Druckglieder - Bemessung: Unterschied zwischen den Versionen

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== Symmetrisch bewehrte Bauteile durch einachsige Biegung und Längskraft beansprucht ==


Für die Bemessung von Druckgliedern werden bevorzugt Interaktionsdiagramme als Bemessungshilfsmittel herangezogen. Diese Interaktionsdiagramme gelten für symmetrisch bewehrte Querschnitte unter Biegung und Längskraft, wobei die Bewehrung aus der Beziehung zwischen Moment und Normalkraft ermittelt wird.
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Druckglieder werden bei meist wechselseitig wirkenden Momenten üblicherweise symmetrisch bewehrt. Das Interaktionsdiagramm beruht auf den Identitätsbeziehungen: die einwirkenden Schnittgrößen entsprechen den Widerständen. Beim überdrückten Querschnitt (nur Druckspannungen und eine außerhalb des Querschnitts liegende Dehnungs-Nulllinie) eines horizontal gelagerten Balkens ergäbe dies


<math>\Sigma H=0:{{N}_{Ed}}=-\left| {{F}_{cd}} \right|-\left| {{F}_{s1d}} \right|-\left| {{F}_{s2d}} \right|</math>
==Klassifizierung==


(der einwirkenden Normalkraft wirkt die Betondruckkraft und die Stahldruckkraft der beiden Bewehrungslagen oben und unten entgegen)<br /><br />
Druckglieder sind stabförmige Bauteile mit [[Überwiegend längskraftbeanspruchter Querschnitt|überwiegend längskraftbeanspruchtem Querschnitt]].


und
== Symmetrisch bewehrte Bauteile durch einachsige Biegung und Längskraft beansprucht ==


<math>\Sigma M=0:{{M}_{Ed}}=\left| {{F}_{cd}} \right|\cdot \frac{h}{2-a}-\left| {{F}_{s1d}} \right|\cdot \frac{h}{2-{{d}_{1}}}+\left| {{F}_{s2d}} \right|\cdot \frac{h}{2-{{d}_{2}}}</math>
Für die Bemessung von Druckgliedern werden bevorzugt Interaktionsdiagramme als Bemessungshilfsmittel herangezogen. Diese Interaktionsdiagramme gelten für symmetrisch bewehrte Querschnitte unter Biegung und Längskraft, wobei die Bewehrung aus der Beziehung zwischen Moment und Normalkraft ermittelt wird.
Druckglieder werden bei meist wechselseitig wirkenden Momenten üblicherweise symmetrisch bewehrt. Das Interaktionsdiagramm beruht auf den Identitätsbeziehungen: die einwirkenden Schnittgrößen entsprechen den Widerständen. Beim überdrückten Querschnitt (nur Druckspannungen und eine außerhalb des Querschnitts liegende Dehnungs-Nulllinie) eines horizontal gelagerten Balkens ergäbe dies<br /><br />
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|<math>\Sigma H=0:{{N}_{Ed}}=-\left| {{F}_{cd}} \right|-\left| {{F}_{s1d}} \right|-\left| {{F}_{s2d}} \right|</math>
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(der einwirkenden Normalkraft wirkt die Betondruckkraft und die Stahldruckkraft der beiden Bewehrungslagen oben und unten entgegen)<br />


und
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|<math>\Sigma M=0:{{M}_{Ed}}=\left| {{F}_{cd}} \right|\cdot \frac{h}{2-a}-\left| {{F}_{s1d}} \right|\cdot \frac{h}{2-{{d}_{1}}}+\left| {{F}_{s2d}} \right|\cdot \frac{h}{2-{{d}_{2}}}</math>
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(dem einwirkenden Moment wirken die Betondruckkraft und die Stahlkräfte jeweils multipliziert mit ihren Hebelarmen entgegen).<br /><br />
(dem einwirkenden Moment wirken die Betondruckkraft und die Stahlkräfte jeweils multipliziert mit ihren Hebelarmen entgegen).<br /><br />


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Mit <math>{{F}_{cd}}={{\alpha }_{v}}\cdot h\cdot b\cdot {{f}_{cd}}</math>
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ergibt sich
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Bezogen auf die Betonfestigkeit und die Abmessungen erhält man
Bezogen auf die Betonfestigkeit und die Abmessungen erhält man


