Stahlbetomvänden 9
3. Versuchsstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Konstruktionsbedingungen
3.2. Versuchsrahmen ••••. . . . . . . . . 3.3. Lager- und Belastungskonstruktion ••
4. Versuchsdurchführung •••• . . . .
4.I. Wahl der Versuchsparameter
4.2. Herstellen der Versuchskörper •
4.3. Vermessen der Versuchskörper
4.4. Durchführung der Messungen
5. Versuchsergebnisse .•.
5.1. Werkstoffprüfungen
5.2. Ergebnisse der Wandversuche •
5.3. Ergebnisse der Versuche an Wandstreifen .
6. Zusammenfassung und Ausblick
Anlage
Verzeichnis der Bilder im Anhang
Konstruktion des Versuchsstandes
Anordnung der Meßwertaufnehmer
Lastverteilung entlang der Wandbreite
Versuchsergebnisse
I 1
] 1
12
15
18
18
21
22
33
36
36
39
63
66
67
68
72
75
80
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
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http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
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1. Einleitung
1.1. Problemstellung
Der Betonwand kommt im Stahlbetonbau in ihrer Funktion als tragendes und
rau~abschließendes Element eine wesentliche Bedeutung zu. Bewehrte und
unbewehrte Betonwände werden in der Baupraxis u. a. verwendet als
- aussteifende Wandscheiben (Hochhäuser, Hallen),
Fertigteilwände (Großtafelbau),
monolithisch verbundene Bauwerksteile {Aufzugschächte) usw.
Zum Zwecke der Material- bzw. Gewichtsersparnis werden Wände bei Aus
nutzung hoher Betongüten vielfach mit vergleichsweise großen Schlank
heiten ausgeführt. Die wirklichkeitsnahe Erfassung des Trag- und Ver
formungsverhaltens von Stahlbeton- und Betonwänden ist daher sowohl ein
Gebot der Wirtschaftlichkeit als auch der Sicherheit der Bauwerke.
In vielen Fällen sind die durch Normalkräfte und Biegung beanspruchten
Betonwände an ihren horizontalen Rändern durch aussteifende Decken
scheiben und an ihren vertikalen Rändern durch aussteifende Wandschei
ben horizontal gelagert. In Abhängigkeit von dem jeweils ausgeführten
Anschluß "Wand - aussteifende Scheibe" darf eine mehr oder weniger gro
ße elastische Verdrehbarkeit sowie eine quasi starre horizontale Unver
schieblichkeit der Wandränder angenommen werden. Die Wandlasten werden
in diesen Fällen nicht nur über Längsbiegung mit Achsdruck zu den hori
zontalen Auflagern (Decken) abgetragen, sondern können zu einem gewissen
Teil vermöge der Plattentragwirkung der Wand auch den vertikalen Rändern
(aussteifende Wände) zugeleitet werden.
Bei Beachtung dieses - im folgenden "Quertragvermögen der Wand" genann
ten - Effektes ist eine im Vergleich zur Bemessung von Stahlbetonstüt
zen deutlich günstigere Wanddimensionierung möglich. Bevor dieser für
die wirtschaftliche Konstruktion von Beton- und Stahlbetonwänden so we
sentliche Einfluß in der Ingenieur-Praxis verstärkt Berücksichtigung
findet, mußten zunächst versuchsmäßig abgesicherte Daten und Erkennt
nisse gewonnen werden.
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In der vorliegenden Arbeit wird über die Durchführung von fünf Kurzzeit
versueben zur Ermittlung des Trag- und Verformungsverhaltens von unbe
wehrten und schwach bewehrten, vierseitig gelenkig gelagerten (Navier
Lagerung) Betonwänden berichtet. Die Wände sind durch exzentrisch, pa
rallel zur Wandmittelebene wirkende Normalkräfte belastet. Ihre Abmes
sungen entsprechen mit
Höhe = 300 cm
Breite = 300 cm
Dicke = 8 bzw. 10 cm
den in der Praxis vorkommenden geometrischen Größenordnungen. Die Ver
suche sollten u. a. zur Beantwortung folgender Fragen beitragen:
J. Quertragvermögen
Können unbewehrte oder schwach bewehrte Wände ebenso wie bewehrte Wän
de einen Teil ihrer Biegelasten auch nach Erreichen der Rißlast - ins
besondere: erste größere Vertikalrisse - in ausreichender Weise zu den
vertikalen Rändern hin ableiten?
Wie wirkt sich die Schlankheit auf das Quertragvermögen aus?
2. Verformungsverhalten, Rißentwicklung
Ist die zur Ausnutzung des durch die vertikale Wandlagerung bedingten
bruchlaststeigernden Effektes erforderliche Duktilität auch bei unbe
wehrten Wänden vorhanden? Vergrößert eine schwache Bewehrung die Ver
formbarkeit? Wie sieht die Entwicklung und Verteilung der Risse aus?
3. Bruch, Bruchlast
Wie entsteht der Bruch? 1st er örtlich begrenzt oder tritt er schlag
artig in Form einer "Bruchlinie" auf? Erfolgt bei unbewehrten Wänden
auch bei vergleichsweise großen Schlankheiten eine ausreichende Voran
kündigung des Versagens (Stabilitätsversagen)? Wie groß ist die Bruch
last?
Neben der Beantwortung dieser Fragen sollten die für die zuverlässige
Entwicklung von Berechnungsmodellen erforderlichen Daten und Erkennt
nisse bereitgestellt werden. Aus diesem Grund war eine möglichst ge
naue Definition der Versuchsbedingungen erforderlich, d. h. die Ver
suche sollten reproduzierbar sein.
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Um das Quertragvermögen der Wände quantitativ experimentell zu erfas
sen, wurden parallel zu den Wandversuchen die Bruchlasten von Vergleichs
wandstreifen (b = 50 cm, h = 300 cm) mit Hilfe einer 600 Hp-Stützen
presse (5884 kN) ermittelt. Diese Bruchlasten sind im Vergleich mit den
zugehörigen Wandbruchlasten ein Maß für den bruchlaststeigernden Einfluß
der vertikalen Wandlagerung.
1.2. Uberblick über den Inhalt der Arbeit
In den anschließenden Abschnitten 2.1 und 2.2 wird ein Überblick über
die aus der Literatur bekannt gewordenen Versuche an Beton- und Stahl
betonwänden sowie über einschlägige Berechnungsverfahren gegeben. In
AnlehnunganDIN 1045, Abschnitt 25.1, wird zur Abgrenzung der Begriffe
"Wand11 und "Stütze" unterschieden zwischen stabförmigen Druckgliedern
mit b < 5 d und Wänden mit b > 5 d.
In diesem Sinne sind die in manchen Veröffentlichungen vorgestellten
"lvandversuche" tatsächlich jedoch "Stützenversuche" [ 7, 12].
Im Abschnitt 3 wird der zur Durchführung der Wandversuche konstruierte
Versuchsstand näher erläutert. Es folgt in Abschnitt 4 die Beschrei
bung der Versuchsdurchführung, in der auch auf die Wahl der Versuchs
parameter eingegangen wird. Unter Punkt 4.9 (Durchführung der Messungen)
werden die zum allgemeinen Verständnis der Meßergebnisse erforderlichen
Angaben zu versuchsspezifischen Besonderheiten einzelner Prüfkörper ge
geben. In Abschnitt 5 (Versuchsergebnisse) werden die im Anhang beige
fügten grafischen Auftragungen der Meßergebnisse eingehend erläutert.
Im Abschnitt 6 werden die wesentlichen Ergebnisse der Versuche zusammen
gefaßt und auf eine Reihe noch offener Fragen zum Tragverhalten vier
seitig gelagerter \rände hingewiesen.
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2. Literaturüberblick
2.1. Versuche an Stahlbetonwänden
Versuche zur Ermittlung des Tragverhaltens von bewehrten und unbewehr
ten Betonwänden wurden bisher sowohl an zweiseitig [1, 5, 6, 8, 27] als
auch an vierseitig gelagerten Wänden [3, 4, 16, 18, 28] durchgeführt.
In den meisten Fällen lag eine nicht eindeutig definierbare elastische
Einspannung der Wandränder vor, wobei die Einleitung der Vertikalla
sten flächig oder linienförmig erfolgte. Eine Zusammenstellung der we
sentlichen Versuchsmerkmale ist der Tabelle I zu entnehmen.
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TEST ~ANCt
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S{rltON A-A
Bild J a: Lagerung und Lasteinleitung der Versuche nach [3], entnommen aus [4]
Bildt b: Versuch nach [3], entnommen aus (4]
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8
Jahr(Ver8ff,) 1935 1952 1956 1966 1973 1974 1977 1979
Richart/ Ernst Seddon Kukulski/ Kordina/ Swartz Oberlender/
Uewmark Lugez Sterkebaum . -et al. Everard
Literatur I 3,4 5,6 8 16,28 18 27 vorliegender Bericht
Lagerung zweiseitig: vierseiti!.H zweiseitig; zweiseitig; vierseitig! vicrseitigi zweiseitig; vierseitig; elastische horizontal elastische elastische horizontale teilweise weitgehend allseits ge-Endeinspan- weitgehend Endeinspan- Endeinspan- Ränder gelen- elastisch gelenkige La- lenkige La-nung (oben gelenkig; nung (oben nung bzw~ kig; vertik.a:- eingespannte gerung gerung, un-+ unten) vertikal ela- + unten) reibungsbe- le Ränder ela- Ränder, all- verschiebl.
stisch ver- haftetes stisch ver- seits unter- (Navier) drehbar + Rollenlager drehbar stützt verschieblieh .
Laste in- flächigi ver- vertikal als fll!chiPzz ver- fliichig; ver- vertikal; flächisH ver- vertikal; vertikal; leitung tikal; gleich- Linienlast tikal;gleich- tikal;gleich- gleichmäßig tikal;gleich- gleichmäßig gleichmäßig
mäßig ver- über Schnei- mäßig ver- mäßig ver- verteilte mäßig ver- verteilt verteilte teilq teil- denlager teilt bzw. teilt Linienlasten teilt Linienlasten weise auch . stellenweise an beiden ho-Querlasten konzentriert rizontalen
Rändern
Wandabmes- I
.sungen ca. ca. ca. ca. ca. max h/b/d 274/183/25 105/102/3,9 274/183/15 23o/120/20 150/150/7,5 244/122/3,2 213/61/7,6 300/300/11 ,4 [cm]
Bewehrung ja ja ja/nein nein ja ja ja ja/nein (symmetrisch) (ein- und (symmetrisch) (symmetrisch)
zweilagig)
Gestalt l!in- u. zwei- ebene Platten ebene Platten ebene Platten ebene Platten ebene Platten ebene Platten ebene Platten der Wände schalig; mit mit od.ohne mit Konsolen m.segment.
oder ohne LI:! eher (Fen- entlang der Konsolen ent-Rippen ster) horizontalen lang d.hori-. . .. . . . . ... " . Ränder· . . . . ..
zont.Ränder
Exzentrizi- zentrisch + zentrisch zentrisch + zentrisch + exzentrisch zentrisch zentrisch + exzentrisch ut ftr ver- exzentdaeh exzentrisch exzentriaeh exzentrisch tika aaun
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Im folgenden werden einige Details der hier interessierenden vierseitig
gelagerten Wandversuche angegeben:
ERNST [3, 4] führt als erster Versuche an allseits unterstützten Beton
wänden durch. Die axiale Belastung erfolgt zentrisch über Schneidenla
ger, vgl. Bild 1. Die Abmessungen von ca. 105/102/3,9 cm entsprechen
etwa einem Modellmaßstab von 1 : 3. Neben Lasten und Werkstoffkenngrö
ßen werden Dehnungen, Verschiebungen und Randverdrehungen gemessen.
Die Wände sind in einem Stahlrahmen gelagert, dessen Stützen aus
U-Profilträgern und dessen Riegel aus segmentierten Stahlprofilen be
stehen, vgl~ Bild 1 a.
ERNST vergleicht die gemessenen Bruchlasten mit entsprechenden Ergeb
nissen des im ACI-building code 318-51 [2] angegebenen Näherungsver
fahrens und gibt hierzu Verbesserungsvorschläge an.
1971/72 werden von KORDINA und STORKEBAUM [16, 28] sechs Versuche an
vierseitig gelagerten, exzentrisch belasteten Stahlbetonwänden mit den
Abmessungen h/b = 150/150 cm und d = 5 cm bzw. d = 7,5 cm durchgeführt.
!~eben Lasten und Werkstoffkenngrößen werden auch hier Dehnungen, Durch
biegungen und Randverdrehungen gemessen. Die Versuchsergebnisse dienen
sowohl zur Anpassung charakteristischer Freigrößen der Rechenmodelle
nach STORKEBAUM [28] und lfiEGA!~D/UHLISCH [15, 28] als auch zum unab
hängigen Vergleich der mit diesen Modellen erzielbaren Ergebnisse.
Die Vertikallasten werden über Stahlbleche, Halbrund und Stahlbeton
konsolen als Gleichlast in die Wand eingeleitet. Die Lagerung der ho
rizontalen Ränder erfolgt über Zapfen und Halbrund der Lasteinleitungs
konstruktion, wobei zwischen den Versuchen I und II (Bild 2 a) und
III bis V1 (Bild 2 b) eine Abänderung der oberen Lasteinleitungs- und
Lagerkonstruktion vorgenommen werden mußte, weil die Last zunächst z.T.
ungleichmäßig in die Wand eingeleitet wurde. Die vertikalen Lager
(Bild 2 c) bestehen aus einer D-Profil-Konstruktion, die ihrerseits
in einem Stahlrahmen gehalten ist.
1974 veröffentlichen SWARTZ et al. [13, 19] die Ergebnisse einer Serie
von 24 Beulversuchen ndttig bewehrter vierseitig gelagerter Stahlbeton
wände, die an zwei einander gegenüberliegenden Rändern mit zentrisch
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Bild 2 a Bild 2 b
Lagerung Und Lasteinleitung der Versuche nach [16]
M16
Bild 2 c: Vertikale Lagerung der Wände nach [J6]
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
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eingeleiteter gleichförmiger Vertikallast beansprucht werden. Die Ab
messungen der Platten betragen h/b ~ 244/122 cm, die Plattendicke vari
iert zwischen d ~ 1,9 cm und d ~ 3,2 cm. Gemessen werden Durchbiegun
gen, Dehnungen und Beullast (= Last bei Beginn des Ausbeulens der zen
trisch gedrückten Wand) sowie Bruchlast (= Kollapslast der Wand). Ein
zelheiten zur Lager- und Lasteinleitungskonstruktion werden nicht be
richtet; wegen der aus Tabelle 2 in [18] abzulesenden großen Streuung
der Verhältniswerte Beullast/Bruchlast ist jedoch zu vermuten, daß die
Wandränder elastisch gelagert waren.
