Versuche an gelenkig gelagerten Stahlbetonstützen unter Dauerlast [1. Aufl.] 978-3-7643-0621-2;978-3-0348-6818-1

Table of contents :
Front Matter ....Pages i-1
Einleitung (Peter Ramu, Mathis Grenacher, Markus Baumann, Bruno Thürlimann)....Pages 2-4
Versuchsstuetzen (Peter Ramu, Mathis Grenacher, Markus Baumann, Bruno Thürlimann)....Pages 5-8
Durchfuehrung der Stuetzenversuche (Peter Ramu, Mathis Grenacher, Markus Baumann, Bruno Thürlimann)....Pages 9-10
Versuchsergebnisse (Peter Ramu, Mathis Grenacher, Markus Baumann, Bruno Thürlimann)....Pages 11-18
Zusammenfassung (Peter Ramu, Mathis Grenacher, Markus Baumann, Bruno Thürlimann)....Pages 19-22
Back Matter ....Pages 23-86

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Versuche an gele':"kig gelagerten Stahlbetonstützen unter Dauerlast

von

Dipl. lng. Peter Ramu Dipl. lng. Mathis Grenacher Dipl. lng. Markus Baumann Prof. Dr. Bruno Thürlimann

Institut für Baustatik Eidgenössische Technische Hochschule Zürich

Zürich Mai 1969

ISBN 978-3-7643-0621-2 ISBN 978-3-0348-6818-1 (eBook) DOI 10.1007/978-3-0348-6818-1

INHALTSVERZEICHNIS Seite 1. Einleitung

2

1.1. Allgemeines

2

1.2. Problemstellung 1.3. Versuchsplanung

2

2. Versuchsstützen 2 .1. Baustoffe 2.11 Stahl 2.12 Betonzusammensetzung 2.13 Betoneigenschaften 2. 2. Abmessungen und Armierung 2. 3. Herstellung und Lagerung 3. Durchführung der Stützenversuche 3.1. Versuchsanlage 3.2. Versuchsablauf der Dauerversuche 3.3. Messeinrichtungen 3.31 Dauerlast PD 3.32 Auslenkungen 3.33 Betonverformungen 3.34 Stahlverformungen 3.35 Risse 4. Versuchsergebnisse 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5.

Allgemeines Verformungsverhalten Risse Auslenkungen Momente 4.51 Die Berechnung von M~h(P) 4.52 Kurzzeitversuche 4.53 Abschliessende Kurzzeitversuche 4.54 Langzeitversuche

2 5

5 5

6 6

7 8 9 9 9

9 9

10 10 10 10

ll 11

12 13 14 15 15 15 16 16

4.6. Brucharten

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5. Zusammenfassung

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Summary Verdankungen Literaturverzeichnis Bezeichnungen Tabellen 1 7 7 Bilder 1 t 60

21 23 24 25 27

32

2

1. EINLEITUNG

1.1. Allgemeines

Die heutige Forschung auf dem Gebiete von Stahlbetonkonstruktionen versucht, das wirkliche Tragverhalten solcher Tragwerke besser zu erkennen und bestehende Rechnungsmethoden zu verbessern oder neue zu entwickeln. In diesem Zusammenhang gab das Verhalten von Stahlbetonstützen unter axialer, exzentrisch angreifender Dauerlast in den letzten Jahren Anlass zu einer Reihe theoretischer und experimenteller Untersuchungen (z. B. [1] [2] [3] [4] [5]). Dabei zeigte es sich, dass es notwendig ist, die Auswirkungen der zeitlich bedingten Verformungsvorgänge im Beton vermehrt zu erforschen. Ein entsprechendes Forschungsprogramm ist gegenwärtig am Institut für Baustatik, Abt. Massivbau, im Gange.

1.2. Problemstellung Für die Ermittlung der Schnittkräfte einer axial belasteten Stütze müssen die Gleichgewichtsbedingungen am deformierten System formuliert werden (Theorie 2. Ordnung). Dies bereitet bei Stahlbetonstützen gewisse Schwierigkeiten, da der Stahlbeton inhomogenes Verhalten mit nichtlinearen, zeitlich abhängigen Verformungs- und Festigkeitseigenschaften aufweist [6). Experimentelle Untersuchungen müssen herangezogen werden, um den Mechanismus des Verformungs- und Tragverhaltens einer Stahlbetonstütze unter axialer Dauerlast genauer zu untersuchen und verbesserte Grundlagen zu einer theoretischen Behandlung des Problems zu erhalten. Im folgenden wird über die Planung, die Durchführung und die Resultate eines solchen Forschungsprogrammes berichtet.