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|<math>{{\nu }_{Ed}}=-{{\alpha }_{v}}-{{\rho }_{1\cdot }}\cdot \frac{\left| {{\sigma }_{s1d}} \right|}{{{f}_{cd}}}-{{\rho }_{2}}\cdot \frac{\left| {{\sigma }_{s2d}} \right|}{{{f}_{cd}}}</math>
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|<math>{{\nu }_{Ed}}=\frac{{{N}_{Ed}}}{b\cdot h\cdot {{f}_{cd}}}</math>
 
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und den Längsbewehrungsgraden<br />  


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Der mechanische Bewehrungsgrad als Verhältnis von der Bewehrung aufnehmbaren Normalkraft zu der von dem Beton aufnehmbaren Normalkraft beschreibt sich zu
Der mechanische Bewehrungsgrad als Verhältnis von der Bewehrung aufnehmbaren Normalkraft zu der von dem Beton aufnehmbaren Normalkraft beschreibt sich zu


 
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<math>{{\omega }_{i}}={{\rho }_{i}}\cdot \frac{{{f}_{yd}}}{{{f}_{cd}}}</math>
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Eingesetzt in die Gleichung für die bezogene Normalkraft ergibt sich
Eingesetzt in die Gleichung für die bezogene Normalkraft ergibt sich


 
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<math>{{\nu }_{Ed}}=-{{\alpha }_{v}}-{{\omega }_{1\cdot }}\cdot \frac{\left| {{\sigma }_{s1d}} \right|}{{{f}_{yd}}}-{{\omega }_{2}}\cdot \frac{\left| {{\sigma }_{s2d}} \right|}{{{f}_{yd}}}</math>
|<math>{{\nu }_{Ed}}=-{{\alpha }_{v}}-{{\omega }_{1\cdot }}\cdot \frac{\left| {{\sigma }_{s1d}} \right|}{{{f}_{yd}}}-{{\omega }_{2}}\cdot \frac{\left| {{\sigma }_{s2d}} \right|}{{{f}_{yd}}}</math>
 
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So gilt außerdem mit dem auf Abmessung und Betonfestigkeit bezogenen Moment <math>{{\mu }_{Ed}}=\frac{{{M}_{Ed}}}{b\cdot {{h}^{2}}\cdot {{f}_{cd}}}</math> und der Gleichung oben aus <math>\Sigma M=0</math>
So gilt außerdem mit dem auf Abmessung und Betonfestigkeit bezogenen Moment <math>{{\mu }_{Ed}}=\frac{{{M}_{Ed}}}{b\cdot {{h}^{2}}\cdot {{f}_{cd}}}</math> und der Gleichung oben aus <math>\Sigma M=0</math>


 
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<math>{{\mu }_{Ed}}={{\alpha }_{v}}\cdot \left( \frac{1}{2}-{{k}_{a}} \right)-{{\omega }_{1}}\cdot \frac{\left| {{\sigma }_{s1d}} \right|}{{{f}_{yd}}}\cdot \left( \frac{1}{2}-\frac{{{d}_{1}}}{h} \right)+\omega 2\cdot \frac{\left| {{\sigma }_{s2d}} \right|}{{{f}_{yd}}}\cdot \left( \frac{1}{2}-\frac{{{d}_{2}}}{h} \right)</math>
|<math>{{\mu }_{Ed}}={{\alpha }_{v}}\cdot \left( \frac{1}{2}-{{k}_{a}} \right)-{{\omega }_{1}}\cdot \frac{\left| {{\sigma }_{s1d}} \right|}{{{f}_{yd}}}\cdot \left( \frac{1}{2}-\frac{{{d}_{1}}}{h} \right)+\omega 2\cdot \frac{\left| {{\sigma }_{s2d}} \right|}{{{f}_{yd}}}\cdot \left( \frac{1}{2}-\frac{{{d}_{2}}}{h} \right)</math>
 
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<math>{{k}_{a}}=\frac{6}{7}\cdot \frac{441-64\cdot {{\left( \left| {{\varepsilon }_{c2}} \right|-2 \right)}^{2}}}{756-64\cdot \left( \left| {{\varepsilon }_{c2}} \right|-2 \right)}</math>
|<math>{{k}_{a}}=\frac{6}{7}\cdot \frac{441-64\cdot {{\left( \left| {{\varepsilon }_{c2}} \right|-2 \right)}^{2}}}{756-64\cdot \left( \left| {{\varepsilon }_{c2}} \right|-2 \right)}</math>
 