Die Autoren stellen fest, daß die Wände im Nachheulbereich eine z. T.
ausgeprägte Bruchlaststeigerung bis zu 25 i. aufzeigen, wenn die Auf
nahme der Zugspannungen durch Bewehrung gesichert ist. Sie weisen da
mit nach, daß im Fall der reinen Beuluntersuchung für Stahlbetonwände
grundsätzlich ähnliche Uberlegungen gelten, wie sie für elastische Bau
stoffe gültig sind [29]. Auf der Grundlage der gemessenen Versuchser
gebnisse und einiger idealisierender Annahmen wird eine Formel zur Be
rechnung der Beullast für mittig gedrückte Betonwände hergeleitet.
Bei kritischer Würdigung der drei beschriebenen, bisher durchgeführten
Versuchsserien an vierseitig gelagerten Betonwänden erscheinen die fol
genden Punkte im Hinbli~k auf die angestrebten eigenen Versuche als we-
sentlich:
1. Lager- und Lasteinleitungskonstruktion waren in allen drei Fällen
nicht voneinander getrennt. Dieser Umstand erschwert bei Stabili
tätsuntersuchungen der Wände die Interpretation der Versuchsmeßer
gebnisse, da die Lagerungsbedingungen bei Stabilitäts- und Beulpro
blemen die Tragfähigkeit der Prüflinge entscheidend beeinflussen.
2. Die vertikalen Ränder der Wände waren normal zur Wandebene nicht starr
unverschieblich gelagert, vielmehr lag eine nicht eindeutig definier
bare elastische Unterstützung der Ränder vor. Ihre freie Verdrehbar
keit war entweder weitgehend verhindert (Versuche von E~~ST [3]) oder
lastabhängig elastisch nicht eindeutig definierbar (KORDINA/STORKE
BAUM [16]).
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3. Die im Fall der beiden amerikanischen Versuchsserien [3, 18] ange
strebte exakte, mittige Lasteintragung erscheint aus fertigungstech
nischen Gründen (Maßtoleranzen) kaum durchführbar; kleine unvermeid
bare Lastausmitten verursachen jedoch große Abweichungen in der
Bruchlast. Hingegen wirken sich Fehler in der angestrebten Ausmitte
bei planmäßigen Exzentrizitäten e/d > 0,10 bereits erheblich gerin
ger auf die Bruchlast aus.
4. Bei liegend betonierten Wänden [16] wird die herstellungsbedingte
Anisotropie des Betons gegenüber den in der Praxis im allgemeinen
aus Ortbeton oder in stehender Batterieschalung erstellten Wand
konstruktionen verändert. Da Auswirkungen dieser Art auf das Rißver
halten eines Betontragwerks in Ermangelung geeigneter Versuche z.Z.
noch nicht quantifizierbar sind, erscheint es vorteilhafter, die
Wände stehend zu betonieren.
2.2. Berechnung von exzentrisch belasteten Stahlbetonwänden
Die Tragwirkung einer Wand läßt sich gedanklich in drei Komponenten
aufspalten:
J. Plattenanteil
2. Scheibenanteil
3. Membrananteil
Gedrungene Wände tragen ihre Lasten zum überwiegenden Teil über Platten
wirkung ab (Biegung). Für die Erfassung der geometrischen Nichtlineari
tät, die für schlanke Wände von Bedeutung ist, muß der Scheibenanteil
(Normalspannungen) berücksichtigt werden. Der Membrananteil ist insbe
sondere bei schlanken mittig und gering ausmittig beanspruchten Wänden
zur Berücksichtigung des Nachheulverhaltens wichtig [18, 25, 29, 30].
Die heutigen, wirklichkeitsnahen Berechnungsmodelle zur Berechnung von
Stahlbetonwänden [10, 28, 31] basieren entweder auf den Forschungsar
beiten zur Erfassung des Trag- und Verformungsverhaltens von Platten
[20, 21, 24] und Scheiben [14, 20, 22, 23] oder auf den für Stahlbeton
druckgliedern hergeleiteten Grundlagen [9, 11].
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WIEGAND [10] bemüht sich, das Tragverhalten von Stahlbetonwänden mög
lichst wirklichkeitsnah zu bestimmen. Für die Verformungsberechnung
nimmt er in Längs- und Querrichtung einen sinusförmigen Ausbiegungs
verlauf an. Auf der Grundlage der für den eindimensionalen Fall 1n
DIN 1045 [13] festgelegten Werkstoffgesetze für Beton und Stahl wird
der Verformungsansatz mit dem Materialverhalten über e1nen Energie
ansatz verknüpft; hierzu wird zur Bestimmung der Arbeitsinkremente
die Wand in eine Anzahl horizontaler und vertikaler Streifen zerlegt.
Ein Vergleich der Rechenergebnisse mit entsprechenden Versuchswerten
erfolgt nicht.
STORKEBAUM [28] geht ebenfalls von dem Wissensstand in der Berechnung
von Stahlbetonstabtragwerken aus (Stützen, Rahmen) und führt die Wand
berechnung auf die Berechnung eines orthogonalen Stahlbetonträgerrostes
zurück. Er aefiniert einen rechnerischen Bruchmechanismus, der im Mit
tel dem Versagen schlanker Wände nahekommt. Er überprüft u. a. die Er
gebnisse des in DIN 1045 [13] angegebenen, auf dem Ersatzstabverfahren
basierenden Näherungsverfahrens und gibt hierzu einen Verbesserungs
vorschlag an. Die Zuverlässigkeit seiner Ergebnisse überprüft er durch
eigene Versuche [16].
KRITJANSSON [31] baut auf dem von H. SCHÄFER [24] und anderen entwik-~
kelten Finite-Element-Rechenprogramm zur Berechnung von Stahlbetonplat-
ten auf. Zusätzlich zu den bereits implementierten materialbedingten
Nichtlinearitäten (zweiachsiale Spannungs-Dehnungs-Beziehung, Rißent
wicklung, Schubübertragung am Riß etc.) berücksichtigt er mit Hilfe der
totalen Lagrange'schen Formulierung die geometrische Nichtlinearität.
Er diskutiert ausführlich die bei Stabilitätsproblemen in der numeri
schen Berechnung im allgemeinen auftretenden Konvergenzschwierigkeiten
und zeigt hierzu Lösungswege auf. Die Leistungsfähigkeit der Berech
nungsmethode überprüft er anband der Versuchsergebnisse von SWJL~Z et
al. [18].
Ein historischer Abriß über die verschiedenen Berechnungsmethoden ist
bei H. SCHÄFER [24] für Stahlbetonplatten und bei GEISTEFELDT [23] für
. Stahlbetonscheiben angegeben.
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- 11 -
3. Versuchsstand
3.1. Konstruktionsbedingungen
Wie bereits in Abschnitt 2.1 erwähnt, ist für Stabilitäts- und Beul
untersuchungen die klare Definition der Lagerungsbedingungen von großer
Wichtigkeit. Geringe elastische Verschiebungen sowie Verdrehungsbehinde
rungen können die Beul- und Bruchlast in starkem Maße beeinflussen; aus
diesem Grund wurde angestrebt, die drei Bereiche "Lagerung - Lasteinlei
tung - Prüfling (Wand)" konstruktiv voneinander deutlich zu trennen.
Als geeignetste Lagerungsform wurde die allseits gelenkig, normal zu
ihrer Ebene unverschieblich, jedoch in ihrer Ebene frei verschieblieh
gelagerte Wand für die Versuchsdurchführung ausgewählt. Die folgenden
Punkte sollten daher bei der Konstruktion des Versuchsstandes Berück
sichtigung finden:
1. Lagerung: allseits gelenkig, normal zur Wandebene unverschieblich,
in Wandebene frei verschieblieh (Navier-Lagerung).
2. Lasteinleitung: gleichmäßig verteilte. vertikale Linienlasten mit
voneinander unabhängig einstellbaren Lastexzentrizitäten.
Unabhängige Kontrollmöglichkeit der Lasten.
3. Prüfling (Wand): Minimierung der Beeinflussung der Steifigkeiten der
Plattenränder durch Lager- und Lastkonstruktion.
Das Betonieren der Wand soll senkrecht stehend im Versuchsstand er
folgen, um einerseits praxisnahe Bedingungen bezüglich der herstel
lungsbedingten Anisotropie zu erreichen und andererseits die Gefahr
der ungewollten Beanspruchung der Wand (Rißbildung) infolge MOntage
auszuschalten.
4. Die drei Bereiche "Lagerung - Lasteinleitung - Prüfling" sollten kon
struktiv möglichst klar voneinander getrennt werden.
5. Wandtopologie, Lastexzentrizitäten und Lagerachsen sollen einfach
und. genau zu vermessen sein.
6. Einfache Montage und Demontage des Versuchsstandes sowie der Bela
stungs- und Lagerkonstruktion.
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3.2. Versuchsrahmen
Zur Durchführung der Versuche wurde ein Versuchsrahmen.konstruiert,
dessen Stiele aus zwei gegeneinander vorgespannten Stahlbetonstützen
und dessen Riegel jeweils aus zwei voneinander unabhängig in den Stüt
zen gelagerten Stahlprofilträgern !PB 200 bestehen, vgl. Bild 3.
Bild 3:
Versuchsrahrnen, konstruktive ~andbewehrung und Betoplanschalung auf der Druckseite der Wand
Auf jeder Seite des Rahmens ist e1ne Stahlbetonstütze monolithisch mit
einem Stahlbetonfundament verbunden, welches seinerseits mit Hilfe von
vier Gewindespannstählen gegen den Fußboden der Versuchshalle vorge
spannt ist. Diese Konstruktionsform ermöglichte es, die Wand nach Been
digung des Versuches mittels eines Ballenkrans aus dem Versuchsstand
herauszuheben; hierzu mußte zuvor einer der beiden oberen Profilträger
(Riegel) aus den Stützen herausgenommen sowie die zwei ohne Fuß ausge
bildeten Stützen von der entsprechenden Hauptstütze gelöst und zur Sei
te transportiert werden.
Im Bereich des unteren Rahmenriegels sind Konsolen monolithisch mit den
Stützen verbunden, die das gesamte Eigengewicht der Wand und der Bela
stungskonstruktion (Traversen, Spannstangen, Pressen) aufzunehmen hat-
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ten. Auf der Innenseite des Rahmens ist längs der vertikalen Verbin
dungslinie der Stützen zur Aufnahme der seitlichen Rollenlager eine mit
Stahlprofilen verstärkte U-förmige Aussparung in die Stützen eingelas-
sen.
Konstruktive Einzelheiten sow1e die wesentlichsten Abmessungen können
Bild A I bis A 4 im Anhang entnommen werden. Die Fotos Bild 4 bis Bild 6
geben einen Eindruck von der Gesamtkonzeption der Versuchsdurchführung.
Bild 4: Versuchsstand, Pressen-Elektronik und x-y-Schreiber
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Bild 6
Versuchsstand, Ansicht "Druckseite der Wand"; im Vordergrund ein Wandstreifen unter der 600 Hp-Presse
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Bild 5
Versuchsstand, Ansicht "Zugseite der Wand" mit Pressen-Elektronik und Meßschränken
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3.3. Lager- und Belastungskonstruktion
Die vertikale Lagerung der Wand erfolgt auf jeder Seite über sechs naht
lose Stahlrohre Q! 114,3 nnn mit einer Einzellänge R. = 440 mm. Die Rohre
sind in einem gegenseitigen Abstand von 10 mm über geschweißte Bleche
mit je drei Gewindebolzen M 16 in der Betonwand verankert (vgl. Bilder
7 a und 7 b sowie A I und A 4). An den horizontalen Rändern der Wand
wechseln Lasteinleitungsbereich (Halbrund aus St. 70, R. = 250 mm, r =
45 mm) und Lagerbereich (nahtloses Stahlrohr Q! 114,3 mm mit R. = 230 mm)
einander ab, Bild 8. Rohr und Halbrund sind jeweils durch einen 10 mm
breiten Zwischenraum voneinander getrennt. Die Verankerung erfolgt im
Rollenbereich über Gewindebolzen M 16.
-Bild 7 a Bild 7 b
Vertikale Rollenlager mit Mentagehalterung und Gewindeanker.
Bild 8
Horizontaler Lager- und Lasteinleitungsbereich
In der U-förmigen Aussparung der Stützen sind Teflonstreifen zur Ver
ringerung der Reibung der vertikalen Rollenlager aufgeklebt. Die hori
zontalen Rollen werden geschmiert.
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Die Lasteinleitung übernehmen sechs als Gleichgewichtssystem ausgeführ
te Spannrahmen der Konstruktion "Traversen - Spannstangen - Pressen",
deren Eigengewicht während der Versuchsdurchführung über das obere Last
halbrund in die Wand zu den Stützenkonsolen abgeleitet wird (vgl. Bil
der 5 und 6 sowie A I und A 2). Zur Vermeidung einer Wandvorbelastung
werden die oberen Traversen bis zum Versuchsbeginn gegen die beiden ho
rizontalen Stahlträger !PB 200 verkeilt, wie aus Bild 9 ersichtlich ist.
Bild 9
Blick entlang der oberen Traversen vor Versuchsbeginn
·nie Spannrahmen werden normal zur Wandebene durch beidseitige Fixierung
ihrer unteren Traversen ausgesteift (vertikale Gleitungen bleiben mög
lich). Darüber hinaus sind in jedes Lasthalbrund zwei Zapfen eingelas
sen, die in Bohrungen der gegenüberliegenden Stahlblöcke eingreifen (vgl.
Bild 8 und Bild A 2, Schnitt B-B).
Bild 10
Untere Traversen und Pressen während der Montage, Ansicht Zugseite
Bild I I
Pressen und Hydraulikschläuche, Ansicht Druckseite
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Die gegenseitige Aussteifung der Spannrahmen ist parallel zur Wandebene
durch zwei aus U-Profilen bestehende Gelenkketten gewährleistet, Bilder
10, II. Gewindespannstähle (0 32 mm, Güte St 85/105) und Traversen sind
mittels Sechskantzahnmuttern über Ankerplatten miteinander verbunden.
Die sechs Lukas-Pressen HZG 280/220/100, Nennleistung 200 Up je Presse,
stehen zentrisch auf den unteren Traversen, so daß die Last sowohl in
die oberen als auch in die unteren Traversen stets mittig eingeleitet
wird (symmetrische Beanspruchung des Spannrahmens). Die bezüglich der
Wand maßgebende Lastexzentrizität wird durch Veränderung der Lage des
Lasthalbrundes (schweißen) entsprechend der vorgesehenen Ausmitten
eingestellt, vgl. Bild A 2, Schnitt B-B.