1.3. Versuchsplanung Als Planungsgrundlage diente die Arbeit von R.F. Warner und B. Thürlimann [1]. Darin wird an einer Stahlbetonstütze mit idealisiertem Querschnitt und mit idealisierten Materialeigenschaften der Einfluss der wesentlichen Parameter untersucht, die ihr Verhalten unter axialer Dauerlast beeinflussen. Es sind dies: - Das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der verwendeten Baustoffe -

Die Die Das Das

Armierungsgehalte ~ und ~· des Stützenquerschnittes Schlankheit A der Stützen Verhältnis Lastexzentrizität e zu Querschnittshöhe H der Stützen Belastungsalter t 0 der Stützen

Bei der Entwicklung des Versuchsprogrammes war es zum vornherein klar, dass eine systematische Variation dieser Parameter nicht in Frage kam. Vielmehr wurde versucht, durch eine Auswahl gezielter Versuche einzelne Einflüsse

3

systematisch abzutasten. Eine gerrauere theoretische Erfassung der Versuchsresultate sollte dann eine Verallgemeinerung erlauben, so dass in einem späteren Zeitpunkt nur noch einzelne Kontrollversuche nötig werden. Weiter zeigte es sich, dass gerade bei solchen Dauerversuchen die Verwendung von Prüfkörpern in tatsächlicher Grösse unumgänglich ist. Ein reduzierter Modell-Massstab bringt leider Unsicherheiten hinsichtlich Schwinden, Kriechen, Verbundverhalten, Rissebildung, usw. mit sich. Entsprechend wurde eine Querschnittsabmessung der Stützen von 15 x 25 cm gewählt. Die weiteren Studien ergaben die Notwendigkeit der Entwicklung einer neuen Versuchsanlage zur Prüfung von Stützen unter Dauerlast ~] . Nachdem aufgrund von zwei Vorversuchen an Stahlbetonstützen die voraussichtliche Leistungsfähigkeit der Anlage abgeschätzt war, konnte schliesslich ein Versuchsprogramm zusammengestellt werden. Das Versuchsprogramm zeigte folgenden Aufbau (Bild 1): Die Versuche wurden in 4 Gruppen aufgeteilt. Für alle Versuche wurden die Festigkeitseigenschaften der Baustoffe und der Bügelabstand aB der Stützenarmierung konstant gehalten. 1. Gruppe: Festgehaltene Parameter: - Schlankheit l = 100 - Armierungsgehalt ~ - Belastungsalter t 0 Variierte Parameter:

~·

=

0.84 %

28 Tage

- Lastexzentrizität e - Grösse der Dauerlast PD

Für jede Lastexzentrizität wurden maximal 3 Versuche vorgesehen. Die Grösse der Dauerlasten PD wurde dabei so gewählt, dass die Versuchsstützen nach einer Belastungsdauer von einigen Wochen bis einigen Monaten den Bruchzustand erreichen sollten. 2. Gruppe: Festgehaltene Parameter: Variierte Parameter:

Schlankeit l = 100 Belastungsalter t 0 28 Tage Lastexzentrizität e Grösse der Dauerlast PD

- Armierungsgehalt

~

und~·

Dabei wurden ausgewählte Versuche der 1. Gruppe wiederholt, wobei jedoch die Armierungsquerschnitte der Druck- oder Zugarmierung variiert wurden. 3. Gruppe: Festgehaltene Parameter: Variierte Parameter:

Schlankheit l = 100 Lastexzentrizität e Grösse der Dauerlast PD Armierungsgehalt ~ ~·

- Belastungsalter t 0

0.84 %

4

Ausgewählte Versuche der 1. Gruppe \vurden wiederholt, wobei jedoch das Belastungsalter t 0 variiert wurde. 4. Gruppe: Festgehaltene Parameter: - Lastexzentrizität e - Armierungsgehalt ~ - Belastungsalter t 0 Variierte Parameter:

~·

0.84 '1.

- Grösse der Dauerlast PD - Schlankheit ).

Einige Versuche der 1. Gruppe wurden mit Stützen von anderen Schlankheiten wiederholt.

5

2. VERSUCHSSTUETZEN

2 .1. Baustoffe 2.11 Stahl Für die Versuche wurden ausschliesslich kaltverformte Armierungsstähle (Torstahl) vom Durchmesser d = 6 mm, 10 mm und 16 mm verwendet. Diese Stähle zeigen kein ausgeprägtes Fliessplateau. Die Stähle mit d = 6 mm und 10 mm stammten alle aus derselben Hochofenschmelze. Der Grad der Kaltverformung war bei den einzelnen Durchmessern sehr ausgeglichen, so dass die Festigkeit wenig variierte. Aus diesem Grunde wurde nur eine beschränkte Anzahl von Stählen geprüft. Die gemittelten Resultate sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Die Werte für die Streckgrenze o~ 2 (0,2 I bleibende Dehnung) und die Zugfestigkeit ßz nehmen zu für grössere Durchmesser. Dies lässt sich mit der stärkeren Verwindung bei grossen Durchmessern erklären. Die Ganghöhen der Rippen betragen für die verwendeten Stähle d = 6 mm, 10 mm, 16 mm durchschnittlich 14 d, 12 d, 9 d. Es ist bekannt, dass die Bruchfestigkeit der Stähle sehr stark von der Dehnungsgeschwindigkeit abhängt [7] . Deshalb werden statische und dynamische Festigkeitswerte unterschieden. Die statischen Werte wurden bei verschwindenden Dehnungsgeschwindigkeiten E = + 0 beobachtet, die dynamischen Werte bei E > 0. Bei den in diesem Bericht beschriebenen Versuchen an Stahlbetonstützen erfolgten die Verformungen der Baustoffe auch im unelastischen Bereich äusserst langsam. Deshalb wurden die statischen Festigkeitswerte der Armierungsstähle bei der Auswertung verwendet.