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Vereinfachend sind für die Bemessung mit dem Interaktionsdiagramm die Eingangsgrößen <math>{{\mu }_{Ed}}~</math> und <math>{{\nu }_{Ed}}~</math> notwendig. Außerdem gilt es, die richtige Tafel in Abhängigkeit von <math>\frac{{{d}_{i}}}{h}</math> zu wählen oder gegebenenfalls zu interpolieren. Der damit ermittelte mechanische Bewehrungsgrad ist gleichmäßig auf die Bewehrungslagen zu verteilen.<br />
Vereinfachend sind für die Bemessung mit dem Interaktionsdiagramm die Eingangsgrößen <math>{{\mu }_{Ed}}~</math> und <math>{{\nu }_{Ed}}~</math> notwendig. Außerdem gilt es, die richtige Tafel in Abhängigkeit von <math>\frac{{{d}_{i}}}{h}</math> zu wählen oder gegebenenfalls zu interpolieren. Der damit ermittelte mechanische Bewehrungsgrad ist gleichmäßig auf die Bewehrungslagen zu verteilen.<br />
Es ist darauf zu achten, dass die Normalkraft situationsabhängig sowohl günstig als auch ungünstig einwirken kann. Die zugehörigen Bemessungskombinationen sind demnach beide zu verwenden, um für beide Fälle die Bewehrungsmenge zu ermitteln und dann selbstverständlich die größere anzuordnen.<br />
Es ist darauf zu achten, dass die Normalkraft situationsabhängig sowohl günstig als auch ungünstig einwirken kann. Die zugehörigen Bemessungskombinationen sind demnach beide zu verwenden, um für beide Fälle die Bewehrungsmenge zu ermitteln und dann selbstverständlich die größere anzuordnen.<br />
Bei gedrungenen Stützen besteht bei mittiger Druckbelastung keine Knickgefahr und es genügt ein vereinfachter Nachweis ohne Berücksichtigung der Einwirkungen nach Theorie II. Ordnung. <br />
Bei [[Schlankheit|gedrungenen]] Stützen besteht bei mittiger Druckbelastung keine Knickgefahr und es genügt ein vereinfachter Nachweis ohne Berücksichtigung der Einwirkungen nach [[Theorie II. Ordnung|Theorie II. Ordnung]]. <br />
Die Bemessung schlanker Stützen erfordert eine weiterführende Betrachtung in Hinblick auf den Schnittgrößenzuwachs.<br />
Die Bemessung [[Schlankheit|schlanker]] Stützen erfordert eine weiterführende Betrachtung in Hinblick auf den Schnittgrößenzuwachs.<br />
Mittig gedrückte Stützen ohne Momentenbeanspruchung sind stets mit einer Mindestausmitte von <math>{{e}_{0}}=\max \{h/30;20mm\}</math> anzusetzen. Demnach ist von einer Momentenbeanspruchung auszugehen. Bei schlanken Stützen, die ohnehin nach Theorie II. Ordnung zu bemessen sind, gilt diese Bestimmung nicht.
Mittig gedrückte Stützen ohne Momentenbeanspruchung sind stets mit einer Mindestausmitte von <math>{{e}_{0}}=\max \{h/30;20mm\}~</math> anzusetzen. Demnach ist von einer Momentenbeanspruchung auszugehen. Bei schlanken Stützen, die ohnehin nach Theorie II. Ordnung zu bemessen sind, gilt diese Bestimmung nicht.