Die Pressen erhalten über ein hydraulisches Pumpenaggregat während der
gesam_ten Versuchsdauer den Maximaldruck; die Druckabgabe an den Pres
senzylinder erfolgt über ein elektronisch gesteuertes Servoventil
(Soll-Druckvorgabe für jeden Spannrahmen). Der Ist-Wert der eingelei
teten Last wird für alle Spannrahmen aus den gemessenen Dehnungen ih
rer beiden Spannstangen (D~ffi) unter Beachtung der im Versuch ermittel
ten Arbeitslinien der Spannstähle errechnet.
Zur Einleitung der auftretenden großen Lasten ist entlang der horizon
talen Wandränder eine bewehrte konsolena_rtige Verstärkung der Wände er
forderlich (Wandkonsolen). In den Drittelspunkten der Wandbreite ist
die Konsolstärke auf die Plattendicke reduziert, um die Drillsteifig
keit der Konsole zu verringern.
Die Systemabmessungen der Wand sind durch den Achsabstand der Rollen
lager bzw. durch den Abstand der einander gegenüberliegenden Kontakt
flächen $tahlhalbrund/Stahlblock definiert (vgl. Bild A 2). Aus diesem
Grund muß bei Nachrechnungen der Versuche berücksichtigt werden, daß
sowohl durch die an der Wand befestigten Stahlbauteile der Lager- und
Belastungskonstruktion als auch durch die konsolenartige Verstärkung
der horizontalen Wandränder modifizierte Steifigkeitsverhältnisse ent
lang der Systemränder der Wand in Ansatz zu bringen sind.
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4. Versuchsdurchführung
4.1. Wahl der Versuchsparameter
Betonwände sind infolge der Belastungen aus aufliegenden Deckenplat
ten, Unterzügen, Konsolen oder Rahmenriegel im allgemeinen ausmittig
durch wandparallele Lasten beansprucht. Während die Annahme mittig
eingeleiteter Normalkräfte für Stahlbleche wegen ihrer geringen Dicke
bei einer Beuluntersuchung in vielen Fällen zu befriedigenden Ergeb
nissen führt, muß zur Vermeidung größerer Unsicherheiten eine vorhan
dene Lastausmitte für Betonwände bei der Bruchlastermittlung berück
sichtigt werden. Im Gegensatz zu EIDlST [3] und SWARTZ et al. [18]
werden daher bei den vorliegenden Versuchen wie auch bei den Braun
schweiger Modellversuchen [16] exzentrisch beanspruchte Hände unter
sucht. Da mit [16] erste Erkenntnisse über das Tragverhalten normal
bewehrter, vierseitig gelenkig gelagerter Betonwände vorliegen, soll
ten die jetzigen Versuche Aufschluß geben über das Trag- und Verfor
mungsverhalten unbewehrter und schwach bewehrter, vierseitig gelager
ter Wände. Anders als bei unbewehrten Wänden sind Hauptdehnungen und
Rauptspannungen von Stahlbetonwänden oberhalb der Rißlast nicht mehr
koaxial [24, 26]; infolgedessen ist die Ermittlung des Spannungszu
standes in der Wand ebenso wie die Rißentstehung heben anderen Ein
flußgrößenauch abhängig von der~Lage derBewehrung, dem Verbund zwi
schen Bewehrung und Beton sowie der Verdübelungswirkung der Beweh
rungsstäbe zwischen den Rißufern.
Versuche an unbewehrten Betonwänden eröffnen daher die Köglichkeit,
zur Oberprüfung von Berechnungsmodellen ohne die sonst erforderlichen
Annahmen zum Einfluß der Bewehrung auf das Verformungsverhalten der
Wand auszukommen.
Für die Lastausmitten wurde der Wertebereich 0,10 < e/d < 0,20 ange-= =
strebt, um einerseits den Einfluß ungewollter Ausmitten (Fertigungs
toleranzen) auf das Versuchsergebnis gering zu halten und andererseits
auf dem Querschnitt der unverformten Wand nur Druckspannungen zu er
zepgen. Hiermit war gemäß den Ergebnissen entsprechender rechnerischer
Voruntersuchungen sichergestellt, daß für die angestrebten Schlank
heitsverhältnisse das Versagen der Wand außerhalb des LasteinleitUPgs
bereiches erfolgen würde.
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Zur Berücksichtigung des geometrisch nichtlinearen Anteils (Verformungs
anteil) im Tragverhalten der Wand wurden die Wandschlankheiten auf den
Bereich 30 < h/d < 40 festgelegt. Um einen deutlichen Einfluß der ver
tikalen Lagerung auf die Bruchlast der unbewehrten Wände erwarten zu
dürfen, wurde das Seitenverhältnis einheitlich zu h/b = 1,0 eew~hlt.
Bei Beachtung vorstehender Überlegungen war für die Versuche die Ein
haltung der in Tabelle 2 angegebenen Parameter anzustreben.
w 1 w 2 l~ 3 w 4 "' 5
h [nun] 3000 3000 3000 3000 3000
h/d 30 30 37,5 37,5 30
d [nun] 100 100 80 80 IOO
h/b I ,0 I ,0 1 ,o 1 ,o 1 ,0
b [mm] 3000 3000 3000 3000 3000
e/d o, 10 0,20 o, 15 0,20 0,20
tot llv [%] 0,262 0,3275 unbewehrt unbewehrt unbewehrt tot llh [%] 0, IOO o, I2S
Tabelle 2 Angestrebte Parameter für die Wandversuche
Im ersten Versuch trat das Versagen der Wand in einer der beiden oberen
Eckbereiche (Konsole) ein. Elastische Vergleichsberechnungen nach der
Finite-Element-l1ethode wiesen bei Vorgabe eines konstanten Ausmittenverlaufs
auf der Wandoberfläche in den Eckbereichen die maximalen Rauptspannun-
gen aus. Um die Gefahr des Bruches in den Wandecken auszuschließen,
wurde daher für die Versuche W 3 bis W 5 ein veränderlicher Ausmit
tenverlauf angestrebt, dessen Ordinaten in den Ecken zu Null werden.
Diese Art der Belastung dürfte auch weitgehend den in der Praxis tat
sächlich vorkommenden Verhältnissen entsprechen, weil die für die
vertikale Wandlagerung vorhandenen aussteifenden Wandscheiben e1nen
Teil der Deckenbelastung ableiten und somit ib den Eckbereichen der be
trachteten Wand zu einer "Zentrierung" der Latt beitragen.
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
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• d
~ild 12: Angestrebter-Ausmittenverlauf entlang der Wandbreite b für die Wände W 3 bis W 5.
Gemäß Bild 12 wurde den Versuchen W 3 bis W 5 vereinfachend ein parabo
lischer Verlauf der Lastexzentrizitäten entlang der Wandbreite zugrun
degelegt. Werden die Koeffizienten der Fu~ktion e/d(x) bei Berücksich
tigung der Bedingung von der Gleichheit der Momentensummen eines kon
stanten sowie eines parabolischen Ausmittenverlaufes errechnet, so er
gibt sich die Funktion zu
e/d(x) = Ax(x - b) (4. 1)
mit A = 6 - • e. /d, b2 k
(4.2)
wobei ek/d die gemäß Tabelle 2 anzustrebende, bezogene konstante Aus
mitte ist. Da die im Versuch eingestellten Exzentrizitäten für jeden
Spannrahmen konstant sein müssen, entsprechen die Ausmitten in den Ver
suchen W 3 bis W 5 der in Bild 12 dargestellten Treppenkurve. Die ange
strebten ·bezogenen Lastausmitten (e/d) 1 bis ·(e/d) 3 ergeben sich somit
für die Wände W 3 bis W 5 zu den in der Tabelle 2 a angegebenen Werten.
Ausmitte Wand Nr. w 3 w 4, w 5
(e/d)i 0,06875 0,09167
(e/d) 2 0,16875 0,22500
(e/d)3
0,21875 0,29167
Tabelle 2a: Angestrebte Lastausmitten für W 3 bis W 5 http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
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4.2. Herstellen der Versuchskörper
Die Wände wurden stehend im Versuchsstand eingeschalt, bewehrt und be
toniert. Bild 3 zeigt die auf der Konsolseite angebrachte Betonplan
schalung sowie die umlaufende konstruktive Randbewehrung, deren Anord
nung zur Aufnahme der aus der Verankerung der Rollenlager resultieren
den Zugspannungen bzw. zur Aufnahme der aus der Lasteinleitung hervor
gerufenen Spaltzugkräfte erforderlich war.
Die Wände W 2 und W 3 wurden beidseitig mit Baustahlgewebematten R 131
bewehrt. Als Betonüberdeckung wurde h'/d = 0,15 angestrebt. Diegenaue
Lage der Bewehrung für Wand 3 wird in Abschnitt 4.3 angegeben.
Bild 13 a Bild 13 b
Wand 1: Obere und untere Konsolbewehrung
Bild 14
Wand 2: Wandbewehrung R 131 (beidseitig) und untere Konsolbewehrung
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
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•
Bild 15 a Bild 15 b
Wand 3: Bewehrung und vertikale Lagerrollen
Bild 13 bis 15 vermittelt einen Eindruck von der fertig verlegten Be
wehrung der Wände.
Neben der Wand wurden die üblichen Körper zur Festigkeitsprüfung (3 bis
5 Prismen 15 x 15 x 70 cm; 3 Würfel 15 x 15 x 15 cm; 3 Zylinder 0 15 cm,
h = 30 cm; 3 Balken 15 x 15 x 70 cm) sowie ein Wandstreifen mit den Ab
messungen b = 50 cm, h = 300 cm (Lagerachsabstand) betoniert.
Die Verdichtung des Betons erfolgte mittels Innenrüttlern und/oder Scha
lungsrüttlern. Die Prüfkörper zur Festigkeitsprüfung wurden auf dem
Rütteltisch verdichtet.
4.3. Vermessen der Versuchskörper
Zur Einmessung der ·angestrebten Lastausmdtten bedurfte es vorab der
Festlegung der Wandmittelebene. Ausgehend von den Sollabmessungen der
Wand wurde ihre Mittelebene für die Versuche W 1 und W 2 mdt Hilfe von
Metermaß und Wasserwaage bestimmt. Dieses Verfahren erwies sich jedoch
als zu ungenau, weil die zum Betonieren verwendete Holzschalung wegen
zu geringer Eigensteifigkeit vergleichsweise große ungewollte Verfor
mungen des Frischbetons in der Schalung zuließ. Da aus Kostengründen
eine wesentlich steifere Stahlschalung nicht verwendet werden konnte,
wurde nach dem Ausschalen die Geometrie der Prüflinge W 3 bis W 5 mit
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Hilfe e1nes Sekundentheodoliten möglichst genau vermessen. In Bild 16
sind die durch die beiden gewählten Standorte des Theodoliten definier
ten optischen Bezugsebenen "Z" (auf der Zugseite der Wand) und "D" (auf
der Druckseite der Wand) angedeutet. Mit Hilfe eines Teleskopmeters
konnten die Ordinaten z auf beiden Seiten der Wand in den Schnittpunk
ten eines auf die Wand gezeichneten Rasters bestimmt werden.
Bezugsebene
b
h
l Yz Zugseite
I DEL
........ -------:---.,.-------. Abstand der Bezugsebenen
Bild 16: Prinzipskizze zur optischen Vermessung der Wände
Zur Eliminierung des Kippachsenfehlers wurden die Messungen in zwei La
gen durchgeführt. Unter Beachtung des Abstandes DEL der beiden Bezugs
ebenen lassen sich die mittlere Wanddicke d sowie die gesuchte Wandmit-w
telebene errechnen.
Unter Berücksichtigung der in Bild 16 angegebenen Bezeichnungen werden
die ~esentlichen geometrischen Beziehungen zur Wandtopographie im fol
genden angegeben.
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Nach der Berechnung der Mittelwerte der Meßwerte aus den beiden Lagen
messungen lassen sich die z-Ordinaten der Bezugsebene 11Z11 auf die Be
zugsebene "D" umrechnen mit
z . . D,l.,J = DEL - z . . I Z,l.,tn"-J+
( 4. 3)
Die aus den Ordinaten der beiden Wandoberflächen gemittelte Wandmittel
fläche beträgt dann
zm_ - 0' 5 • (zD . . + ZD . . ) • u,i,j - ,1,] ,l.,J
In den Rasterschnittpunkten ergeben sich die Wanddicken zu
d . . == zD . . - ZD · . l.,] ,1,] ,1,]
Die mittlere Wanddicke d beträ~t w
n·m
n m I: I:
i=l j=l d .. 1,]
und die zugehörige Standardabweichung ist
n m d: s = . ( 1: I: i=I j=J
l.,j
·.n m 2
( I: 1: _d •.• ) i==I j =I l.,]
) n . m
( 4. 4)
( 4. 5)
(4. 5a)·
(4. 6)
Die gesuchte mittlere Bezugsebene z(x,y) der l.Jand wird unter Berück
sichtigung der im folgenden angegebenen Bedingungen durch Approximation
der durch Gleichung (4.4) definierten Wandmittelfläche bestimmt. Bei
Beachtung der mit Bild 16 festgele~ten Bezeichnungen ergeben sich
für die Ebene mit dem Ansatz (Index "D" wird nachfolgend weggelassen)
z(x,y) = Ax + By + C (4.7a)
die Neigungen in Richtung der Koordinatenachsen x und y zu
a ax z(x,y) = A ( 4. 7b)
und a ()x z(x,y) = B. (4.7c)
Das von dieser Ebene mit der ry-Bezugsebene "D" eingeschlossene Volu
men beträgt im Wertebereich
0 < X~ bj 0 < y < h == =
4 VE • h • b • + 1: z.
q • 1 1 ,.
(4. 7d)
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
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mit
zt = z (x = 0; y == 0) = c
z2 1:: z (x .. b; y = 0) =A . b + c
z3 1:: z (x = 0; y == h) = B . h + c
= z (x = b; y = h) = A . b + B . h + c z4
4 und E z. = 2 . (A • b + B . h + 2 C)
i=I 1
wird I
b (A • b B h + 2 C). (4. 8) VE =-h . . + .
2
Die unbekannten Koeffizienten der Gleichung (4.7a) sollen so bestimmt
werden, daß die Neigungen der Ebene z(x,y), Gleichungen (4.7b) und
(4.7c), mit der mittleren Horizontalneigung tan fx bzw. der mittleren
Vert-ikalneigung tan f der Wandmittelfläche gemäß Gleichung (4.4) über-y
einstimmen. Ferner soll das Volumen nach Gleichung (4.8) gleich dem Vo-
lumen V sein, welches durch die Wandmittelfläche und die x-y-Bezugs-o
ebene im Wertebereich (4.7d) begrenzt ist.
Hiermit ergeben sich nach dem Differenzenverfahren die Neigungen im
Punkt P .. aus Gleichung (4.4) zu 1,]
mit
tan U> l X i,j =
zm. . 1
- zm. . 1 1,]+ 1,]-
2 · Ex zm.
1 • - zm.