.

Die statischen o-E-Diagramme der Armierungsstähle wurden mit einer dehnungsgesteuerten Maschine ("Epprecht-Hultitest Zerreissmaschine ZM SO A") ermittelt (Bild 2). Bei verschiedenen Dehnungsstufen wurde die Dehnungsgeschwindigkeit auf 0 reduziert, was einen Abfall der Spannungen auf die statischen Werte nach bereits etwa zwei Minuten zur Folge hatte rn . Zusätzlich wurden o-E-Diagramme mit einer kraftgesteuerten Maschine ermittelt. Diese ergaben die dynamischen Festigkeitswerte bei einer Belastungsgeschwindigkeit im elastischen Bereich von max. 100 kg/cm 2 sec und ermöglichten eine kontinuierliche Aufzeichnung der Diagramme. Von besonderem Interesse ist die Grösse der Spannung oel' bei der die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung gerade noch linear ist. oel wurde graphisch als Abweichung von der elastischen Gerade dem o-E-Diagramm entnommen (Tabelle 1).

6

2.12 Betonzusammensetzung Es wurden ·zuschlagstoffe getrennt in 3 Komponenten verwendet: Sand Feinkies

0 3

Kies

6

-

3 mm 6 mm 16 mm

Für die Versuchsstützen Nr. 11 - 16, 21 - 25, 31 - 33 und 41 - 44 der ersten Gruppe wurden die Zuschlagstoffe gesamthaft geliefert (Kieswerk Merz, Gebenstorf), an der EMPA getrocknet und in Silos eingelagert. Die Siebkurve in Bild 3 zeigt die Zusammensetzung der Zuschlagstoffe für diese Stützen. Für die Versuchsstützen der Gruppen 2, 3 und 4 und die Stützen Nr. 51 - 53, 61 und 81 der 1. Gruppe wurden aus organisatorischen Gründen Zuschlagstoffe aus den Silos eines Vorfabrikationswerkes (IGECO AG, Volketswil) verwendet. Mit Hilfe einiger Vorversuche gelang es, eine annähernd gleiche Siebkurve (Bild 3) wie für die Stützen der ersten Gruppe zu erreichen. Die Eigenschaften des verwendeten normalen schweizerischen Portlandzementes wurden von der EMPA regelmässig kontrolliert. Die Untersuchungsresultate sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Die Zementdosierung betrug 300 kg/m 3 • Ein Wasser/Zement-Faktor W/Z von 0.65 wurde angestrebt. Da in der EMPA mit getrockneten Zuschlagstoffen gearbeitet wurde, konnte die Anmachwassermenge sehr genau bestimmt werden. Für die Stützen, die im V~rfabrikationswerk hergestellt wurden, war es schwierig, den gewünschten W/Z-Faktor genau einzuhalten, da der Wassergehalt der Zuschlagstoffe gewissen Schwankungen unterworfen war. Der W/Z-Faktor blieb jedoch in den Grenzen von 0.62 bis 0.72.

2.13 Betoneigenschaften Für die Festigkeitsprüfung wurden zu jeder labormässig betonierten Versuchsstütze gleichzeitig 16 - 20 Prismen (12 x 12 x 36 cm) und ein Würfel (20 x 20 x 20 cm) hergestellt. Bei den industriell hergestellten Versuchsstützen wurden zu jeder Betonmischung 20 Probezylinder (Durchmesser 20 cm, Höhe 20 cm) betoniert. Die Bestimmung der Würfeldruckfestigkeiten (halbe Prismen oder Würfel) und Zylinderdruckfestigkeiten (Zylinder) erfolgte nach 7, 28, 56 Tagen und bei Versuchsabbruch an mindestens je drei Probekörpern. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 3 zusammengestellt. Zusätzlich wurden Schwind- und Kriechversuche an unarmierten Probezylindern gleichzeitig mit den Stützenversuchen unter denselben klimatischen Bedingungen durchgeführt. Die Probekörper wiesen folgende Abmessungen auf: Kriechkörper:

Durchmesser 15 cm, Höhe 30 cm Durchmesser 15 cm, Höhe 52 cm

Schwindkörper:

Durchmesser 15 cm, Höhe 30 cm

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Mit diesen parallel durchgeführten Versuchen sollte die Möglichkeit geschaffen werden, Rückschlüsse auf das Verhalten des Betons der Stützen zu ziehen. Um die Spannungsabhängigkeit des Kriechens zu erfassen, war es notwendig, Probekörper unter verschiedenen Belastungen zu untersuchen. An den Probezylindern wurden vier 20 cm Messstrecken diametral angebracht. Damit konnte eine durchschnittliche Stauchung ermittelt werden. Die Versuche mit den Kriechzylindern wurden nach folgendem Schema durchgeführt: 1. Probekörper unbelastet, Nullablesung 2. Aufbringen der vorgesehenen konstanten Dauerlast innerhalb von 15 Minuten. Ablesung der initialen Dehnung Ein' 3. Aufrechterhalten der Dauerlast während mindestens dreier Monate. Periodische Ablesungen. Zu jeder Kriechmessung (Etot) wurde gleichzeitig eine Schwindmessung an einem entsprechenden unbelasteten Probezylinder durchgeführt (Es). Aus den Messungen sind die Kriechzahlen zeit t ermittelt worden:

~(t)

~

in Abhängigkeit der Belastungs-

E •

1n

~

Kriechzahl

Etot

totale gemessene Dehnung

Ein

Dehnung gemessen unmittelbar nach dem Aufbringen der Dauerlast

Es

Schwinddehnung gemessen am unbelasteten Schwindkörper

In Bild 4 sind die Kriechzahlen ~ in Funktion der Zeit und nach Intensität der Beanspruchung geordnet dargestellt. Das unterste Diagramm zeigt die nach dem einfachen arithmetischen Mittel gerechneten Kurven für die verschiedenen Beanspruchungen und das Gesamtmittel.

2.2. Abmessungen und Armierung Abmessung und Armierung der Versuchsstützen gehen aus Bild 5 hervor. Für die Längsarmierung wurden kaltverformte Stähle (Torstahl) vom Durchmesser d = 6 mm, d = 10 mm und d = 16 mm verwendet. Die Verankerung der Längseisen erfolgte anfänglich durch Verschweissen mit der stählernen Stützenendplatte der Versuchsstütze. Um das aufwendige Nachbohren dieser Stahlplatten bei der Wiederverwendung in einem neuen Versuch zu umgehen, wurden die Längseisen bei späteren Versuchen mit den Stützenendplatten verschraubt. Auch so wurde jeglicher Schlupf der Längsarmierung verhindert.

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Die voll verschlossenen Bügel aus Torstahl wiesen einen Durchmesser von d = 6 mm auf. Der Bügelabstand aB betrug bei allen Versuchsstützen 15 cm, an den Stützenenden 4 cm, um die Bildung von Krafteinleitungsrissen zu verhindern. Die Betonüberdeckung der Längseisen betrug je nach Durchmesser 12 - 22 mm.

2.3. Herstellung und Lagerung Für die Herstellung der Versuchsstützen wurde eine Stahlschalung verwendet. Damit war eine grosse Genauigkeit der Abmessungen aller Versuchsstützen und eine genaue Lage der Armierungseisen gewährleistet. Die an den Versuchsstützen gemessenen Abweichungen vom Sollprofil betrugen maximal 2 - 3 mm. Es wurde geplant, für alle Stützen einen Beton von gleicher mittlerer Festigkeit zu erreichen. Bei der ersten Versuchsgruppe (Gruppe 1, Tabelle 4) wurde jeweils der Beton für je eine Stütze und die zugehörigen Probekörper labormässig (alle Komponenten in trockenem Zustand abgewogen) in einem 500 lt-Zwangsmischer hergestellt (Mischzeit 2 Min.). Der Beton wurde in zwei Lagen mit einem elektrischen Nadelvibrator verdichtet. Nach dem Glattstrich wurde die Versuchsstütze mit feuchten Säcken abgedeckt und in diesem Zustand während 5 Tagen bei ungefähr zooc gelagert. Anschliessend wurden die Versuchsstützen ausgeschalt, in den klimatisierten Versuchsraum (200C, 65 % rel. Feuchtigkeit) transportiert und für den Versuch vorbereitet. Während dieser Vorbereitungszeit war praktisch die ganze Stützenoberfläche frei. In gleicher Weise wurden die der Versuchsstütze zugeordneten Probekörper hergestellt. Allerdings wurden diese schon nach einem Tag ausgeschalt und im Versuchsraum mit freier Oberfläche gelagert. Die Versuchsstützen der 2., 3. und 4. Gruppe und die Stützen Nr. 51- 53, 61 und 81 der 1. Gruppe (Tabelle 4) wurden in einem Vorfabrikationswerk (IGECO AG, Volketswil) hergestellt. Die Ausführung wurde mit sehr viel Verständnis für die gestellten Mass- und Qualitätsanforderungen vorgenommen. Schwierigkeiten traten einzig bei der Bestimmung der Anmachwassermenge auf, weil die verwendeten Zuschlagstoffe unterschiedliche Feuchtigkeit aufwiesen. Die Variation der Festigkeiten ist aus Tabelle 3 ersichtlich. Das Vorgehen beim Betonieren der Versuchsstützen wies gegenüber demjenigen bei der 1. Gruppe einige Unterschiede auf. Es wurden aus einer Mischung Frischbeton jeweils drei Stützen und 20 Probekörper hergestellt. Anstelle eines elektrischen Vibrators wurde ein mit Pressluft betriebener Vibrator verwendet.