== Unbewehrte Druckglieder ==
== Unbewehrte Druckglieder ==


Als unbewehrt gelten Stützen, wenn sie einen Bewehrungsgrad kleiner der Mindestbewehrung aufweisen. Es gilt eine maximal zulässige Betongüte von C35/45.<br />
Als unbewehrt gelten Stützen, wenn sie einen Bewehrungsgrad kleiner der [[Mindestbewehrung|Mindestbewehrung]] aufweisen. Es gilt eine maximal zulässige Betongüte von C35/45.<br />
Ab einer Schlankheit von <math>\lambda \ge 8,5</math> sind unbewehrte Druckbauteile stets als schlank anzusehen (bei zweiseitig gehaltenen Druckglieder auch <math>{{l}_{col}}/h<2,5</math>), eine Bemessung nach Theorie II. Ordnung ist also üblicherweise erforderlich.  
Ab einer Schlankheit von <math>\lambda \ge 8,5</math> sind unbewehrte Druckbauteile stets als schlank anzusehen (bei zweiseitig gehaltenen Druckglieder auch <math>{{l}_{col}}/h<2,5</math>), eine Bemessung nach Theorie II. Ordnung ist also üblicherweise erforderlich.  
Es gelten folgende Bedingungen für die Ausführung unbewehrter Stützen oder Wände:<br /><br />
Es gelten folgende Bedingungen für die Ausführung unbewehrter Stützen oder Wände:<br /><br />
- <math>\lambda \le 85</math> und<br />
- <math>{{l}_{w}}/{{h}_{w}}\le 25</math> für Pendelstützen und zweiseitig gehaltene Wände.<br /><br />


Die Knicklänge des Druckglieds berechnet sich wie gehabt:
- <math>\lambda \le 85</math><br /><br />


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<math>{{l}_{0}}=\beta \cdot {{l}_{w}}</math>
- <math>{{l}_{w}}/{{h}_{w}}\le 25</math> für Pendelstützen und zweiseitig gehaltene Wände.<br /><br />
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Die [[Knicklänge/Ersatzstablänge|Knicklänge]] des Druckglieds berechnet sich wie gehabt:
 
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|<math>{{l}_{0}}=\beta \cdot {{l}_{w}}</math>
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β – dem Knickbeiwert.<br /><br />
|<math>{{l}_{w}}</math> - der Länge des Druckglieds
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|β – dem Knickbeiwert.
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Als Duktilitätskriterium gilt eine Höchstausmitte von <math>{{e}_{d}}<0,4h</math>, ermittelt aus der maßgebenden Einwirkungskombination und den berücksichtigten Zusatzausmitten der Imperfektion und der Theorie II. Ordnung. Dadurch wird nie ein Versagen ohne Vorankündigen eintreten.<br /><br />
Als Duktilitätskriterium gilt eine Höchstausmitte von <math>{{e}_{d}}<0,4h</math>, ermittelt aus der maßgebenden Einwirkungskombination und den berücksichtigten Zusatzausmitten der Imperfektion und der Theorie II. Ordnung. Dadurch wird nie ein Versagen ohne Vorankündigen eintreten.<br /><br />
Der Nachweis wird geführt mit
Der Nachweis wird geführt mit<br />
 
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<math>{{N}_{Rd,\lambda }}=b\cdot h\cdot {{f}_{cd,pl}}\cdot \Phi </math>
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<math>\Phi =1,14\cdot (1-\frac{2{{e}_{tot}}}{h})-0,02\cdot \frac{{{l}_{0}}}{h}</math><br />
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|-
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<math>{{e}_{i}}</math> - der ungewollten Ausmitte, es darf angenommen werden: <math>{{e}_{i}}=\frac{{{l}_{0}}}{400}</math>
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|<math>{{\gamma }_{c}}</math> || = || <math>1,5~</math>
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|<math>{{e}_{0}}</math> || - || der Ausmitte nach Theorie I. Ordnung
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Der Faktor <math>\varphi </math> berücksichtigt hierbei auf vereinfachende Art und Weise die Auswirkungen nach Theorie II. Ordnung.
Der Faktor <math>\varphi </math> berücksichtigt hierbei auf vereinfachende Art und Weise die Auswirkungen nach Theorie II. Ordnung.
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== Symmetrisch bewehrte Bauteile durch zweiachsige Biegung und Längskraft beansprucht ==
== Symmetrisch bewehrte Bauteile durch zweiachsige Biegung und Längskraft beansprucht ==
Die Bemessung erfolgt bei zu vernachlässigender Einwirkung nach Theorie II. Ordnung mit einem ähnlichen Interaktionsdiagramm wie für einachsige Biegung. Die bezogenen Schnittgrößen sind wie bekannt<br />
<math>\begin{array}{l}{{\nu }_{Ed}}=\frac{{{N}_{Ed}}}{b\cdot h\cdot {{f}_{cd}}}\\{{\mu }_{1}}=\max \{{{\mu }_{Ed,y}};{{\mu }_{Ed,z}}\}\\{{\mu }_{2}}=\min \{{{\mu }_{Ed,y}};{{\mu }_{Ed,z}}\}\\{{\mu }_{Ed,y}}=\frac{\left| {{M}_{Ed,y}} \right|}{b\cdot {{h}^{2}}\cdot {{f}_{cd}}}\\{{\mu }_{Ed,z}}=\frac{\left| {{M}_{Ed,z}} \right|}{b{}^\text{2}\cdot h\cdot {{f}_{cd}}}\end{array}</math>
Weitere Eingangsgrößen sind das Verhältnis von <math>\frac{{{d}_{1}}}{h}</math> und <math>\frac{{{b}_{1}}}{b}</math>, wobei <math>{{b}_{1}}~</math> das Pendant zu <math>{{h}_{1}}~</math> in die andere Querschnittsrichtung darstellt. Nach Ermittlung des mechanischen Bewehrungsgrades gilt es diesen gleichmäßig auf die für das Interaktionsdiagramm erstellte Bewehrungsanordnung zu verteilen.
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==Quellen==
<references />
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{{Seiteninfo
|Quality-flag = [[File:quality-flag-white.gif|right|70px]]
|Status = Seite in Bearbeitung, es gibt Hinweise zur Verbesserung
}}
[[Kategorie:Grundlagen/Begriffe-Stahlbetonbau]]