1 • = 1+ ,] 1- ,J
tan ~y 1. J. 2 • Ay ,
Ax == x. I J+
x. J
(4. 9)
Aus (4.9) werden die Koeffizienten A und B, Gleichun~en (4.7b) und
(4.7c), als Mittelwert bestimmt zu
n m-1 A = tan 'fx = 2 • Ax • n • (m-2) 1: E (zm. . + 1 - zm. . 1)
i=1 j=2 1' 3 1
' 3-
• m
n-1 m r r (zm. + 1 • - zm. 1 • )
1 ,] 1- ,] i=2 ja:1 B • tan ti!Y ..
I 2 • Ay • {n-2) 1
(4. 10)
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Das Volumen V beträgt 0
V = 6x 0
m
n m n 6y . { r r zm. . - _!._ [ r (zm. 1 + zmi m)
. 1 . 1 1,] 2 ·-1 1, , 1= J= l.-
+ I: (zm . + zm .)] +.!.. (zm + zm + zm 1 + zm )} j=l l,J n,J 4 1,1 l,m n, n,m
(4. 11)
Gleichsetzen der rechten Seiten der Gleichungen (4.8) und (4.11) ergibt
die Konstante C zu
V c = 0
h • b 1
(A • b + B • h). 2 (4. 12)
Die gesuchte mittlere Wandebene, Gleichung (4.7a), ist nunmehr durch
die Gleichungen (4.10) und (4.12) definiert.
Die Wanddicken der Wände W 3 bis W 5 wurden nach Gleichung (4.5) berech
net und durch Messungen mittels einer Schpblehre überprüft. Die Wand
dicken für W 1 und W 2 wurden über Bohrungen in den Rasterschnittpunk
ten allein mit Hilfe einer Schublehre bestimmt. Durch kubische Spline
funktionen [17] konnte die mit der Messung vorgegebene Werteanzahl er
heblich verdichtet werden; hiermit war es mögbich, den Verlauf der Wand
dicken im Plattenbereich in anschaulicher Weise zuverlässig durch Höhen
linien darzustellen. In Bild 17 ist der Verlauf der Wanddicken im Plat
tenbereich für die fünf Wände wiedergegeben. Die Mittelwerte d der w
Wanddickenmessungen sind nebst der mit Gleichung (4.6) definierten Stan-
dardabweichung in Tabelle 3 angegeben. Wie aus der Höhenliniendarstel
lung unschwer zu erkennen ist, treten besonders im Wandmittenbereich
große Abweichungen der Wanddicken gegenüber ihren Sollwerten auf. Da
die Lasten genügend genau parallel zu der mit Gleichung (4.7a) festge
legten Ebene eingeleitet wurden und ihre Lage hierauf bezogen ist, dür
fen bei Nachrechnung der Versuche in erster Näherung planparallele Wand
oberflächen im Plattenbereich angenommen werden, deren gegenseitiger Ab
stand gleich dem Mittelwert d der Wanddicken ist. w
Die Konsolen der \Vände, deren Dicke in den Drittelspunkten der Wandbrei
te auf die jeweilige Wanddicke reduziert ist, wurden ebenfalls in dis
kreten Punkten vermessen. Die Meßwerte können der Tabelle 4 entnommen
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
\11
\13
\15
BILD 17
- 27 -
\12
\14
BELASTUNGSRICHTUNG : t:::) ERLAEUTERUNGEN :
HOEHENLINIE NR. t ENTSPRICHT DER IN DER TABELLE ANGEGEBENEN \/ANDDICKE cf 1 •
HOEHENLINIE NR. ( ENTSPRICHT \/ANDDICKE dt MIT : dt=d~+{-1
\lAND d" [mm J \/1 105 \/2 103 \13 79 \/4 81 \15 103
VERLAUF DER GEMESSENEN VANDDICKEN, ANSICHT DRUCKSEITE
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
- 28 -
werden. Tabelle 3 enthält neben allen Sollwerten der Wandgeometrie die
entsprechenden Mittelwerte d der Meßwerte nebst zugehöriger Standard
abweichung s.
Größe w 1
160
ISO
100
100
I63,94
2,39
unten 162,97
5 K unten I ,08
~0 + u 163,38
1 '72
107,07
2,28
Werte in [mm] für Wand W2 W3 l-14
160
ISO
100
IOO
163,74
1,04
I6I,8I
I, 63
162,62
I, 68
I06,I8
2,40
ISO
ISO
100
80
157,82
4,S4
1S2,86
1 '73
. ISS,34
4,20
86,69
3,60
ISO
ISO
100
80
1S1,97
1 '52
1S2,80
2,04 ~
152,39
1 '78
86,43
2,72
w s
160
150
100
100
164,69
3, 1I
167,33
2,83
166,01
3, 17
113,88
7,21
Tabelle 3 Geometrische Sollwerte, Mittelwerte und Standardabweichungen zu den lränden. Bezeichnungen vgl. Bild 18.
Zur Überprüfung der Lage der Bewehrungsstäbe wurden von den schwach be
wehrten Prüflingen Wand W 3 und Wandstreifen NW 3 nach Versuchsdurch
führung Bohrkerne 0 10 cm gezogen. Mit Hilfe einer Schublehre wurde der
Abstand h' der Bewehrungsstabachsen zur Wandoberfläche ermittelt. Die
Ergebnisse dieser Vermessung sind in Tabelle 5 für Wand l~ 3 und in Ta
belle 6 für den Wandstreifen wiedergegeben.
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- 29 -
Ansicht Druckseite Kon!.ole~
~ ·~~------------------------~
+ w-- I
I
-----'-"-Plotte_.............- · -'-
~)--........ - f." ~ l -T-1---b-- b= 3000mm ------J...l
Bild 18: Bezeichnungen zur Wandgeometrie
x/b x/b Konsoldicken dK [m:n] für Wand Pkt. für Nr.
für lJI-W5 W I lJ 4 w 5 w 2 I w 3 w 3 ohnew31 oben 1 u:1ten oben 1 unten oben I unten oben 1 unten oben 1 unten
I 0,05 0,05 - 163,1 - 164,4 152,4 152,3 152,5 !55,5 161,7
2 0,15 0,20 - 162,7 162,8 160,6 153,8 151, I 150,0 152,6 161 J 9
3 0,25 0,35 165,2 164,8 162,6 160,9 156,9 152,2 151, I 153,6 168,9
4 0,35 0,50 166, 1 162,0 163,8 160,9 T63,0 152,7 151,4 150,7 167,5
5 0,45 0,65 165,7 162,3 164,5 162,6 164,1 151,6 153,2 155,2 166,9
6 0,55 0,80 161,1 164,0 165,0 163,3 163,3 153,4 151. 1 151,4 161 ,4 .
7 0,65 0,95 161,6 161,9 - 160,0 160.3 156,5 154,5 150,6 164,5
i 8 0,75 156,0 154.5
9 0,85 152,3 153,6
10 0,95 156,1 150,7
Tabelle 4: Gemessene Konsoldicken dK· der ~llände
Bezogen auf die mit Gleichung (4.7a) definierte Wandmittelebene wurden
die Lastexzentrizitäten nach Tabelle 2a unter BeriJcksichtiP,unq, der
164,3
169,8
169,7
167,4
170,3
166,7
163,1
in Tabelle 3 angegebenen mittleren Wanddicken dW errechnet. Hiermit
konnten die Ordinaten z der Lagerrißlinien der durch den Theodoliten
festgel~gten Ebenen "Z" und "D" (vgl. Bild l 6) ermittelt sowie die Last
halbrunde eingemessen und an die in der l-Jand verankerte Stahlplatte ange
schweißt werden (Bild 8 und Anhang Bilder A 2, A 4). Nach Beendigung der
Montagearbeiten wurden die Lager zur Feststellung der Ist-Exzentrizitä
ten nochmals vermessen. In Bild 19 ist der Verlauf der vorhandenen Last
ausmitten entlang der Wandbreite für die lvände W 3 bis W 5 grafisch dar-
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Bohrkernentnahmeort
y
• •
Cll ~ I
-GI -'\
~ • 0'1 J
N ~ I
3 0
9 E)
2 0
5 0
8 0
1 0
7 Q
L 0
Ansicht Zugseite
Bohr- Wand-kern dicke Nr. d[nnn]
h'-D
1 86,24
2 90,48
3 86,48 Cll ---Cll 4 87,44 "' ~ 0 ::;) 5 89,05 ..... 0
6 89,60
7 84,26
8 83,91
9 85,51
Mittelwert 87,00
Standard- 2,33 abweichung
Mittelwert
- 30 -
vertikale Bewehrung 0 5rnm
h' h' D z
[mm] [mm]
15,30 16,85
14,80 17,33
14,80 23,85
16,50 13,03
14,98 19,50
17,25 20,43
14,93 14,18
16,55 19,73
18,20 17,80
15,92 18,08
1, 25 3,29
hj,/d h'/d z
D, 183 0,208
Tabelle 5: Lage der Bewehrung von Wand 3
Bohrkern X y l~r. [ml [m]
1 2,250 0,600
2 1,500 0,582
3 0,750 0,585
4 2,424 1, 605
5 1 ,490 1, 605
6 0,750 1 ,605
7 2,250 2,340
8 1,500 2,355
9 0,750 2,376
horizontale Bewehrung 0 4 nnn
h' h' D z
[mm] [mm]
18,33 18,90 .
16,18 18,75
16,00 24,38
19,25 15,83
17,70 21,40
19' JO 22,78
17,53 16,45
19,55 21,95
20,03 19,88
18, 19 20,04
1,45 2,86
hj,/d h' /d z
1 0,209 0,230
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
- 31 -
gestellt. Die Längsachsen der 25 cm breiten Lasthalbrunde sind durch
einzelne Geradenabschnitte maßstäblich eingezeichnet; die Neigung die
ser Geraden zur Abszisse entspricht der horizontalen Neigung der Lager
rißlinien zur definierten Wandmittelebene. Die Verbindungslinie der Mit
tenpunkte der Geradenabschnitte entspricht etwa der angestrebten Para
belfarm der Ausmitten. Zum Vergleich sind die nach Gleichung (4.1) sich
ergebenden Verläufe der Exzentrizitäten (Soll-Ausmitten) ebenfalls 1n
Bild 19 eingezeichnet. Der Kurvenberechnung lagen dabei die in Tabel-
le 3 angegebenen mittleren lvanddicken d zugrunde. w
Die Wandstreifen NW 3 bis NW 5 wurden mittels Schublehre und Metermaß
vermessen; die Mittelwerte der bezogenen Lastausmitten und der Wand
dicken sind in Tabelle II, Abschnitt 5.2 aufgeführt.
vertikale Bewehrung horizontale Bewehrung
Bohrkern Dicke ~ 5 mm ~ 4 nnn
Nr. d [nnn] Druckseite Zugseite Druckseite Zugseite . h' [mm] h' 1mm] h' [mm) h' [mm)
D z D z
1 78,64 14,85 14,94 16,13 17,19
2 78,90 15,13 15,70 16,88 18,30
3 73,56 14,88 15,51 17,33 17,49
4 78,36 14,45 19,06 16,80 20,94
Mittelwert ' 78,62 14,83 16,30 16,79 18,48
Standard- 0,22 0,28 I ,87 0,50 1,71 abweichung
h' /d D
h' /d z bfJ/d h, /d z
Mittelwert 0,189 0,207 0,214 0,235
Tabelle 6: Abstände der Bewehrungsstäbe 1m Wandstreifen NW 3
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
- 3~ -
t. 0 C111111 l 20.0 \13 15.0
10.0 s.o o.o s.o
10.0 BREITE C111l
15.0
eo.o eu [1111]
[11111]
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
o.o 5.0
10.0
15.0
20.0
25.0 cu [111111]
eo [11111]
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
o.o 5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0 •u t•• l 0 a: AN:ESTREBTE LASTAUSf'1l TTEN
+ -= c;:aESSOE LAST AUSMITTEN • MITTEU.INIE EIPES LASTHALBRlHES
•o = LAST AUSI'Il TTEN ,aEN
•u = LASTAUSI11 TTEN .LN1'EH
BILD 19 WAND W3,W4,W5. VERLAUF DER LASTAUSMITTEN ENTLANG DER YANOBREITE,ANSICHT DRUCKSEITE.
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- 33 -
4.4. Durchführung der Messungen
Ausgehend von einer als Nullaststufe definierten geringen Vorlast wur
de die Belastung der Wände in 15 - 20 Laststufen bis zum Erreichen der
Bruchlast gesteigert. Das Aufbringen der Vorlast von ca. 24 kN war er
forderlich, um durch Überwindung der inneren Reibungswiderstände der
Pressenzylinder ein gleichmäßiges Berühren von Pressenhaupt und Last
halbrund zu ermöglichen.
Die folgenden Größen wurden in jeder Laststufe gemessen:
Dehnungen mittels Dehnungsmeßstreifen (DMS-Typ: LP 21, 60/120, k = 2.13) auf beiden Wandoberflächen an jeweils 24- 63 Stellen.
- Durchbiegungen mittels 1/100 mm-Uhren oder mittels induktiver Wegge
ber (Bauart: Hottinger W 50 und W 50 TK) an 13 Stellen.
- Randverdrehungen mittels 1/100 mm-Uhren oder induktiver Weggeber an
2 - 4 Stellen; hierzu wurden jeweils zwei Meßwertaufnehmer in einem
gegenseitigen Abstand von 200 mm (Meßbasis) über Stahlwinkel in den
Meßstellen zur Durchbiegungsmessung angeordnet. Die Randverdrehungen
lassen sich aus den Meßwerten der beiden zugehörigen Durchbiegungs
messungen unter Beachtung der Me9basis errechnen.
- Mittendurchbiegung der horizontalen Lagerträger.
- Setzdehnungsmessungen (SDM-Meßbasis ~ 200 mm; 1/100 mm-Uhr) an
3 - 5 Stellen.
- Dehnungen mittels DMS (Typ: LY, 60/120, k = 2,05) an allen 12 Spann
stangen. Unter Berücksichtigung der zuvor in Zugversuchen ermittel
ten Arbeitslinien der Spannstangen konnten somit die tatsächlich 1n
die Wand eingeleiteten Lasten (Ist-Lasten) bestimmt werden.
Die Anordnung der Meßwertaufnehmer kann den Bildern A 5 bis A 7 1m An
hang entnommen werden.
Die Durchbiegungen der Wande W 1 und W 2 wurden mittels Uhren gemessen und
manuell protokolliert. Für die \Wände ~ 3 bis W 5 erfolgte die Durchbie~ungs
messung automatisch über induktive Weggeber, die ebenso wie die Deh
nungsmeßstreifen über Hottinger-Baldwin-Meßschränke an einen PCS-Rechner
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- 34 -
angeschlossen waren. Die Meßergebnisse wurden auf Lochstreifen ausge
stanzt und für die weitere Verarbeitung einer Großrechenanlage zuge
leitet.