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3. DURCHFUEHRUNG DER STUETZENVERSUCHE

3.1. Versuchsanlage Es wurde eine hydraulische Anlage aufgebaut, in der gleichzeitig fünf Versuchsstützen geprüft werden konnten (Bild 6). In [8] ist die Anlage ausführlich beschrieben. Bild 7 zeigt das Schema der Versuchseinrichtung.

3.2. Versuchsablauf der Dauerversuche Die Versuchsstützen wurden nach folgendem Schema belastet und beobachtet: 1. Stütze unbelastet Nullablesung an der Stütze 2. Stütze unter Konstruktionsgewicht des Spannrahmens [8] Nullablesung für die Kraftmessung 3. Laststeigerung bis zur Risslast oder zulässigen Normenlast (SIA-Norm 1956) Verformungsmessung an der Stütze 4. Laststeigerung bis zur zulässigen Normenlast oder Risslast Verformungsmessung an der Stütze 5. Laststeigerung bis zur vorgesehenen Dauerlast Verformungsmessung an der Stütze 6. Konstanthalten der Dauerlast bis zum Bruch der Stütze oder bis zum Abbruch des Versuches. Verformungsmessung: Anfänglich täglich Später in längeren Intervallen Bei Bruchabzeichnung wieder häufiger

3.3. Messeirrrichtungen 3.31 Dauerlast PD Für die genaue Bestimmung der Lasten wurden die Verlängerungen der Spannstaugen gemessen. Ueber eine Messstrecke von durchschnittlich 150 cm wurden mit diametral angeordneten Uhren mit einer Genauigkeit von ~ 0.01 mm die Längenänderungen der Messstrecke abgelesen. Dadurch konnten die Dauerlasten auf ~ 100 kg genau ermittelt werden. Mit Manometern wurden zudem die Ocldrucke gemessen. Mit dieser zusätzlichen Kontrollmessung konnten die Lasten approximativ bestimmt werden. Die Dauerlast wies zeitlich geringe Schwankungen auf [8). Da aber das Verformungs- und Tragverhalten einer Stütze abhängig von der Grösse und der Dauer der einwirkenden Belastung ist, wurde die Zeit für die Bestimmung der mittleren Dauerlast P8 mitberücksichtigt (Bild 8). In Tabelle 4 sind die mittleren Dauerlasten PD zusammengestellt.

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3.32 Auslenkungen Von der Kopf- zur Fussplatte der Stütze wurde eine Stahlsaite vom Durchmesser d = 0.1 mm gespannt und über die Länge der Stütze alle 40 cm ein Spiegelmassstab befestigt (Bild 9 und 10). Vor jeder Ablesung wurden diese Massstäbe horizontiert. Dann wurde die Stahlsaite und ihr Spiegelbild zur Uebereinstimmung gebracht, um die Parallaxe auszuschliessen. Die Genauigkeit der Ablesung war~ 0.2 mm.

3.33 Betonverformungen Auf die Versuchsstützen wurden Messbolzen im Abstand von 10 cm und 20 cm geklebt (Bild 9 und 10). Mit mechanischen Deformetern (Bild 51) wurden die Messstrecken mit einer Genauigkeit von~ 0.001 mm gemessen. Vor und nach jeder Ablesung wurde eine Vergleichsmessung auf einem Invar-Eichstab durchgeführt, um Temperatureinflüsse auf die Deformeter möglichst zu eliminieren.

3.34 Stahlverformungen Die Stahlverformungen wurden mit denselben Deformetern an Messbolzen gemessen, die direkt auf die Armierung aufgeklebt waren. Die Anordnung der Messstrecken geht aus Bild 9 und 10 hervor.

3.35 Risse Der Entstehung und Messung der Risse wurde bei allen Versuchsstützen grosse Aufmerksamkeit geschenkt. Die Oberfläche der Versuchsstützen war mit koloriertem Blane-fix hellgrau bemalt worden. Damit war es möglich, Risse von 1/100 bis 2/100 mm Weite von blossem Auge zu erkennen. Die Rissweiten sind immer an den gleichen Stellen mit einem Rissemikroskop gemessen worden (Leitzmikroskop: Ablesegenauigkeit ~ 0.01 mm). Von jeder Stütze sind die Rissebilder entweder in einem Risseplan oder dann fotographisch festgehalten worden (Bilder 11, 49, SO).