Aktuelle Version vom 27. Oktober 2019, 18:25 Uhr


Klassifizierung

Druckglieder sind stabförmige Bauteile mit überwiegend längskraftbeanspruchtem Querschnitt.

Symmetrisch bewehrte Bauteile durch einachsige Biegung und Längskraft beansprucht

Für die Bemessung von Druckgliedern werden bevorzugt Interaktionsdiagramme als Bemessungshilfsmittel herangezogen. Diese Interaktionsdiagramme gelten für symmetrisch bewehrte Querschnitte unter Biegung und Längskraft, wobei die Bewehrung aus der Beziehung zwischen Moment und Normalkraft ermittelt wird. Druckglieder werden bei meist wechselseitig wirkenden Momenten üblicherweise symmetrisch bewehrt. Das Interaktionsdiagramm beruht auf den Identitätsbeziehungen: die einwirkenden Schnittgrößen entsprechen den Widerständen. Beim überdrückten Querschnitt (nur Druckspannungen und eine außerhalb des Querschnitts liegende Dehnungs-Nulllinie) eines horizontal gelagerten Balkens ergäbe dies

ΣH=0:NEd=|Fcd||Fs1d||Fs2d|

(der einwirkenden Normalkraft wirkt die Betondruckkraft und die Stahldruckkraft der beiden Bewehrungslagen oben und unten entgegen)

und

ΣM=0:MEd=|Fcd|h2a|Fs1d|h2d1+|Fs2d|h2d2

(dem einwirkenden Moment wirken die Betondruckkraft und die Stahlkräfte jeweils multipliziert mit ihren Hebelarmen entgegen).

Baustatik-Wiki

Mit

Fcd=αvhbfcd
αv=116189(|εc2|2)2
Fs1d=As1|σs1d|
Fs2d=As2|σs2d|

ergibt sich

NEd=αvhbfcdAs1|σs1d|As2|σs2d|


Bezogen auf die Betonfestigkeit und die Abmessungen erhält man

νEd=αvρ1|σs1d|fcdρ2|σs2d|fcd


mit der bezogenen Normalkraft

νEd=NEdbhfcd

und den Längsbewehrungsgraden

ρi=Asibh


Der mechanische Bewehrungsgrad als Verhältnis von der Bewehrung aufnehmbaren Normalkraft zu der von dem Beton aufnehmbaren Normalkraft beschreibt sich zu

ωi=ρifydfcd

Eingesetzt in die Gleichung für die bezogene Normalkraft ergibt sich

νEd=αvω1|σs1d|fydω2|σs2d|fyd

So gilt außerdem mit dem auf Abmessung und Betonfestigkeit bezogenen Moment μEd=MEdbh2fcd und der Gleichung oben aus ΣM=0

μEd=αv(12ka)ω1|σs1d|fyd(12d1h)+ω2|σs2d|fyd(12d2h)

mit

ka=6744164(|εc2|2)275664(|εc2|2)

εc2 - der Betonstauchung am oberen Bauteilrand.