Die Wände wurden in jeder Laststufe nach folgendem Zeittakt belastet:
Last in 5 Stufen auf die angestrebte Soll-Last
hochfahren
Ist-Last messen und ggf. manuell an die Soll-Last
anpassen
Standzeit vor Durchführung der Messungen
Durchführung aller Messungen (DMS, Geber/Uhren,
SDM) und Ausgabe der Ergebnisse auf Lochstreifen
ggf. Nachzeichnen und Protokollieren der Risse
Gesamtzeit für eine Laststufe
ca. 3 min
ca. 3 min
ca. min
4 - 8 min
ca. 5 min
tG = 15 - 20 min =====~==========
Die Bruchausbildung der Wände W 3 bis W 5 wurde mittels VIDEO-Fernseh
kamera aufgezeichnet, um Aufschluß über den zeitlichen Ablauf des
Bruchvorganges zu erhalten. Riß- und Bruchbild wurden nach der Demon
tage der Versuchseinrichtungen fotografiert.
Zum besseren Verständnis der im Abschnitt 5 mitgeteilten Versuchsergeb
nisse sind einige Besonderheiten der Versuchsabläufe anzumerken:
Wand 2
Vergleichbare Dehnungen einander zugeordneter Symmetriepunkte w1esen
bereits in den ersten Laststufen große Wertunterschiede auf. Die Ver
mutung lag nahe, daß die oberen Lagerrollen der Wand in einer der bei
den vertikalen Stützenlagerungen festgeklemmt waren und somit ein Teil
der aufgebrachten Belastung bereichsweise der Wand entzogen wurde. Aus
diesem Grund erfolgte nach Erreichen der Laststufe 7 (entsprechend 54 %
der Bruchlast) eine vollständige Entlastung der Wand. Am folgenden Tag
wurde die Belastung stufenweise bis zum zuletzt erreichten Niveau erneut
hochgefahren. Die anschließend durchgeführten Dehnungsmessungen erbrach
ten jedoch keine befriedigende Symmetrie in diesbezüglich vergleichba-
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
- 35 -
ren Werten. Um die vermutete Verklemmung zu beseitigen, wurde die Wand
nunmehr entlang ihrer Breite einseitig verstärkt belastet, indem die
zwei rechts angeordneten Pressen (Ansicht Zugseite) eine vergrößerte
und die beiden linken Pressen eine verringerte Last an die Wand abga
ben. Die Kräfte der beiden mittleren Pressen wurden konstant gehalten.
Nach einer Standzeit von 5 Minuten wurde die gleichförmige Belastung
auf dem Niveau der Stufe 7 wieder hergestellt. Nachdem die Symmetrie
kontrolle entsprechender Dehnungswerte nunmehr zufriedenstellend aus
fiel, wurde die Wand in weiteren Laststufen bis Erreichen des Bruches
belastet.
Bei den folgenden lvänden W 3 bis lv 5 wurde durch konstruktive Maßnah
men sichergestellt, daß zwischen den vertikalen Lagerrollen und der
U-förmigen Lagerung 1n Richtung der Wandebene ein Abstand von minde
stens 5 rum eingehalten war.
Wand 4
Nach Einschalten des hydraulischen Pumpenaggregats wurde die Wand vor
Beginn des Versuchs infolge Ausfall des ·servo-Ventils einer Presse
(zweite von links, Ansicht Zugseite) kurzfristig ungewollt belastet.
Obwohl eine sofortige Untersuchung der Wand keine sichtbaren Schäden
(Risse bzw. Abplatzungen) erbrachte, können verstärkte Mikrorißbildun
gen nicht ausgeschlossen werden, vgl. hierzu Abschnitt 5.2.
Wand 5
Nach Erreichen der Laststufe 3 (entsprechend 26 i. der Bruchlast) erwies
sich ein induktiver Schalter des hydraulischen Pumpenaggregats als de
fekt. Die für die Fortführung des Versuchs notwendige Reparatur des
Schalters war nur nach vollständiger Entlastung und Abschalten des
Aggregates möglich. Nach Behebung des Schadens konnte der Versuch mit
Laststufe 3 beginnend planmäßig durchgeführt werden.
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
- 16 -
5. Versuchsergebnisse
5.1. Werkstoffprüfungen
Da die Größe der einzuleitenden Lasten im Hinblick auf e1ne ausreichen
de S~cherheit der Belastungskonstruktion und des Lasteinleitungsbe
reiches (Wandkonsolen) zu begrenzen war, wurde die Herstellung eines
Betons mit vergleichsweise geringen Festigkeitswerten angestrebt. Um
dieses Ziel sicher zu erreichen, wurde der Wasserzementfaktor gegenüber
den 1n der Praxis gebräuchlichen Werten wesentlich vergrößert auf
W/Z = 0,90. In Verbindung mit einem vergleichsweise hohen Mehlkornge
halt der Zuschläge konnte hierdurch die Betonzugfestigkeit wirksam ver
ringert werden. Es ist daher anzunehmen, daß die Versuchsergebnisse be
züglich des Quertragvermögens der unbewehrten Wände eine "Abschätzung
zur sicheren Seite" darstellen.
Alle wesentlichen Eigenschaften der verwendeten Betonmischungen wurden
in Nebenversuchen geprüft. Als charakteristische Werte für die Beton
herstellung sind die Mittelwerte der Ergebnisse entsprechend der nach
DIN 1048 durchgeführten Prüfungen für den W/Z-Faktor, die Frischbeton
rohdichte und das Ausbreitmaß in Tabelle 8 angegeben. Die Sieblinien
der verwendeten natürlichen Zusch~äge sind in Bild 20 grafisch aufge
tragen. Mit den in Abschnitt 4.2 angegebenen Nebenkörpern wurden Fe
stigkeitsprüfungen bzw. E-Modul-Bestimrnung nach DIN 1048 durchgeführt.
Die Mittelwerte dieser Ergebnisse sind ebenfalls der Tabelle 8 zu ent
nehmen.
Nach Abschluß der Versuche wurden den ungerissenen Bereichen der Wände
W 4 und W 5 drei Prismen mit den Abmessungen 8 x 8 x 37 cm und drei
Prismen mit den Abmessungen 8 x 8 x 16 cm entnommen, um hieran noch
mals Prismendruckfestigkeit und Balkenbiegezugfestigkeit zu bestimmen.
In gleicher Weise erfolgte die Kontrolle der Festigkeitswerte der Wand
streifen NW 4 und NW 5. In Tabelle 7 sind die Mittelwerte der Ergebnis
se dieser Prüfungen angegeben. Das Alter der Prüflinge zum Zeitpunkt
der Prüfung ist ebenso wie in Tabelle 8 zusätzlich aufgeführt.
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
100
;:&0 • •• ~ ~
60 .,. c ., .,.
. .1:
-~ :> '0 ..,
I> .. iii
20
0 0!>0 1.0 2.0 w e.o 16.0 lorhwritr [mn]
Si~blinie zu WAND
~eor-----+---~--~---+---4~ •, ~ ~-~ 60 1-----+--~----1----/-----1 "" c ., .,.
.1: .. ~ '01----+--~~---~-~'~7--HL--+--~ .1> .. iii
0 02 !i 0!>0 1.D 2.0 w li.O 16.0
lochwritr [mn]
Sieblinie zu WAND 3 und '
- 37 -
100
~ 80 :: !t" .. " .... 60 .,. c u· .,.
.1: ., :; '0 .., .0 .. ."
20
0 02!i 0!>0 1.0 2.0 w e.o 16.0
lochwritr (rrm)
Sieblinie zu WAND 2
;: 80 ----4----lf---~---1-----+---c"L--....J /'-1---1 I
~ .. " .... 60~----~---+---4-~~----+/ .,. c D
"" .c: ... ~ 'Oi------~--~'--4-~ n .. iii
0
Sieblinie zu WAND S
1.0 16.0
lochwrilt (rrm]
Bild 20: Sieblinien der Betonzuschläge für '~and W 1 bis W 5
Wand ~andstreifen Größe w 4 w 5 NW 4 NW 5
Alter [Tage~ 65 92 65 64 ßp [N/mm ] 19,8 24,5 23,9 26,5
Alter [Tage] 65 64 65 64
ßBZ [N/mm2l 3,31 2,96 4,67 2,44
Alter [Tage] 92 - 18,4. 1 o3 - -EB [Nfmm2]
Tabelle 7: Festigkeitswerte des Betons, ermittelt nach dem Versuch an gesägten Proben des Prüflings (Mittelwerte)
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
- 38 -
Größe Wand w l w 2 w 3 w 4 w 5
Herstellungsdatum 25.10.77 09.01.78 28.09.78 14.11.78 09.01.79
~ aJ Zementgüte PZ 350 F PZ 350 F PZ 35 F PZ 35 F PZ 35 F ~ :o J-4 bO Wasserzement-~ 0,89 0,90 0,90 0,90 0,90 ~ faktor W/Z aJ
..!o: 4-1 4-1 Frischbetonroh-0
dichte [kg/dm3] 2,37 2,37 2,35 2,36 2,32 ~ Cl)
::I ro
Ausbreitmaß [cm] IX:! 45 54 50 62 51
Versuchsdatum 23.11.77 7/8.2.78 26.10. 78 12. 12.78 14.02.79 (VD}
ß\-17 [N/mm2] 21 '6 19,6 18,4 15,4 21 '2 +)
aw28 [N/mm2] . -30,5 30,4 27,1 27,7 30,4
Alter [Tage] 29 29 29 28 36
ßw [N/mm2J 30,7 30,8 27,9 27,7 30,5 aJ ~ Alter [Tage] 29 ·29 29 29 38 J-4 aJ
ßp [N/mm2] 25,2 25,5 23,9 20,0 27,0 ) Cl)
~ •.-I ö.::O Alter [Tage] 29 29 29 28 36 aJ ro ..!o: ~
aBz [N/mm2] 4,99 3,12 2,27 2,33 3,49 ö.() Cl)
•.-I .c ~ t) Cl) ::I Alter [Tage] 29 29 29 28 36 aJ llJ r... J-4
ßsz [N/mm2] 2,46 2,33 2, 12 2,31 2,91 aJ :>
~ Alter [Tage] 29 3 29 29 38 [Nfmm2] -
22,0· 103 21,4 • I o3 22,1·103 EB 23,9·10
Alter [Tage] 29 29 29 38 -zen Eu [t] 2,14 2,22 I, 74 2,30
+) vor dem Versuch
Tabelle 8: Baustoffkenngrößen und Festigkeitswerte des Betons, die an Proben gemäß Abschnitt 4.2 ermittelt wurden
Erläuterungen:
ß = mittlere Festigkeitswerte
EB e mittlerer E-Modul des Betons
zen Eu • mittlere zentrische Bruchstauchung
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
- 39 -
Die Festigkeitswerte der verwendeten KARI-Matten R 131 BSt 50/55 RK wur
den in Zugversuchen geprüft. Die Mittelwerte der Prüfergebnisse sind in
Tabelle 9 angegeben.
Größe Längsstab Querstab 0 5 nnn 0 4 nnn
ßo 2 [N/nnn2] 580 584 , [N/rmn2] ß 608 609 z
E u [~] I I, 0 10,9
Tabelle 9: Festigkeitswerte der Mattenbewehrung
Der E-Modul betrug E = 2,1 · 105 N/mm2 ~
5.2. Ergebnisse der Wandversuche
Alle Meßergebnisse wurden mit Hilfe einer elektronischen Rechenanlage
geordnet erfaßt und über einen Plotter als Last-Verschiebungskurve bzw.
Last-Dehnungskurve ausgegeben. Einzelne Datenfehler konnten somit zuver
lässig optisch erkannt und beseitigt werden (gerissener Lochstreifen,
falsch eingetippte Zahlen o. ä.). In den oberen Laststufen wurden die
Uhren zur Durchbiegungsmessung abgebaut (Wand W 1, W 2) und die SDM
Messungen eingestellt, um das Versuchspersonal nicht zu gefährden. In
folgedessen liegen für diese Fälle keine Meßergebnisse vor. ~aren durch
Rißbildung im Laufe der Laststeigerung Dehnungsmeßstreifen ausgefallen,
so endet die Kurve der entsprechenden Ergebnisse an dieser Stelle.
Um in Abhängigkeit von der Last einen Überblick über das Verformungs
verhalten, den Verzerrungszustand und die Rißentwicklung der geprüften
Wände zu geben, werden im folgenden die wesentlichen Ergebnisse kompri
miert in grafischer Form dargestellt. Dabei ist durch die Wahl eines
hinreichend großen Maßstabes beachtet, daß die vorzugebenden Größen
- Geometrie
- Lasten
Lastausmitten
(Bild 17; Tabellen 3 bis 5)
(Bilder A 8 bis A 12)
(Bild 19)
für eine Nachrechnung der Versuche genügend genau aus den Kurven abge
lesen werden können.
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
- 40 -
In Tabelle 10 sind zunächst die Ist-Werte der wesentlichen Versuchs
parameter sowie die Bruch- und Rißlasten der fünf Wände aufgeführt.
Für die Verformungseigenschaft der Wand können die bei 80 7. der Bruch
last gemessenen Mittendurchbiegungen einen ersten Eindruck vermitteln.
Die Verhältniswerte der bezogenen Bruchlasten von Wand und Wandstrei
fen zeigen, daß die bezogene Tragfähigkeit der Wände infolge ihrer
vertikalen Lagerung (Quertragvermögen) auf etwa das Zweifache des
Stützenwertes anwächst. Für die Wände W 3 bis W 5 ist der angegebene
Vergleich wegen ihrer nichtkonstanten Ausmittenverläufe ein wenig pro
blematisch. Weitergehende Überlegungen werden hierzu im Abschnitt 5.2
dargestellt.
Größe Wand w 1 w 2 w 3 w 4 w 5
h/d 28,0. 28,3 34,6 34,7 26,3 w
0,141+) 0, 196+) 0,192+) ek/dw 0,09 0, 19
max -etd -w - 0,2I6 0,292 0,285
-tot llv [ 7.] unbew. o, 247. 0,302 unbewehrt tot llh [ 7.] 0,094 O, I 15
tot F [MN] 4,43 2,92 2,50 2,00 3,40 u
f 0,547 0,359 0,402 0,386 0,369 u
f 0,358 0,230 0,270 0,092 0,195 r
f /f 0,65 0,64 0,67 0,24 0,53 r u
wo 80 [mm] 7,0 I I, 5 1 I , 8 I I , 8 I2,6 '
f /f - 1,69 2,70 2,08 2,05 u,w u,s
+)Gemäß Abschnitt 4.I definierter Vergleichswert, der aus den gemessenen Exzentrizitäten errechnet ist.