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4. VERSUCHSERGEBNISSE

4.1. Allgemeines In den Bildern 12 bis 48 sind Versuchsresultate der Dauerversuche, der abschliessenden Kurzzeitversuche und der Kurzzeitversuche an Stahlbetonstützen nach Gruppen geordnet (Abschnitt 1.3.) zusammengestellt. Es wurden nur diejenigen Messresultate und Angaben in die Zeichnungen eingetragen, die für die Charakterisierung eines Versuches von Bedeutung waren. Mit den Versuchen der ersten Gruppe wurden einerseits der Einfluss der Lastexzentrizität e auf das Verformungs- und Tragverhalten der Versuchsstützen abgeklärt, andererseits aber auch für verschiedene Lastexzentrizitäten die zugehörigen Grenzlasten (konstante Dauerlast PD, unter deren Einwirkung die Versuchsstütze nicht bricht) ermittelt (Bild 55). Im Bereiche kleiner Exzentrizitäten zeigen die Ergebnisse eine vermehrte Zunahme der Grenzlasten mit abnehmender Lastexzentrizität. Mit den Versuchen der zweiten und dritten Gruppe wurde der Einfluss des Armierungsgehaltes ~und ~· bzw. des Belastungsalters t 0 untersucht. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Bild 54 festgehalten. Es zeigte sich, dass der Einfluss des Armierungsgehaltes auf das Verformungsund Tragverhalten der Stütze sehr gross war. Bei einer Lastexzentrizität von e = 0.5 cm und einer Dauerlast Pn ; 44 t erreichte die V~rsuchsstütze Nr. 55 mit geringer Druckarmierung (~' = 0.15 \)bereits nach wenigen Stunden Belastungsdauer den Bruchzustand, während die Versuchsstütze Nr. 64 mit starker Zug- und Druckarmierung (~ = p' = 2.15 \) erst nach längerer Einwirkung einer um SO \erhöhten Dauerlast brach (Bild 54b). Analoge Betrachtungen wurden auch bei anderen Lastexzentrizitäten gemacht. Aus diesem Verhalten der Versuchsstützen lässt sich ableiten, dass eine erhebliche Umlagerung der inneren Kräfte infolge der zeitlich bedingten plastischen Verformungen des Betons stattfinden muss. Der Beton entlastet sich zu Ungunsten der Stahleinlagen. Durch Aenderung des Stahlquerschnittes wird die Aufnahmekapazität für Umlagerungskräfte und damit das Verformungs- und Tragverhalten einer Stütze entsprechend der Versuchsergebnisse beeinflusst. Die Intensität des Betonkriechens und damit die Eigenschaft des Betons, sich seiner Tragfunktion zu entziehen, ist stark vom Belastungsalter abhängig [9]. Aus diesem Grunde gingen die Verformungen der Stütze Nr. 54 (t 0 = 16 Tage) wesentlich rascher vor sich als diejenigen der Stütze Nr. 62 (t 0 = 56 Tage) (Bild 54c). Beide Stützen erreichten den Bruchzustand; Stütze Nr. 54 nach einem Monat und Stütze Nr. 62 erst nach 4 Monaten und einer Laststeigerung von 15 I nach einem Monat Belastungsdauer. Mit den Versuchen der vierten Gruppe wurde der Einfluss der Schlankheit auf das Verformungs- und Tragverhalten einer Stahlbetonstütze untersucht.

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In den folgenden Abschnitten werden nun noch Versuchsergebnisse und Beobachtungen dargestellt, die von allgemeiner Bedeutung für das Verformungs- und Tragverhalten der geprüften Stahlbetonstützen sind.

4.2. Verformungsverhalten In den Bildern 12 bis 48 wurden neben den gemessenen Auslenkungen der Versuchsstützen auch die Betondehnungen und die daraus berechneten Krümmungen für bestimmte Phasen eines Versuches dargestellt. Die gemessenen Betondehnungen gaben einigen Aufschluss über das Verformungsverhalten einer Stahlbetonstütze. Grundsätzlich konnten drei verschiedene Arten von Verformungsabläufen festgestellt werden. 1. Die mit einer gegebenen Anfangsexzentrizität auf die Stütze einwirkende Last verursachte an dieser schon zu Beginn des Versuches Betonstauchungen auf der Druckseite und Betondehnungen auf der Zugseite. Erreichten die -3 -3 Betondehnungen einen mittleren Wert von+ 0.2 · 10 t + 0.3 · 10 , dann entstanden die ersten Risse (Abschnitt 4.3.). Die anfänglich gleichmässig verteilten Betondehnungswerte nahmen in der Folge sehr ungleichmässig zu. Messabschnitte, die auf der Zugseite von Rissen durchzogen waren, wiesen vor allem auf der Zugseite aber auch auf der Druckseite eine stärkere Zunahme der Dehnwerte bzw. Stauchungswerte auf als solche, die von keinen Rissen durchzogen waren. (Stützen Nr. 13, 15, 16, 22, 23, 25, 32, 33, 52, 56, 63, 66, 72) Besonders deutlich kam dieses ungleichmässige Verformungsverhalten der einzelnen Stützensegmente zum Ausdruck, wenn man die entsprechenden Krümmungswerte berechnete. Dabei wurde das Ebenbleiben eines jeden Querschnittes vorausgesetzt (Bilder 12 - 48):

