Concrete Plant + Precast Technology Betonwerk ... - BFT International

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Panel 7
| Proceedings 54 th BetonTage
Composite fl oor slabs made of self-compacting pumpable lightweight concrete
– Component testing and design
Verbunddecken mit selbstverdichtendem pumpbarem Leichtbeton
– Bauteilprüfung und Bemessung
Autoren
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz,
Technische Universität
Kaiserslautern
wkurz@rhrk.uni-kl.de
Geb. 1956; Studium des
Bauingenieurwesens an der
TH Darmstadt; 1988–1990
Statiker und Projektingenieur
bei stahlbau lavis off enbach
GmbH, Off enbach am Main;
1990–1993 Projektleiter bei
stahl + verbundbau gmbh,
Dreieich; seit 2006 Leiter des
Fachgebiets Stahlbau der TU
Kaiserslautern; seit 2006 Partner
im Ingenieurbüro Bode,
Ramm und Partner, Kaiserslautern;
seit 2008 Mitglied der
Leitung des Materialprüfamtes
der TU Kaiserslautern.
Dipl.-Ing. Simon Hartmeyer,
TU Kaiserslautern
hartmeyer@rhrk.uni-kl.de
Geb. 1983; 2003–2008 Studium
des Bauingenieurwesens
an der TU Kaiserslautern; seit
2009 wiss. Mitarbeiter des
Fachgebiets Stahlbau der TU
Kaiserslautern.
Reason for project
Light and easy-to-manufacture fl oor systems are frequently
specifi ed for building works on existing structures in
order to minimize the eff ects on the existing loadbearing
structure. Comparable requirements are also placed on
high-rise structures. Against this background, a suitable
lightweight concrete was developed in a joint research
project conducted by the Technical Universities of Dresden
and Kaiserslautern. The loadbearing behavior of various
composite fl oor slabs made with this concrete were
also investigated.
Component tests
In this project, self-compacting pumpable lightweight
concretes of density classes D1.4, D1.6 and D1.8 were developed.
The test specimens used for the fl oor tests were
manufactured in various composite sheet geometries and
thicknesses that model the various composite mechanisms
of these fl oor systems. On a series of specimens not
only the usual measurements of load, slip and defl ection
were taken, but also the elongations in the concrete and
the sheet steel.
As was expected, lower longitudinal shear resistances
were recorded than with the concretes for normal uses,
due to the low concrete stiff ness during the tests. However,
the high loadbearing capacity makes the use of lightweight
concrete in composite fl oors quite feasible. It was
moreover found that the transmittable shear stresses increased
with increasing compressive strength, as well as
with an increasing modulus of elasticity in the concrete.
The failure pattern observed in the tests, on the other
hand, clearly deviated from the results obtained with normal
concretes. While during the tests with normal concrete
failure occurs when the complete concrete body is
pushed across the composite sheet between load application
and the end of the test body, bending cracks were observed
to occur in this area in the test specimen of lightweight
concrete. Failure was initiated by a bending shear
crack propagated from one of these bending cracks (Fig. 1).
As second failure mechanism, the formation of longitudinal
cracks was observed in the test specimens. The cracks
occurred on the corners of the raised beads at the ends of
the test specimens and led in some specimens to splitting
(Fig. 2). The shear forces that can be resisted ranged in a
number of cases below the expected values.
In addition, in deviation from the experience gained
with normal concrete, abrasion scratches were observed
in the test specimens on the concrete near the profi ling of
the sheets. These observations are a clear indication of the
great infl uence of the modulus of elasticity and the tensile
strength on the loadbearing behavior of the composite
fl oors; the same as the results described above. More details
are given in [1].
Veranlassung
Leichte und einfach zu erstellende Deckensysteme sind
eine häufi g anzutreff ende Anforderung beim Bauen im
Bestand, um die Auswirkungen auf das bestehende Tragwerk
zu minimieren. Vergleichbare Anforderungen gibt
es auch im Hochhausbau. Vor diesem Hintergrund wurde
in einem gemeinsamen Forschungsvorhaben der TU
Dresden und der TU Kaiserslautern ein geeigneter Leichtbeton
entwickelt und das Tragverhalten verschiedener
Verbunddecken mit diesem Beton untersucht.
Bauteilversuche
In diesem Vorhaben wurden selbstverdichtende pumpbare
Leichtbetone der Rohdichteklassen D1.4, D1.6 und
D1.8 entwickelt. Die Probekörper der Deckenversuche
wurden mit verschiedenen Verbundblechgeometrien und
-dicken hergestellt, die die verschiedenen Verbundmechanismen
dieser Deckensysteme abbilden. An einer Reihe
von Körpern wurden neben der üblichen Messung von
Last, Schlupf und Durchbiegung auch die Dehnungen in
Beton und Stahlblech gemessen.
Erwartungsgemäß ergaben sich aufgrund der geringeren
Betonsteifi gkeit bei den Versuchen geringere
Längsschubtragfähigkeiten als bei der Verwendung üblicher
Normalbetone. Die Tragfähigkeiten waren allerdings
so hoch, dass ein sinnvoller Einsatz von Leichtbetonen
in Verbunddecken möglich ist. Dabei nahmen die
übertragbaren Schubspannungen mit zunehmender
Druckfestigkeit und zunehmendem E-Modul des Betons
ebenfalls zu.
Die Versagensbilder der Versuche wichen dagegen
deutlich von den Ergebnissen mit Normalbetonen ab.
Während bei den Versuchen mit Normalbetonen das Versagen
eintritt, indem der komplette Betonkörper zwischen
der Lasteinleitung und dem Ende des Versuchskörpers
über das Verbundblech geschoben wird, konnten bei
den Versuchskörpern mit Leichtbetonen Biegerisse in
diesem Bereich des Probekörpers beobachtet werden. Das
Versagen wurde eingeleitet, indem sich aus einem dieser
Biegerisse ein Biegeschubriss bildete (Abb. 1). Als zweiter
Versagensmechanismus wurde die Bildung von Längsrissen
in den Probekörpern beobachtet, die an den Ecken der
Hochsicken an den Enden der Probekörper entstanden
und bei einigen Körpern zu einem Aufspalten führten
(Abb. 2). Die aufnehmbaren Schubkräfte lagen in einigen
Fällen unterhalb der erwarteten Werte.
Ebenso konnten bei den Probekörpern, abweichend
von den Erfahrungen mit Normalbeton, Schleifspuren
am Beton im Bereich der Profi lierung der Bleche beobachtet
werden. Diese Beobachtungen geben ebenso wie
die oben beschriebenen Ergebnisse einen deutlichen
Hinweis auf den großen Einfl uss von E-Modul und Zugfestigkeit
des Betons auf das Tragverhalten von Verbunddecken.
Weitere Details können [1] entnommen werden.
BFT 02/2010