Tabelle IO: Ergebnisse der Wandversuche
Erläuterungen zu Tabelle IO:
h
d w
= Höhe der Wand (Achsabstand der Lager)
= Mittelwert aller in diskreten Punkten gemessenen Wanddicken
= konstante Ausmitte bzw. konstante Vergleichsausmitte entsprechend Gleichung (4.1)
max e =Mittelwert der vier maximalen Lastausmitten des in Bild 19 angegebenen oberen und unteren Ausmittenverlaufes
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tot ll V
tot F u
f u
f r
f /f u,w u,s
- 41 -
tot f ev =
d • 100; geometrischer Gesamtbewehrungsgrad, vertikal
w
tot feh • 100; geometrischer Gesamtbewehrungsgrad, horizontal
d w
= Gesamtlast 1m Bruchzustand der Wand
tot F u auf die zentrische Querschnittstragfähigkeit = . , d b . . ß des unbewehrten Betons bezogene Bruchlast w p
= auf die Querschnittstragfähigkeit bezogene Rißlast (= Last, bei der die eLsten sichtbaren Risse auftraten)
= Mittendurchbiegung der Wand, die bei 80 i. der Versuchsbruchlast gemessen wurde
= bez. Bruchlast Wand/bez. Bruchlast Wandstreifen (Verhältnis der Versuchswerte)
In den Bildern A 8 bis A 12 ist der Verlauf der Ist-Lasten ausgewählter
Laststufen für die Wände W 1 bis W 5 entlang der Wandbreite aufgetra
gen. Die von e1nem Spannrahmen über das 25 cm breite Lasthalbrund auf
die Wand übertragene Kraft wird als konstant innerhalb der ihr zugeord
neten Einzugsbreite von bLAST = 50 cm angenommen. Der aus den Kräften
aller sechs Spannrahmen gemittelte "Lastmittelwert" ist für jede Last
stufe angegeben. Die 1n den höheren Laststufen auftretenden Abweichungen
der Kräfte einzelner Spannrahmen vom angegebenen Lastmittelwert betragen
bis zu 1,5 i.. Sie sind im wesentlichen auf Ungenauigkeiten bei der manu
ellen Regelung der Pressenkräfte zurückzuführen (vgl. Abschnitt 4.4).
In Abhängigkeit von der Gesamtlast aufgetragene Ergebnisse der mittels
DMS oder SDM durchgeführten Dehnungsmessungen sowie einiger Durchbie
gungsmessungen können den Bildern A 13 bis A 22 entnommen werden. Die
an den Kurvenenden angeschriebenen Zahlen entsprechen den in Bild A 5
bis A 7 angegebenen Meßpunktnummern. Die mit Hilfe von DMS durchgeführten
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Dehnungsmessungen sind zusätzlich mit "Z" für Messungen auf der Wand
~seite und mit "D" für Messungen auf der Wanddruckseite gekennzeich
net. Damit ist der Ort der Meßwertaufnahme auf der Wand eindeutig fest
gelegt. Die Richtung der Messung ist für die DMS durch eine Bildunter
schrift und für die SDM als Zusatz
VE = vertikal
HO = horizontal
DI = diagonal
1n der Kurvenbeschriftung angegeben.
Die durch ein Kreuz gekennzeichneten Meßwerte sind mit Ausnahme der
Darstellungen zu Wand W 2 bereichsweise linear miteinander verbunden.
Wie in Abschnitt 4.4 berichtet, mußte Wand W 2 nach Erreichen von ca.
54 % ihrer Bruchlast vollständig entlastet werden. Die Meßergebnisse
einiger folgender Laststufen oberhalb dieses ersten Maximalniveaus
der Last zeigen einen deutlichen Einfluß der vorangegangenen Lastge
schichte auf; sie wurden daher bei der Auftragung nicht berücksichtigt.
Um dennoch den Verlauf der Ergebnisse fü_r den Fall der einmaligen
Kurzzeitbelastung im gesamten durchfahrenen Lastbereich darstellen zu
können, wurde aus den verbleibenden Meßwerten ein Ausgleichspolynom
4. Ordnung errechnet und als Kurve gezeichnet. Den Bildern A 15 und
A 16 ist zu entnehmen, daß die gewählten Funktionen den Verlauf der
Meßergebnisse zufriedenstellend wiedergeben.
Die in den Meßpunkten 1, 3, 7 und 11 mittels DMS gemessenen Dehnungen
sind nach ihrer Meßrichtung getrennt in einzelne Koordinatensysteme
eingezeichnet, wobei jeweils zwei einander entsprechende Wertegruppen
von Druck- und Zugseite gegenübergestellt sind. Neben der Mittendurch
biegung w11
, Meßpunkt Nr. 11, ist mit w13
eine weitere gemessene Durch
biegung in Form einer Last-Verschiebungskurve grafisch wiedergegeben.
Für die Versuche W 3 bis W 5 ist außerdem die Mittendurchbiegung w22 eines oberen Lagerträgers dargestellt.
Um den Einfluß der ungleichmäßigen Riß- und Festigkeitsverteilung auf
den Verzerrungszustand der Wand aufzuzeigen, sind zum Vergleich die
Dehnungen der Symmetriepunkte 1 und 3 in den Bildern A 14, A 16, A 18,
A 20 und A 22 wiedergegeben. Bei der Betrachtung dieser Kurven muß be-
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rücksichtigt werden, daß die diagonalen DMS sich entsprechender Meß
punkte für die Wände W 3 bis W 5 nicht symmetrisch bezüglich der ver
tikalen Wandmittelachse angeordnet waren (vgl. Bild A 5).
Die oberhalb der Zugfestigkeit des Betons mittels DMS gemessenen Deh
nungsverläufe weisen infolge der Rißbildung mit wachsender Last im all
gemeinen überproportional zunehmende Kurvenkrümmungen auf. Alle Zugdeh
nungen, die größer als die Rißdehnung vo~ ca~ 0,15 t sind, enthalten
somit die durch Bildung von Haarrissen hervorgerufene Längenänderung,
bezogen auf die 6 cm lange Meßstrecke des Dehnungsmeßstreifens. Kreuzen
Risse mit vergleichsweise großen Rißbreiten einen DMS, dann wird die
ser im Rißbereich wesentlich stärker auf Zug beansprucht als in den
Nachbarzonen. Das führt entweder zu einem Ausfall des DMS - in die-
sen Fällen sind in den Kurvendarsteilungen keine Werte wiedergegeben -
oder zu einem sprunghaften Anstieg der Dehnungswerte. Bei der Bewertung
der Ergebnisse sollte daher bedacht werden, daß durch eine übermä~ige
lokale Zugbeanspruchung eines DehnungsmeSstreifens die für die Meßergeb
nisse vorausgesetzte Linearität zwischen Beanspruchung und Meßwider
stand möglicherwiese nicht mehr gegeben ist. Die gemessene Dehnung
täuscht in solchen Fällen eine größere Längenänderung der 6 cm-Meßstrek
ke vor, als tatsächlich vorhanden ist.
Die in den Punkten I und 3 gemessenen Vertikaldehnungen stimmen für
alle Wände in ihrem qualitativen Verlauf gut überein. Die quantitativen
Unterschiede sind neben den o. g. Einflüssen auch auf die geringfügig
unterschiedlichen Belastungen sowie auf nicht auszuschließende Reibungs
einflüsse der Wandlagerung zurückzuführen.
Bei allen Wänden sind die Querschnitte in den Meßpunkten 7 und 11 zu
nächst voll überdrückt. In Abhängigkeit von wirksamer Lastausmitte und
Wandschlankheit erfolgt dann im Lastbereich 0,70 < F/F < 1,0 eine Vor-= u= zeichenumkehr der vertikalen Dehnungen auf der Wandzugseite, so daß in
diesen Punkten nunmehr in allen Richtungen der Wandebene Zugdehnungen
vorhanden sind (vgl. hierzu auch die Bilder A 23 bis A 32).
Die Horizontaldehnungen unterliegen infolge der überwiegend vertikal
verlaufenden Risse einer größeren Streuung als die Vertikaldehnungen.
Während die Wände W 4 und W 5 in den Meßpunkten II und 7 keine großen
Dehnungen in horizontaler Richtung aufweisen, erreichen entsprechende
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Werte der Wände W I bis W 3 absolut betrachtet die gleiche Größenord
nung wie die Dehnungen 1n vertikaler Richtung.
Abgesehen von den Wänden W 2 und W 3 stimmen die in den Bildern A 14,
A 16, A 18, A 20 und A 22 wiedergegebenen Ergebnisse der Setzdehnungs
messungen (vgl. SDM-Anordnung Bild A 7) bis auf Me~ungenauigkeiten mit
den entsprechenden Ergebnissen der DMS-Meßwertaufnehmer gut überein.
Hingegen sind die in Punkt II der Wand W 3 in horizontaler und diago
naler Richtung auf der Wandzugseite mittels SDM gemessenen Dehnungen
kleiner als die zugehörigen DMS-Werte. Die gleiche Feststellung kann
für die Diagonaldehnung in Punkt 7 der Wand W 2 getroffen werden. Es
ist denkbar, daß die oben erläuterte, durch Rißbildun~ hervorgerufene
Nichtlinearität zwischen Beanspruchung und Meßwiderstand des betrach
teten DMS in diesen Fällen zu einer Verfälschung der Meßergebnisse ge
führt hat.
Mit den im folgenden erläuterten Bildern A 23 bis A 48 wird der Versuch
unternommen, in qualitativer Form einen Gesamtüberblick zum Verzerrun~s
zustand, dem Verformungsverhalten, der Rißentwicklung und der Bruchent
stehung der geprüften Wände zu geben. Für h6here Laststufen ist es dar
über hinaus mit ausreichender Genauigkeit möglich, die Versuchser~eb
nisse aus den grafischen Darstellungen zu quantifizieren.
Aus den in den einzelnen Meßpunkten in horizontaler, vertikaler und dia
gonaler Richtung voneinander unabhängig gemessenen Dehnungen wurden die
Hauptdehnungen errechnet und in den Bildern A 23 bis A 32 für einzelne
Laststufen grafisch wiedergegeben. Die Zug- bzw. Druckdehnungen sind als
Zug- bzw. Druckpfeil entsprechend der in den Bildern A 41 bis A 45 ange
gebenen Legende eingezeichnet. Der Betrag der Dehnungen kann durch Ver
gleich der Strichlänge (ohne Pfeile} mit dem angegebenen Dehnungsmaßstab
ermittelt werden. Für den Meßpunkt I ergeben sich mit Bild A 24 z. B.
auf der Wandzugseite der Wand W I für die Laststufe tot F = 4,33 MN die
Hauptdehnungen zu
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e:1 4mm . 4,0 t + 1 ,o ~ Zug =
15,5 mm
e:2 2,8 mm
4,0 t - o, 7 t Druck =- . = 15,5 mm
a = 28,5° (Winkel zwischen der Horizontalen und der e: 1-Richtung)
Die genauenWerte betragen e: 1 = 0,98 , e: 2 = - 0,63 und a
Für den letzten vor dem Bruch gemessenen Dehnungszustand sind die Haupt
dehnungen 1m Vergleich mit Bruch- und Rißbild für Zug- und Druckseite
der Wände 1n den Bildern A 41 bis A 45 grafisch dargestellt. Die in den
Rißbildern der Wandzugseiten angegebenen Zahlen geben die Laststufe an,
in der der betrachtete Riß mit bloßem Auge erkannt werden konnte. Die zu
gehörigen Lasten sind in der Tabelle des gleichen Bildes aufgeführt. Auf
der Druckseite der Wände waren bis zum Erreichen der Bruchlast keine Ab
platzungen oder Risse zu beobachten. Die beim Bruch der Wand herausge
drückten Bruchschollen sind in der grafischen Darstellun~ schratfiert ge
kennzeichnet.
In den Bildern A 38 bis A 40 ist die lastabhängige Ri~entwicklun~ auf der
Wandzugseite für die Wände Tv 1, W 3 und lv 5 wiedergegeben. Die ?,emessenen
Wanddurchbiegungen sind in Horizontal-, Vertikal- und Diagonalschnitten
für ausgewählte Laststufen in den Bildern A 33 bis A 37 dargestellt. Die
Kurven sind aus der Ansicht "Wanddruckseite" zu betrachten.
Die gezeigten Verzerrungszustände, Durchbiegungsverläufe, Rißentwicklun
gen und Bruchbilder geben Anlaß zu den folgenden Feststellungen:
Wand W 1 - unbewehrt, h/d = 28,0; w
konstanter Ausmittenverlauf mit ek/dw = 0,09
Die Wand weist bis zur Laststufe tot F = 2,60 MN in allen gezeigten Schnit
ten die erwartete Verformungssymmetrie auf, Bild A 33. Desgleichen sind die
Hauptdehnungen, Bild A 23, weitgehend symmetrisch zu den Wandmittel-
achsen und entsprechen nach Größe und Richtung etwa den Hauptdehnungen e1ner
elastischen Vergleichsrechnung. Die gemessenen Dehnungen, Bilder A 13 und A 14,
verlaufen bis zu dieser Laststufe in guter Näherung linear. Mit dem Auf-
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Bild 2Ia
Risse und Bruchbild zu 1-land W I, Ansicht Zugseite
Bild 2Ib
Risse und Bruchbild z-u ~1an·d W I , Ansicht Druckseite
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treten der ersten sichtbaren Risse in Laststufe L 10 (tot F = 2,90 MN)
wachsen die Verformungen im gerissenen Bereich der Wand schneller an als
in vergleichbaren Meßpunkten der ungerissenen Wandzonen, vgl. Bilder A 33,
A 38.