H

Querschnittshöhe der Stützen Ueberhöhung der Messbolzen

2. Die mit einer gegebenen Anfangsexzentrizität auf die Stütze einwirkende Last verursachte an dieser sowohl auf der Druckseite als auch auf der Zugseite Betonstauchungen (Stützen Nr. 11, 12, 21, 42 ~ 44, 51, 54, 55, 62, 64, 65, 71, 82). Bedingt durch das spannungsproportionale Kriechen des Betons nahm aber im Laufe der Zeit die Krümmung der einzelnen Segmente zu. Dies hatte zur Folge, dass die Stützenauslenkungen und damit auch die Biegebeanspruchung der einzelnen Segmente vergrössert wurde. Die anfänglichen Betonstauchungen auf der Aussenseite (konvexe Seite) der Stütze wurden im Bereiche stark zunehmender Biegebeanspruchung (mittlerer Stützenbereich)

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allmählich wieder abgebaut. In einem beschränkten Bereiche der Stütze wurde in der Folge der Beton auf der Aussenieite der Stütze gedehnt. Dies führte erst bei verhältnismässig grossen Krümmungswerten zur Rissbildung, sobald die Dehnwerte die Grösse von + 0.2 · 10- 3 t 0.3 10- 3 erreicht hatten. In diesem mittleren, gerissenen Stützenbereich konzentrierten sich die weiteren Verformungsvorgänge in der schon beschriebenen Weise. 3. Die mit einer gegebenen Anfangsexzentrizität auf die Stütze einwirkende Last verursachte an dieser sowohl auf der Druck- als auch auf der Zugseite Betonstauchungen. Obwohl durch das spannungsproportionale Kriechen des Betons .die Krümmungen der einzelnen Segmente im Laufe der Zeit zunahmen, wurde bis zum Bruch der Stütze der Zustand des vollständigen Abbaus der Betonstauchungen auf der Zugseite nicht erreicht. Auf beiden Seiten konnten bis unmittelbar vor dem Bruch gegen die Stützenmitte hin gleichmässig ansteigende Betonstauchungen gemessen werden (Stützen Nr. 61, 73, 74, 81, 83).

4.3. Risse Auf die Wiedergabe aller Rissepläne und Risseaufnahmen wurde verzichtet. Folgende wesentliche Beobachtungen und Messergehnisse konnten festgehalten werden: 1. Primäre Risse entstanden immer an Stellen, wo die Bügel lagen (Bilder 11 und 49). 2. Die primären Risse traten im Dauerversuch unabhängig von der Belastungsart (e, PD) und der Grösse der Krümmung ~ dann auf, wenn die Dehnungszunahme gegenüber dem unbelasteten Zustand der Versuchsstütze im Mittel die Grösse von 0.2 t 0.3 • 10- 3 erreichte. Diese Feststellung traf nicht zu, wenn eine Stütze nach längerem Einwirken der Dauerlast plötzlich entlastet wurde. 3. Mit fortschreitender Stützenverformung entstanden zwischen den primären Rissen in der Regel ein weiterer, ausnahmsweise zwei weitere Risse (Bilder 11 und SO). 4. Waren an einer Versuchsstütze einmal Risse entstanden, dann trat mit zunehmender Beanspruchung (Zunahme von w im Dauerversuch und von w und P im Kurzzeitversuch) eine starke Konzentration der Stützenverformung in den gerissenen Querschnitten ein. Die zwischen zwei Rissen liegenden Segmente hingegen wiesen im gezogenen Bereich nur noch eine verhältnismässig geringe Zunahme der Verformungen auf (Bilder 12 + 48, 52).

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4.4. Auslenkungen In Bild 53 ist schematisch der Verlauf der Auslenkungen w in der Stützenmitte in Funktion der Belastungsdauer t gegeben. Es lassen sich die folgenden drei grundsätzlich verschiedenen Kurventypen unterscheiden: Typ 1 Typ 2

Typ 3

dw = const dt d2w dt 2 d 2w dt 2 d 2w dt 2 dw dt

-




->

0 Phase 2 0

Die Auslenkungs-Zeitkurven aller Langzeitversuche verliefen entsprechend einer der drei Kurventypen. Da die Momente linear abhängig sind von w, ist die Zunahme der Momente in Funktion der Zeit proportional zu derjenigen der Auslenkungen. Die Belastung aller Stützen, die sich entsprechend Kurventyp 1 oder 2 verhielten, führte zum Bruch. Dies war lediglich eine Frage der Zeit. Der Einfluss verschiedener Parameter auf die Auslenkungen der Stützen wurde in Bild 54 zusammengestellt. Der Einfluss der Dauerlast PD ist aus Bild 54a ersichtlich ..Bei Stütze 12 unter relativ kleiner Dauerlast (PD = 23.4 t) erreichten die Auslenkungen nach wenigen Wochen einen Endwert. Die Auslenkungs-Zeit Kurve verlief analog Kurventyp gen Tagen mittlerer nach zwei

