Praktische Umsetzung des Verfahrens der reduzierten Querschnitte zur "heißen" Bemessung von Stahlbetonstützen

In dieser Arbeit wird die praktische Umsetzung der vereinfachten Rechenverfahren nach DIN EN 1992-1-2 [12] zur heißen Bemessung von Stahlbetonstützen erläutert und anhand zahlreicher Anwendungsbeispiele verdeutlicht. Außerdem werden die Bemessungsergebnisse dieser Beispiele den Ergebnissen von verschiedenen, zum Teil alt bewährten Verfahren gegenübergestellt. Dazu wird zunächst das tabellarische Verfahren nach DIN 4102-22 [6] mit der erweiterten Tabelle 31 beschrieben und auf die Anwendungsgrenzen und Randbedingungen hingewiesen.

Im zweiten Teil dieser Arbeit gilt es die mechanischen und thermischen Einwirkungen und Materialeigenschaften zu erläutern um anschließend auf die Bemessungsverfahren der DIN EN 1992-1-2 [12] einzugehen. Dabei wird der Verfahrensablauf der tabellarischen Verfahren (Methode A und B) und der empirischen Gleichung zur Methode A, sowie das Bemessungsprinzip der 500°C-Isothermen-Methode, der Zonen-Methode und der allgemeinen Rechenverfahren umfassend beschrieben. Des Weiteren werden die Anwendungsgrenzen und Randbedingungen dieser Verfahren zusammenfassend dargestellt um anschließend die einzelnen Verfahren untereinander und mit dem tabellarischen Nachweis nach DIN 4102 zu vergleichen.

Der Kern dieser Arbeit besteht jedoch darin, die praktische Umsetzung der vereinfachten Rechenverfahren zu verdeutlichen. Dafür wird ein nichtlineares Nachweisverfahren für stabförmige Bauteile unter Längsdruck nach Theorie II. Ordnung beschrieben. Es wird gezeigt, wie dieses Verfahren auf eine Heißbemessung umzusetzen ist, und dass eine brandschutztechnische Bemessung mit den vereinfachten Rechenverfahren nach DIN EN 1992-1-2 [12], ohne Berücksichtigung der thermischen Dehnungen, keine akzeptablen Ergebnisse liefern kann. Allerdings handelt es sich bei diesem Nachweisverfahren nicht um eine gewöhnliche Bemessung mit dem Ergebnis einer erforderlichen Bewehrung, sondern um eine iterative Berechnung, bei der für die Bestimmung der Momenten-Krümmungs-Beziehung die Bewehrung im Voraus geschätzt werden muss.

Dieser Berechnungsablauf ist dadurch mit einem hohen Aufwand verbunden und nur mit entsprechender Software sinnvoll durchführbar. Deshalb wird im Rahmen dieser Arbeit ein Bemessungstool zur Heißbemessung von Stahlbeton-Kragstützen und -Pendelstützen erstellt und der Programmablauf in einem Struktogramm dargestellt. Anschließend werden die verschieden Verfahrensabläufe anhand von 14 Anwendungsbeispielen verdeutlicht und die Bemessungsergebnisse verglichen. Außerdem werden die Kragstützen nach dem "heißen Modellstützenverfahren" aus dem Nationalen Anhang zur DIN EN 1992-1-2 [12] brandschutztechnisch nachgewiesen und die Ergebnisse den Ergebnissen der vereinfachten Rechenverfahren gegenüber gestellt.

Der brandschutztechnische Nachweis von Stahlbetonstützen kann noch einige Jahre mit der erweiterten Tabelle 31 nach DIN 4102-22 [6] geführt werden und liefert nach den Vergleichsrechnungen dieser Arbeit auch gute Ergebnisse. Auch wenn die "heißen" Eurocodes mit ihren verbindlichen Nationalen Anhängen voraussichtlich im Jahre 2010 bauaufsichtlich eingeführt sind, sind durch den tabellarischen Nachweis mit der Tabelle 5.2a und der empirischen Gleichung 5.7 der DIN EN 1992-1-2 [12] zwei ähnliche Alternativen gegeben, so dass die Umstellung von der DIN 4102 auf die "heißen" Eurocodes mit relativ wenig Aufwand verbunden ist. Wenn jedoch Stahlbetonstützen nachzuweisen sind, die außerhalb der Anwendungsbereiche dieser Verfahren liegen, wie z.B. Kragstützen, wird eine brandschutztechnische Bemessung nach den vereinfachten oder den allgemeinen Rechenverfahren unumgänglich. Wobei nach dem Nationalen Anhang der DIN EN 1992-1-2 [12], der gegen Ende des Jahres veröffentlicht wird, von den vereinfachten Rechenverfahren nur die Zonen-Methode zugelassen wird.

In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die "heiße" Bemessung von Stahlbetonstützen nach den vereinfachten Rechenverfahren sich stark an die "kalten" Bemessungstheorien anlehnt und dadurch mit einem geringen Mehraufwand und unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen Materialeigenschaften in der Praxis leicht umsetzbar sind. Außerdem werden durchaus realistische Ergebnisse erzielt, die im Vergleich zu den allgemeinen Rechenverfahren auf der sicheren Seite liegen. Beim genauen Durchlesen dieser Arbeit wird deutlich, dass der Schritt zum allgemeinen Rechenverfahren, mit Ausnahme der thermischen Analyse, gar nicht so groß ist.

Informationen

Fachgebiet: Massivbau » Stahlbeton
Hochschule: Hochschule Ostwestfalen-Lippe | Prof. Dr.-Ing. Gunnar Möller
Grad der Arbeit: Diplomarbeit
Umfang: 179
Note: 1
Abgabedatum: 22.10.2008