Im oberen Randbereich beginnend pflanzen sich die Risse 1n vertikaler
Richtung zunächst bis zur Wandmitte (L 13) und dann mit wachsender Last
schließlich bis zur unteren Wandkonsole fort. Risse mit ausgeprägter hori
zontaler Richtung treten dabei nicht auf. Obwohl bereits in Laststufe L 14
zwei Risse die Wandzugseite in vertikaler Richtung durchqueren, ist eine
weitere Laststeigerung um 12 %von tot F = 3,97 MN auf tot F = 4,43 MN u
möglich. Der Bruch tritt infolge Versagens der linken oberen Wandecke ein
(Ansicht Druckseite),vgl. Bilder 21a und 21b sowie Bild A 41. Trotz der
Risse hat sich die Richtung der Hauptdehnungen auf der Wandzugseite eben
so wie auf der \~anddruckseite.kaum verändert. Dem stark gekrümmten Verlauf
der Dehnungen und Durchbiegungen, Bilder A 13 und A 14 ist zu entnehmen,
daß der Plattenbereich der 1~and ebenfalls kurz vor dem Versagen stand.
symmetrisch schwach bewehrt, h/d = 28,3j w konstanter Ausmittenverlauf mit ek/dw = 0,19
Die Hauptdehnungen, Bilder A 25, A 26 und A 42, sind mit Hilfe der zuvor
errechneten Ausgleichspolynome bestimmt worden. Sie geben daher näherungs
weise den Verzerrungszustand der Wand unter einmaliger Kurzzeitbelastun~
wieder. Die zu den vertikalen Wandrändern geneigten Hauptdruckdehnungen
in der horizontalen Symmetrieachse der Wand bestärken die in Abschnitt 4.4
vorgetragene Vermutung, daß ein Teil der Last über die vertikalen Ränder
abfließen konnte. Die im Vergleich zu Wand W I wesentlich feinere Riß
verteilung ist auf die vorhandene Bewehrung und die besondere Lastge
schichte der Wand zurückzuführen. Die Verformungen der oberen Wandhälfte
wachsen mit zunehmender Last stärker an als die Durchbiegungen vergleich
barer Meßpunkte aus der unteren Wandhälfte, Bild A 34. Demzufolge tritt
das Versagen in der oberen Wandhälfte auf, indem sich in den beiden oberen
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-;: ;..;-...;_. ____ ~---~----
---------------------------,..:. •""'" / t ,lt
Bild 22a
Risse und Bruchbild zu Wand W 2, Ansicht Zugseite
Bild 22b
Risse und Bruchbild zu l~and W 2, Ansicht Druckseite
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Ecken beginnend schlagartig eine Bruchlinie ausbildet, Bilder 22a, 22b
und A 42. Eine Betrachtung der Hauptdehnungen im Meßpunkt 3 (vgl. Bild A 5)
auf der Zug- und Druckseite der Wand läßt vermuten, da~ der Bruch durch
Versagen der Betondruckzone eingeleitet wurde.
Wand W 3 - symmetrisch schwach bewehrt, h/d = 34,6. W I
parabolischer Ausmittenverlauf mit ek/dw 0,141
Auffällig ist der aus den Hauptdehnungen der Druckseite abzulesende Verlauf
der Hauptdruck-Trajektorien, Bilder A 27, A 28 und A 43. Während er bei den
übrigen vier Wänden entsprechend der Biegefläche in Form eines "O" ver
läuft, nähert sich der Druck-Trajektorienverlauf der Wand W 3 der Form
eines "X". Die Hauptdruckdeh11ungen der in den l\landeckbereichen angeordne
ten Meßpunkte 1, 3, 15 und 17 weisen demzufolge von den Wandecken zur
Wandmitte hin.
Die Rißbildung beginnt im wesentlichen 1m unteren Lasteinleitungsbereich
und pfalnzt sich mit zunehmender Last in vertikaler Richtung zur oberen
Wandhälfte fort, vgl. Bild A 39. Damit ist verständlich, daß die gemesse
nen Verformungen in der unteren l.;randhälfte größer sind als die Durchbie
gungen vergleichbarer Meßpunkte der oberen Hälfte, vgl. den Vertikalschnitt
in Bild A 35. BezüP,lich der vertikalen Wandmittelachse besteht jedoch in
horizontaler Richtung eine sehr zufriedenstellende Symmetrie der Durch
biegungsmeßergebnisse, wie den im Horizontalschnitt dargestellten Durch
biegungsverläufen der Wand entnommen werden kann. Anders als die Durch
biegungen wachsen die Hauptdruckdehnungen auf der Wanddruckseite in der
oberen Wandhälfte schneller an als vergleichbare Werte des unteren Wand
bereichs, wodurch das Versagen schließlich in der oberen Wandzone einge
leitet wird. Der mittels zweier VIDEO-Fernsehkameras aufgezeichnete Bruch
vorgang ließ bei einer Zeitlupen-Wiedergabe erkennen, daß die Bruchlinie
schlagartig auf der Zug- und Druckseite "gleichzeitig" entstand (vgl.
hierzu Bilder 23a, 23b und A 43 sowie die Anmerkungen zu W 5).
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Bild 23a
Risse und Bruchbild zu Wand W 3, Ansicht Zugseite
Bild 23b
Risse und Bruchbild zu Wand W 3, Ansicht Druckseite
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Wand W 4 -unbewehrt, h/d = 34,7. W I
parabolischer Ausmittenverlauf mit ek/dw = 0,196
Wand W 4 weist im Vergleich zu den anderen Wänden die größte Schlankheit,
die größte bezogene Ausmitte und gleichzeitig die kleinste Prismendruck
festigkeit auf. Infolgedessen erfolgte das Versagen der T~and relativ früh
zeitig, so daß bis zum Bruch nur sehr wenige, großflächig verteilte Risse
festgestellt werden konnten. Die in Bild A 44 durch Zahlen gekennzeichne
ten Risse zeigen die Rißentwicklung der Wand bis zum Erreichen einer Ge
samtlast von F ~ 1,20 MN entsprechend 60 7. der Bruchlast.
Wegen der vergleichsweise gr~ßen Verformungen ist es zunächst nicht ver
wunderlich, wenn die ersten Risse bereits bei 24 7. der Bruchlast auftra
ten (L 4 in Bild A 44). Bei Betrachtung der in Bild A 29 dargestellten
Hauptzugdehnungen auf der Wandzugseite fällt für die Rißlaststufe L 4
mit tot F = 0,48 MN jedoch auf, daß 1n keinem Meßpunkt die Rißdehnung des
Betons von ca. ER= 0,11 ~erreicht wird. Es ist daher anzunehmen, daß
sich die unter Abschnitt 3.4 beschriebene ungewollte stoßartige Vor
belastung der Wand auf die Rißentwicklung der unteren Laststufen ausge
wirkt hat.
Da sowohl die Hauptdruckdehnungen der Wanddruckseite als auch die Durch
biegungen (Bild A 36) in der oberen Wandhälfte größere Werte als in
entsprechenden Meßpunkten der unteren Hälfte aufweisen, versagt die
Wand, indem sich schlagartig in der oberen Wandzone eine Bruchlinie
ausbildet (vgl. Bilder 24a, 24b und A 44).
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or • ....
~I
Bild 24a
Risse und Bruchbild zu Wand W 4, Ansicht Zugseite
Bild 24b
Risse und Bruchbild zu Wand W 4, Ansicht Druckseite
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Wand W 5 - unbewehrt, h/d = 26,3 w
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parabolischer Ausmittenverlauf mit ek/dw = 0,192
Ein hervorstechendes Ergebnis dieses Wandversuchs ist die symmetrische
Bruchlinie, die den aus der Fließgelenktheorie der Platten bekannten Fließ
gelenklinien in Form und Verlauf recht nahe kommt, vgl. Bilder 25a, 25b
und A 45. Offensichtlich war es mit der bei '~and W 5 nochmals verbesser
ten Vermessung und Montage der horizontalen Lagerrollen ~elungen, den an
gestrebten idealen Lagerungsbedingun~en weitgehend gerecht zu werden.
Ebenso wie die Durchbiegungsverläufe, Bild A 37, und die Hauptdehnungen,
Bilder A 31 und A 32, weist die in Bild A 40 gezeigte Ri~verteilung be
züglich der Wandmittelachsen zufriedenstellende Symmetrien auf. Die 1n
Laststufe L II sich abzeichnenden fein verteilten Risse in den Eckberei
chen der Wandzugseite sind u. a. vermutlich durch die eingelegte konstruk
tive Randbewehrung beeinflußt worden. Bereits in Laststufe L 12 durch
queren zwei breite Risse die Wandzugseite in vertikaler Richtung. Trotz
der damit verbundenen beträchtlichen Verringerung der in horizontaler Rich
tung vorhandenen Biegesteifigkeit des Plattenbereichs ist eine weitere Last
steigerung von tot F = 2,39 MN auf tot F = 3,40 MN um ca. 30 % möglich u
(siehe auch Wand W 1).
Die von beiden Wandseiten gefertigten VIDEO-Aufnahmen zeigten bei der Wie
dergabe des gefilmten Bruchvorganges, daß sich die Bruchlinie schlagartig
gleichzeitig auf Zug- und Druckseite ausbildete. Da die verwendete Fernseh
aufzeichnungsanlage ein für die vorliegenden Zwecke recht begrenztes zeit
liches Auflösungsvermögen besitzt, erscheint der folgende Bruchmechanis
mus ebenfalls denkbar:
örtlich versagt ein stark beanspruchter Wandbereich.
Die an dieser Stelle zuvor übertragenen Schnittgrö~en werden durch den
Steifigkeitsausfall auf Nachbarzonen umgelagert.
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.
Bild 25a
Risse und Bruchbild zu Wand W 5, Ansicht Zugseite
·~· Bild 25b
Risse und Bruchbild zu Wand W 5, Ansicht Druckseite
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- Diese versagen nunmehr infolge der Zusatzbelastung ebenfalls, wodurch
eine "Kettenreaktion" nacheinander versagender Ouerschnitte eingeleitet
ist.
-Der Bruchablauf ist 1n ~enigen l/10 Sekunden beendet.
Rechnerische Vergleichsdurchbiegungen
Unter VoraussetzunP, der Gültigkeit der Bernoulli-Hypothese wurden aus den
gemessenen Dehnungen in horizontaler und vertikaler Richtung die Krümrnun~en
errechnet. Die Ergebnisse sind entlang ausgezeichneter Schnitte in den
Bildern A 46 bis A 48 grafisch dargestellt. Wird weiterhin vorausgesetzt,
daß sich die Krümmungen zwischen zwei Meßpunkten linear verändern, so kön-
·nen rechnerische Durchbiegungsverläufe durch z~eifache Integration der Dif
ferentialgleichung des einfachen Balkens ermittelt werden. Die in dieser
Weise durch numerische Integration bestimmten Durchbiegungen sind ebenfalls
in·den Bildern A 46 bis A 48 wiedergegeben. Zur Festlegung der beiden Inte
grationskonstanten wurde angenommen, daß die Wanddurchbie~ung in den End
punkten des Horizontalschnittes verschwindet; als Randbedingung für den Ver
tikalschnitt wurden die gemessenen Mittendurchbiegungen des oberen und un
teren Lagerträgers in die Berechnung eingeführt.
Ein Vergleich der Krümmungsdarstellungen mit den zuvor erläuterten Rißbil
dern zeigt, daß die zum Teil großen Knicke in den Kurvenverläufen auf die
fortschreitende Rißentwicklung der l.Jände zurückzuHihren ist. Infol~e der
glättenden Wirkung der zweifachen Integration weisen die Durchbiegungen
vergleichbarer Meßpunkte hingegen eine zufriedenstellende Symmetrie zu
den Wandmittelachsen auf.
i j ;
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- '·,fl -
DURCHBIEGUNG CMMJ 32
GEMESSEN
28
VERTIKAL INTE~RIERT
7~ 7-1
-,7 11
HORIZONTAL lNTEGRlER
20
16
if/1 J '!
1.2
a §
8
A V
.A ~ ~ ~ . 0
. o.oo 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
LAST [MNl
BILD: 26 WAND 3 VERGLEICH: GEMESSENE - INTEGRIERTE MITTENDURCHBIEGUNG
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DURCHBIEGUNG [MMJ 32
28
t ~
24
20
GEMESSEN
VERTIKAL INTEGRIERT
I. II
1 16
I fl
12
IV /
8
. _._ . ~1_1_1 _._~ ,- T ... . I
HORIZONTAL INTEGRIERT
.~ !+"'"
~ ~
0
. -4 . I I
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
LAST CHNl
BILD: 27 WAND 4 VERGLEICH: GEMESSENE - INTEGRIERTE MITTENDURCHBIEGUNG
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DURCHBIEGUNG [MMl 32
. t GEMESSEN
. 28
24
t VERTIKAL INTEGRIERT
20
~ J. 'I
7 16
7 1
12
j /
8
,. / ~ ~
HORIZONTAL INTECRIE~
~ ~
~ ~
~ 0
I I --. • o.oo 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 1..00
LAST (MNl
BILD: 28 WAND 5 VERGLEICH: GEMESSENE - INTEGRIERTE MITTENDURCHBIEGUNG
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Da die entstehenden Risse die Wände überwiegend in vertikaler Richtung
durchqueren, weisen die getrennt nach horizontaler und vertikaler Rich
tung durch Integration bestimmten Biegeflächen in gleichen Meßpunkten
unterschiedliche rechnerische Durchbiegungen auf. Für die Wände W 3 bis
W 5 sind die aus den Krümmungen entlang der beiden Wandsymmetrieachsen
errechneten Mittendurchbiegungen den gemessenen Werten in den Bildern 26
bis 28 gegenübergestellt. Während die "vertikal integrierten" Durchbie
gungen insbesondere für die Wände W 4 und W 5 gut mit den wirklichen Ver
schiebungen übereinstimmen, weisen die "horizontal inte3rierten" Durch
biegungen mit fortschreitender Rißausbildung für die unbewehrten \Yände
4 und 5 beträchtliche Abweichungen gegenüber den Meßwerten auf. Für
Wand W 3 sind die beiden errechneten Durchbiegungsverläufe weitgehend iden
tisch. Damit wird ähnlich wie aus den gezeigten Hauptdehnungen und Riß
bildern ersichtlich, daß bereits die vorhandene schwache Bewehrung zu
einer gleichmäßigeren und effektiveren Querschnittsausnutzung der Wand
beitragen kann.
5.2. Ergebnisse der Versuche an Wandstreifen
Zur experimentellen Ermittlung der Quertragfähigkeit der geprüften Wände
wurde die Rruchlast der in Abschnitt 4.2 genannten Wandstreifen einen Tag
nach Durchführung des Hauptversuches mittels einer 600 Mp-Stützenpresse
bestimmt (vgl. Bilder 29a und 29b). Die Ergebnisse dieser für die Wände
W 2 bis W 5 durchgeführten Nebenversuche sind in Tabelle JJ zusammengestellt.
G .. ß +) Wandstreifen ro e NW2 NW3 NW4
b [mm] 500 500 500
d [mm] 100 78,6 80,6 s
h/d 30 38,2 37,2 s
e/d s
0,2 0,19 0,20
tot [%] 0,31 0,39 unbewehrt
F [MN] u
0,270 0,140 o, 150
f 0,212 0,149 0,186 u
wo 80 [mm] 7,3 8,7 7,3 '
+) Bezeichnungen siehe Erläuterungen zu Tabelle 10
Tabelle 11: Ergebnisse der Versuche an Wandstreifen
NW5
500
105,0
28,6
o, 19
0,255
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8,0
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- 60 -
Bild 29 a Bild 29 b
Wandstreifen NW 2 im Bruchzustand
Da zur Zeit für unterschiedliche Ausmittenverläufe hinsichtlich der zu er
wartenden Bruchlast kein theoretisch und experimentell abgesichertes Ver
gleichskriterium besteht. sind für die Wandstreifen NW 3 bis NW 5 zwei ver
schiedene Definitionen auf die Berechnung der konstanten Ausmitten angewen
det worden.
I. Die Arbeit der äußeren Lasten soll entlang der entstehenden Verformungen
bei parabolischem und konstantem Ausmittenverlauf gleich sein.