Vereinfachend sind für die Bemessung mit dem Interaktionsdiagramm die Eingangsgrößen μEd und νEd notwendig. Außerdem gilt es, die richtige Tafel in Abhängigkeit von dih zu wählen oder gegebenenfalls zu interpolieren. Der damit ermittelte mechanische Bewehrungsgrad ist gleichmäßig auf die Bewehrungslagen zu verteilen.
Es ist darauf zu achten, dass die Normalkraft situationsabhängig sowohl günstig als auch ungünstig einwirken kann. Die zugehörigen Bemessungskombinationen sind demnach beide zu verwenden, um für beide Fälle die Bewehrungsmenge zu ermitteln und dann selbstverständlich die größere anzuordnen.
Bei gedrungenen Stützen besteht bei mittiger Druckbelastung keine Knickgefahr und es genügt ein vereinfachter Nachweis ohne Berücksichtigung der Einwirkungen nach Theorie II. Ordnung.
Die Bemessung schlanker Stützen erfordert eine weiterführende Betrachtung in Hinblick auf den Schnittgrößenzuwachs.
Mittig gedrückte Stützen ohne Momentenbeanspruchung sind stets mit einer Mindestausmitte von e0=max{h/30;20mm} anzusetzen. Demnach ist von einer Momentenbeanspruchung auszugehen. Bei schlanken Stützen, die ohnehin nach Theorie II. Ordnung zu bemessen sind, gilt diese Bestimmung nicht.


Unbewehrte Druckglieder

Als unbewehrt gelten Stützen, wenn sie einen Bewehrungsgrad kleiner der Mindestbewehrung aufweisen. Es gilt eine maximal zulässige Betongüte von C35/45.
Ab einer Schlankheit von λ8,5 sind unbewehrte Druckbauteile stets als schlank anzusehen (bei zweiseitig gehaltenen Druckglieder auch lcol/h<2,5), eine Bemessung nach Theorie II. Ordnung ist also üblicherweise erforderlich. Es gelten folgende Bedingungen für die Ausführung unbewehrter Stützen oder Wände:

- λ85

und

- lw/hw25 für Pendelstützen und zweiseitig gehaltene Wände.

Die Knicklänge des Druckglieds berechnet sich wie gehabt:

l0=βlw

mit

lw - der Länge des Druckglieds
β – dem Knickbeiwert.


Als Duktilitätskriterium gilt eine Höchstausmitte von ed<0,4h, ermittelt aus der maßgebenden Einwirkungskombination und den berücksichtigten Zusatzausmitten der Imperfektion und der Theorie II. Ordnung. Dadurch wird nie ein Versagen ohne Vorankündigen eintreten.

Der Nachweis wird geführt mit

NRd,λ=bhfcd,plΦ

mit

Φ = 1,14(12etoth)0,02l0h
0Φ12etoth
etot = e0+ei
fcd,pl = αcc,plfck/γc
αcc,pl = 0,7
γc = 1,5
e0 - der Ausmitte nach Theorie I. Ordnung
ei - der ungewollten Ausmitte, es darf angenommen werden: ei=l0400

Der Faktor φ berücksichtigt hierbei auf vereinfachende Art und Weise die Auswirkungen nach Theorie II. Ordnung.


Symmetrisch bewehrte Bauteile durch zweiachsige Biegung und Längskraft beansprucht

Die Bemessung erfolgt bei zu vernachlässigender Einwirkung nach Theorie II. Ordnung mit einem ähnlichen Interaktionsdiagramm wie für einachsige Biegung. Die bezogenen Schnittgrößen sind wie bekannt


νEd=NEdbhfcdμ1=max{μEd,y;μEd,z}μ2=min{μEd,y;μEd,z}μEd,y=|MEd,y|bh2fcdμEd,z=|MEd,z|b2hfcd

Weitere Eingangsgrößen sind das Verhältnis von d1h und b1b, wobei b1 das Pendant zu h1 in die andere Querschnittsrichtung darstellt. Nach Ermittlung des mechanischen Bewehrungsgrades gilt es diesen gleichmäßig auf die für das Interaktionsdiagramm erstellte Bewehrungsanordnung zu verteilen.


Quellen


Seiteninfo
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