Zwangsbeanspruchungen
Zwangsarten
Zwänge entstehen immer dann, wenn die Verformungen eines Bauteils behindert werden.
In der Fachliteratur wird in inneren und in äußeren Zwang unterschieden. Jedoch weichen die Definitionen teilweise voneinander ab. Eine Auswahl unterschiedlicher Auffassungen wird auf der Seite "Zwangsarten" dargestellt.
Unabhängig von der Art der Verformungsbehinderung lassen sich Zwänge auch anhand des Zeitpunktes ihres Auftretens in frühen und in späten Zwang unterscheiden.
Zwangsursachen
Zwänge können durch Temperaturdifferenzen im Bauteilquerschnitt infolge des Abfließens der Hydratationswärme entstehen. Zusätzlich dazu können Feuchtigkeitsänderungen im Bauteil durch das Schwinden des Betons Zwangsbeanspruchungen hervorrufen.
Temperaturänderungen im Tages- und Jahresverlauf und unterschiedliche Setzungen eines Bauteiles sorgen für weitere Zwänge.
Bauteile und Bauweisen mit wesentlichen Zwangsbeanspruchungen
Zwangsbeanspruchungen treten in unterschiedlicher Größe in allen Betonbauteilen auf. In Fundamenten bzw. Sohlplatten, Wänden und Decken sind die entstehenden Zwangsspannungen nicht zu vernachlässigen und können bei Nichtbeachtung zu Schäden führen.
In der Spannbetonbauweise wird der Spannstahl für eine bestimmte Kraft vorgespannt. Diese Vorspannung erzeugt eine Verformung des Bauteils. Aufgrund der unbestimmten Lagerung wird diese Verformung in statisch unbestimmten Systemen behindert. Aus diesem Grund müssen bei der Tragwerksbemessung zusätzlich Zwangsschnittgrößen berücksichtigt werden, die der Verformung entgegenwirken.
Eine weitaus größere Bedeutung haben die Zwangsbeanspruchungen in der integralen Bauweise. Durch das Fehlen von Lagern und Fugen können sich Zwänge nur geringfügig durch Verformungen abbauen und müssen konstruktiv aufgenommen werden.
Grundlagen der Bemessung bei Betonbauteilen
Sind die Zwangsspannungen in Betonbauteilen zu groß, führen sie zu Rissen. Die Breite dieser Risse ist nach der DIN EN 1992-1-1 mit einer Mindestbewehrung zu begrenzen. Um sich einen Überblick über die Größenordnung der rissbreitenbegrenzenden Bewehrung zu verschaffen, kann diese auch mithilfe von Diagrammen abgeschätzt werden.
besondere Behandlung ausgewählter Bauteile
Kann die Entstehung von spätem Zwang mit Sicherheit ausgeschlossen werden, dürfen die Zwangsschnittgrößen infolge frühen Zwangs abgeminderte werden.
Eine Verringerung der Zwangskraft ist in Sohlplatten mit ebener Unterseite bei einer Beanspruchung durch das Abfließen der Hydratationswärme möglich. Hierbei wird die Reibung in der Fuge zwischen der Sohlplatte und dem Boden ermittelt.
In Wänden darf bei der Ermittlung des Zwangs aus dem Abfließen der Hydratationswärme die Temperaturdifferenz zwischen der Wand und der angrenzenden Sohlplatte angesetzt werden.
Dies ist nur eine Empfehlung und dient als Ergänzung zu den Nachweisen der DIN EN 1992-1-1.
Beispiele und Vergleichsberechnungen
Um die Thematik der Zwangsbeanspruchungen zu veranschaulichen, wird die Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite am Beispiel einer Sohlplatte und einer Wand ermittelt.
Um die Auswirkung der verringerten Zwangsbeanspruchung zu verdeutlichen, wird jeweils eine Vergleichsberechnung zum oben genannten Beispiel der Sohlplatte und der Wand durchgeführt.
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