2. Die über die Wandbreite bestimmten Momentensummen der bei parabolischem
und konstantem Ausmittenverlauf angreifenden Vertikallasten soll gleich
sein (diese Definition ist identisch mit der in Abschnitt 4.3 angegebenen
Voraussetzung zur Berechnung der Parabelfunktion der Wandausmitten).
Auf der Grundlage der ersten Definition sind mit Hilfe eines Finite-Element
Programms elastische Vergleichsberechnungen durchgeführt worden. Im Falle
der Wand W 3 ergibt sich hiernach mit den in Tabelle 10 angegebenen Parame
tern eine konstante Vergleichsausmitte von e/d = o. 90 • (max e/d ) = o.I94. s w Für den Wandstreifen NW 3 wurde die Einhaltung der aus diesem Parameter re-
sultierenden Exzentrizität von e e 0,194 • 78,6 a 15,25 mm angestrebt.
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- 61 -
Ein Vergleich der bezogenen Bruchlasten f = tot F /(b • d • ß ) zeigte u u p
nach Durchführung der Versuche, daß die Tragfähigkeit der Wand durch ihre
vertikale Lagerung auf den 2,7-fachen Wert der z~eiseitig gelagerten Wand
an~ächst (vgl. Tabelle 10; der Einfluß der unterschiedlichen Schlankheiten
h/d = 34,6 und h/d = 38,2 ist bei der Berechnung des Vergleichswertes w s nicht berücksichtigt). Die Tragfähigkeitszunahme schien recht groß gegen-
über dem für Wand W 2 gefundenen Wert von f /f = 1,69 zu sein. Um für . u,w u,s
die unbewehrten Wände W 4 und W 5 bezüglich ihres Quertragvermögens "auf
der sicheren Seite" liegende Versuchsergebnisse zu erhalten, wurde die
zweite Definition des Vergleichskriteriums der Berechnung der konstanten
Ersatzausmitten für Wandstreifen NW 4 und NW 5 zugrunde gelegt. Die in Ta
belle 11 angegebenen bezogenen Ist-Ausmitten stimmen daher gut mit den in
Tabelle 10 aufgeführten konstanten Vergleichsausmitten ek/dw überein. Die
se Berechnungsmethode ergab eine Verringerung der Exzentrizität um ca.
25 7. gegenüber dem entsprechenden nach der ersten Definition ermittelten
Wert. Trotz der damit verbundenen Vergrößerung der Stützenbruchlast läßt
der Vergleichsfaktor f /f für die Wände W 4 und W 5 auf eine Verdop-u,~ u,s
pelung ihrer Tragfähigkeit gegenüber gleichartigen z~eiseitig gelagerten
Wänden schließen, vgl. Tabelle 10.
Die 1n den Viertelspunkten der Wandstreifen gemessenen Durchbiegungen sind
für NW 2, NW 4 und NW 5 in Abhängigkeit von der Last grafisch wiedergege
ben, vgl. Bild 30.
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BILD 30 NEBENVERSUCHE ZU WAND W2,W4,W5. LAST-VERFORMUNGBEZIEHUNG
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- 63 -
6. Zusammenfassung und Ausblick
Fünf Versuche an vierseitig gelenkig gelagerten Betonwänden wurden zur ex
perimentellen Ermittlung des Trag- und Verformungsverhaltens durchgeführt.
Neben der Bestimmung der Bruchlasten wurden Dehnungen auf der Betonober
fläche sowie Durchbiegungen und Randverdrehungen gemessen. Ebenso wie Form
und Verlauf der Bruchlinie wurde die Entwicklung der Risse grafisch fest
gehalten. Der Bruchablauf ist mit Hilfe einer VIDEO-Fernsehanlage aufge
zeichnet worden. Zur experimentellen Quantifizierung der durch die verti
kale Wandlagerung hervorgerufenen Zunahme der Bruchlast sind als Vergleichs
körper 50 cm breite Wandstreifen erstellt worden, deren Bruchlast jeweils
einen Tag nach Durchführung des Hauptversuches ermittelt wurde.
Um für die Entwicklung und Überprüfung von Berechnungsmodellen zuverlässige
Versuchsdaten zu gewinnen, war die Einhaltung eindeutiger Belastungs- und
Lagerungsbedingungen angestrebt. Zu diesem Zweck wurde ein aufwendiger Ver
suchsstand konstruiert, der die Durchführung von Versuchen an "Navier-gela
gerten" Betonwänden mit praxisnahen Abmessungen erlaubte. Die Bereiche
"Lagerung -'Lasteinleitung- Prüfling" sind dabei konstruktiv voneinander
getrennt.
Als Ergebnis der Versuche sind Durchbiegungen und Dehnungen in Abhängigkeit
von der Last grafisch dargestellt und ausführlich kommentiert. Alle wesent
lichen Werkstoffkenngrößen sind in tabellarischer Form wiedergegeben.
Es wird festgestellt, daß auch bei unbewehrten Wänden e~n großes Quertrag
vermägen zu verzeichnen ist. Die vertikale Lagerung der Wände erhöht beim
vorliegenden Seitenverhältnis h/b = 1,0 ihr Tragvermögen auf etwa das Dop
pelte der zweiseitig gelagerten Wand. Ein signifikanter Einfluß der Wand
schlankheit auf das Quertragvermögen ist den vorliegenden Ergebnissen nicht
zu entnehmen.
Bereits eine geringe, symmetrisch angeordnete Bewehrung führt deutlich zu
einer feineren Rißverteilung als sie bei unbewehrten Wänden gegeben ist.
Die Hauptrisse durchqueren die Wandzugseite ausschließlich in vertikaler
Richtung (Aufreißen der Querschnitte in normalkraftfreier Querrichtung).
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Auch nach dem ersten Auftreten von breiten, vertikal über die ganze Wand
verlaufenden Rissen ist bei allen geprüften Wänden eine weitere Belastungs
zunahme um bis zu 30 7. des Bruchlastwertes möglich. Da dieser Lastbereich
oberhalb der Bruchlast einer gleichartigen zweiseitig gehaltenen Wand liegt,
ist es offensichtlich möglich, daß trotz der Vertikalrisse noch große Last
anteile zu den vertikalen Lagern hin abgetragen werden.
Der Bruch tritt schlagartig in Form einer Bruchlinie auf. Bei weitgehend
idealen Lagerungsbedingungen ähnelt der Verlauf der Bruchlinie den aus der
Fließgelenktheorie bekannten Fließgelenklinien.
Vor Durchführung der Versuche erfolgte auf der Grundlage eines von STORKEBAUM
[28] entwickelten Rechenmodells ein rechnerisch-theoretisches Studium zur
Festlegung geeigneter Versuchsparameter. Daneben sind mit Hilfe eines Finite
Element-Rechenprogramms Berechnungen mit dem Ziel ausgeführt worden (geome
trisch und physikalisch linear), näherungsweise den Einfluß der Wandkonsolen
und der konstruktiven Randbewehrung auf das Verformungsverhalten der Wände
zu erfassen. Um die Tragfähigkeit exzentrisch auf Achsdruck beanspruchter .
Stützen mit dem Tragvermögen vierseitig gelagerter Wände bei veränderlichem
Ausmittenverlauf vergleichen zu können, sind darüber hinaus erste rechneri
sche Untersuchungen zur Ermittlung geeigneter Vergleichskriterien durchge
führt worden. Ein umfassendes rechnerisches Studium aller für das Tragverhal
ten der Wände als wichtig erscheinenden Parameter war aus finanziellen Grün
den nicht möglich. Da die aus den bisherigen Berechnungen gewonnenen Erkennt
nisse noch nicht hinreichend abgesichert sind, wurde im vorliegenden Bericht
auf ihre Darstellung verzichtet.
Die Versuchsergebnisse zeigen, daß entgegen den z. Z. herrschenden Vorstellun
gen vom Tragverhalten unbewehrter, vierseitig gelagerter Betonwände eine
Lastabtragung über die durch Risse geschwächten Querschnitte zu den vertika
len Rändern hin auch nach dem Auftreten breiter, durchgehender Vertikalrisse
möglich bleibt. Eine statistische Absicherung dieser Aussage ist jedoch in
folge der geringen Anzahl der bisher durchgeführten Versuche nicht möglich.
Neben einer eingehenden rechnerisch-theoretischen Untersuchung zum Tragver
halten von Betonwänden, in der die vorliegenden Versuchsergebnisse zur Riß
bildung, dem Verzerrungszustand und dem Bruchverhalten berücksichtigt werden
sollten, ist die Durchführung weiterer Versuche erforderlich, um Erkenntnisse
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- 65 -
über den Einfluß der folgenden Parameter auf das Trag- und Verformungsverhal
ten der Wände zu gew1nnen:
- Betonzugfestigkeit
- Schlankheit h/d
- Seitenverhältnis h/b
- Form des Ausmittenverlaufes; Größe e/d der bezogenen
Exzentrizitäten
- dreiseitige Lagerung der Wand
- vertikaler Schwindriß bei unbewehrten und schwach
bewehrten Wänden
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- 66 -
A n 1 a g e
Seite
Konstruktion des Versuchsstandes • • • • • • • • • • . • . • • 68
Anordnung der Meßwertaufnehmer . . • • • . . • • . . • • . • • 72
Lastverteilung entlang der Wandbreite 75
Versuchsergebnisse • . . • • • 80
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- 67 -
Verzeichnis der Bilder 1m Anhang
Bild-Nr.
A 1
A 2
A 3
A 4
A 5
A 6
A 7
A 8 - A 12
A 13 - A 22
A 23 - A 32
A 33 - A 37
A 38 - A 40
A 41 - A 45
A 46 - A 48
Bezeichnung
Versuchskörper und Belastungskonstruktion
Schnitte: Versuchskörper und Belastungskonstruktion • • • • • • • • • • • • . •
Schnitte: Versuchskörper und Lagerung . . Vertikale und horizontale Lagerung. . . . Anordnung der DMS auf der Wandoberfläche
Anordnung der Meßpunkte zur Durchbiegungs-messung . . . . . . . . . . . . . . . . . Anordnung der Meßpunkte zur Setzdehnungs-
. .
. .
. .
. .
mes sung . . . . . . . . . . . . . . . . . . •
Lastverteilung entlang ·der Wandbreite
Gemessene Dehnungen und Durchbiegungen in Abhängigkeit von der Gesamtlast ••••.
Lastabhängige Veränderung der Hauptdehnungen
Lastabhängiger Verlauf der gemessenen Durchbiegungen entlang ausgezeichneter Schnitte
Rißentwicklung
Rißbilder und Hauptdehnungen im Bruchlast-hereich •
Lastabhängiger Verlauf der aus Dehnungen errechneten Krümmungen und Durchbiegungen ent-
Seite
68
69
70
71
72
73
74
75 - 79
80 - 89
90 - 99
100 - 104
105 - 107
108- 112
lang ausgezeichneter Schnitte •••••••• 113- 115
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Ansicht : Versuchskörper und Belastungskonstruktion http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
ANSICHT C- C
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SCHI~ITT B - B
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Bild A2
Schnitte: Versuchskörper und Belastungskonstruktion http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015
SCHNITT E -E
Bild A 3
- 70 -
DETAIL: LAGERUNG
LUKAS -PRESSE
HZG 280/220/100
MITTELFLÄCHE
Schnitte : Versuchskörper und Lagerung
SCHNITT 0-0
SPANNSTANGE f32
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Bild A4
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VERTIKALLAGER
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Anordnung der DMS bei Wand 2
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Anordnung der DMS bei Wand 3-5
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Bild A 5 · Anordnung der DMS auf der Wandoberfläche
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Ansicht Druckseite
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BEl WAND 1
0 = Durchbiegung der Wand
ANORDNUNG DER 11100 -UHREN
BEl WAND 2
0 = Durchbiegung der Wand
Et> = Randverdrehung, gemessen
·mit 2 Uhren
® = Durchbiegung des unteren
I PB 200 -lagert rägers
ANORDNUNG DER INDUKTIVEN
WEGGEBER BEl WAND 3-5
0-= Durchbiegung der Wand
EF> = Randverdrehung, gemessen
mit 2 Gebern
® = Durchbiegung der IPB 200-
lagerträger (Mo~ n cm)
Bild A 6 : Anordnung der Meßpunkte zur Durchbiegungsmessung
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Ansicht Zugseite
Ansicht Zugseite
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Ansicht Zug seile
WA N 0 1
~ Setzdehnungsmessung
Meßbasis = 200 mm
11100 -Uhr
WAND 2
WAND 3-5
Punkt @
(MaDt in cm)
Bild A 7 · Anordnung der Meßpunkte zur Setzdehnungs
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- 7 5 -
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342.7
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179.4 1S9.L 159.2 149.2 139.0
119.4
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ANSICHT DRUCKSEITE
BILD A12 WAND 5 LASTVERTEILUNG ENTLANG DER VANDBREITE.
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BILD A40 WAND 5 BELASTUNGSRICHTUNG
RISSENT\IICKLUNG. GESAMTLAST DER LASTSTUFEN L10 BIS L15 VGL. BILD A45
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BELASTUNGSRICHTUNG
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BILD A41 WAND 1 IM BRUCH-LASTBEREICH RISSBILDER UNO HAUPTDEHNUNGEN
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ZUGSEITE
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BILD A42 WAND 2 IM BRUCHLASTBEREICH RISSBILDER UND HAUPTDEHNUNGEN
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BELASTUNGSRICHTUNG
DEHNUNGSMASZSTAB [o/ool : 1'1'1'1'1'1'1'1'1 . ' . , ' <-> : ZUG >-< : DRUCk
BILD A44 WAND 4 IM BRUCHLASTBEREICH RISSBILDER UND HAUPTDEHNUNGEN
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ZUGSEITE
LASTSTUFE GESAMTLAST
L10 1.80 MN L11 2.09 -L12 2.39 -L13 2.52 -L1' 2.G7 -L15 2.82 -BRUCH 3 • .(0 -
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BELASTUNGSRICHTUNG
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DEHNUNGSMASZS'J:AB [ o/oo l : 1'1'1'1'1'1'1'1'1
<-> : zuc >-< : DRUCK
BILD A45 WAND 5 IM BRUC~LASTBERE~CH RISSBILDER UND HAUPTDEHNUNGEN
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LASTABHAENGIGER VERLAUF DER AUS DEHNUNGEN ERRECHNETEN KRUEMMUNGEN UND DURCHBIEGUNGEN ENTLANG AUSGEZEICHNETER SCHNITTE
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LASTABHAENGIGER VERLAUF DER AUS DEHNUNGEN ERRECHNETEN KRUEMMUNGEN UNO DURCHBIEGUNGEN ENTLANG AUSGEZEICHNETER SCHNITTE
http://www.digibib.tu-bs.de/?docid=00058438 16/01/2015