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

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54. BetonTage Kongressunterlagen |<br />

By contrast, restraint forces are not required to maintain<br />

the equilibrium but, due to obstructed deformation,<br />

merely to meet the compatibility conditions. They are directly<br />

proportional to the absolute system stiff ness. In suffi<br />

ciently ductile systems, restraint forces can be reduced<br />

to zero in the ultimate limit state.<br />

Restraint force reduction by cracking and<br />

plastic deformation<br />

The numerical analyses of the load-bearing behavior under<br />

the combined action of loads and restraint forces were<br />

carried out using the non-linear method to determine<br />

internal forces in accordance with DIN 1045-1 and<br />

DIN Fachbericht 102. The non-linear model used was<br />

verifi ed by the simulation of corresponding tests. In these<br />

tests, the additionally applied restraint force had virtually<br />

no eff ect on the limit load of the test beams [2].<br />

The eff ects on the internal forces due to restraint are<br />

then expressed as a linear diff erence in temperature ∆T M .<br />

Fig. 1 shows the result of a parametric study carried out<br />

for a reinforced concrete beam fi xed at both ends. Under<br />

monotonically increasing loading, the restraint forces<br />

strongly decrease during crack formation. They remain at<br />

a roughly constant level once the fi nal cracking pattern<br />

has been reached. The restraint forces are further reduced<br />

by plastic deformation when the reinforcement begins to<br />

yield until the limit load of the system has been reached.<br />

This process is strongly dependent on the mechanical reinforcement<br />

ratio or the relative height of the compression<br />

zone x/d.<br />

Prestressing shifts the restraint reduction to a higher<br />

load level. In the case of an identical total mechanical reinforcement<br />

ratio, the magnitude of the restraint reduction<br />

that can be achieved in prestressed concrete is roughly<br />

equivalent to that of reinforced concrete (Fig. 2).<br />

Consideration of restraint in design<br />

Numerical analyses carried out for bridges built in reinforced<br />

and prestressed concrete revealed the same conditions<br />

governing restraint reduction. The rules on restraint<br />

reduction contained in DIN Technical Report 102 were<br />

confi rmed as safe [2]. A more comprehensive design proposal<br />

is included in [1] and [2].<br />

<strong>BFT</strong> 02/2010<br />

Podium 10<br />

Fig. 2 Eff ect of prestressing on restraint reduction at a total mechanical reinforcement ratio of<br />

v = 0.4 at the fi xing point [1].<br />

Abb. 2 Einfl uss der Vorspannung auf den Zwangabbau bei einem mechanischen Gesamtbewehrungsgrad<br />

von v = 0,4 an der Einspannung [1].<br />

Durch eine Vorspannung verschiebt sich der<br />

Zwangabbau auf ein höheres Lastniveau. Die Größe des<br />

erreichbaren Zwangabbaus ist beim Spannbeton im Vergleich<br />

zum Stahlbeton bei gleichem mechanischem Gesamtbewehrungsgrad<br />

etwa gleich (Abb. 2).<br />

Berücksichtigung des Zwangs bei der Bemessung<br />

Numerische Untersuchungen an ausgeführten Stahlbeton-<br />

und Spannbetonbrücken führten zu den gleichen<br />

Gesetzmäßigkeiten für den Abbau des Zwangs. Die Regelungen<br />

zur Abminderung des Zwangs im DIN-Fachbericht<br />

102 wurden als konservativ bestätigt [2]. Ein weitergehender<br />

Bemessungsvorschlag ist in [1] bzw. [2]<br />

enthalten.<br />

References/Literatur<br />

[1] Maurer, R., Arnold, A.: Bemessung von Tragwerken aus Stahlbeton<br />

und Spannbeton für eine kombinierte Beanspruchung aus<br />

Last und Biegezwang. Bauingenieur , Springer Verlag, Oktober<br />

2009<br />

[2] Arnold, A.: Zum Einfl uss der Zwangschnittgrößen aus Temperatur<br />

bei Tragwerken aus Konstruktionsbeton mit und ohne<br />

Vorspannung. Dissertation, Heft 1 der Schriftenreihe Betonbau,<br />

TU Dortmund, 2008<br />

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