3. Stütze 16 unter grosser Dauerlast (PD= 33.0 t) kam nach wenizu Bruch und verhielt sich gernäss Kurventyp 1. Stütze 13 unter Dauerlast (PD = 31.1 t) verhielt sich analog Kurventyp 2 und kam Wochen ebenfalls zu Bruch. Die Auslenkungs-Zeit Kurve zeigt einen

deutlichen Wendepunkt bei t • 10 Tagen. Der Einfluss des Armierungsgehaltes auf die Stützenverformung geht aus Bild 54b hervor. Bei der Stütze 64 mit einer relativ starken Zug- und Druckarmierung von je 2.15

~

stabilisierten sich die Verformungen. Die Stütze 43, die

eine Zug- und Druckarmierung von je 0.84 ~ aufwies, erreichte den Bruchzustand nach knapp drei Wochen, während Stütze 55 mit einer Druckarmierung von nur 0.15 % und einer Zugarmierung von 0.84 \ schon kurze Zeit nach der Belastung brach. Der Einfluss des Belastungsalters t 0 geht aus den Auslenkungs-Zeit Kurven in Bild 54c hervor. Bei der Stütze 54, die 16 Tage nach der Herstellung belastet wurde, konnte eine zuerst starke, dann kleinere und gleichmässige Zunahme der Auslenkung beobachtet werden. Nach ungefähr drei Wochen beschleunigten sich die Verformungen und die Stütze erreichte den Bruchzustand. Die älteren Stützen 51 (t 0 = 28 Tage) und 62 (t 0 = 56 Tage) verformten sich wesentlich langsamer. Beide Stützen wiesen bei Versuchsabbruch nach 3 1/2 und

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5 Monaten Auslenkungen auf, die grösser waren als diejenigen der Stütze 54 kurz vor dem Bruch. Die beiden Stützen sind nicht gebrochen, da die Festigkeitsentwicklung des Betons die Auswirkungen des Betonkriechens ausgeglichen hatte.

4.5. Momente Th 4.51 Die Berechnung von Mu:lEl Sind das Momenten-Krümmungsverhalt en, die geometrischen Abmessungen und die Lagerung der Stütze bekannt, so ist das innere Moment Mi für eine bestimmte Axiallast P und Zeittin Funktion der Auslenkung gegeben (Bilder 57, 58). Bei Mu(P) ist der Querschnittswiderstand erreicht. Die theoretischen plastischen Momente M~h(P) wurden unter Berücksichtigung der Normalkraft PD bzw. Pmax bei Kurzzeitversuchen mit den Effektivgrössen (Tabelle 4) der betreffenden Stützen berechnet. Die Berechnung wurde mit der Würfeldruckfestigkeit ßw nach 28 Tagen unter den folgenden Annahmen durchgeführt. - Stauchen des Betons : eb = 3 · 10

-3

-Parabolische Druckverteilung : ßp

=

- Armierung

0.75 ßw

Elastisch - ideal plastisch ee

€'

e

ae '

- Ebenbleiben des Querschnittes Die plastischen Momente sind sehr stark von der Axialkraft P abhängig. Bild (P) /MTh und PTh (M) /PTh. 56 zeigt die charakteristische Beziehung zwischen r.1Th u u u u das plastiBezugsgrössen als wurden Darstellung In dieser dimensionslosen -- BHß p + für P = 0 und der "plastische Axialdruck" PTh sche Moment MTh u u (Fe+ Fe')(a 0 • 2

-

ßp) benutzt.

4.52 Kurzzeitversuche Als Beispiel für einen Kurzzeitversuch wurde in Bild 57 der Momenten-Auslenkungsverlauf der Stütze 24 dargestellt. Bei allen Kurzzeitversuchen wurden die Laststufen entsprechend einer bestimmten Auslenkungszunahme festgelegt. Während der Ablesungen wurden die Auslenkungen konstant gehalten. Bei diesem dehnungsgesteuerten Versuchsablauf kamen die Stützen unter Maximallast Pmax nicht zu Bruch. Eine vermehrte Zunahme der Auslenkungen liess das Moment weiterhin anwachsen bis zu einem maximalen Wert Mu, obwohl die Last P wieder abnahm.

16

Die Resultate der Kurzzeitversuche und die aus den Effektivgrössen berechneten plastischen Momente wurden in Tabelle 5 zusammengestellt. Der Vergleich des maximalen Momentes ~ax = (P · (e+w))max mit dem entsprechenden M~h(P) war zufriedenstellend, wenn man die Schwierigkeiten berücksichtigte, die bei der Erfassung der Verformung kurz vor dem Bruch auftraten. Schlechte Uebereinstimmung konnte bei den Versuchen 14 und 73 festgestellt werden. Dazu ist folgendes zu bemerken: - Der Versuch mit der Stütze 14 wurde ursprünglich als Langzeitversuch geplant. Es wurde aber eine zu grosse Dauerlast PD vorgesehen, so dass wenige Stunden nach der Belastung Po gesenkt werden musste. Trotz der niedrigeren Dauerlast kam dann die Stütze in der folgenden Nacht unbeobachtet zu Bruch, so dass die Verformungen kurz vor Bruch nicht erfasst werden konnten. Dieser Versuch kann also nicht als representativer Kurzzeitversuch betrachtet werden. Die Stütze 73 war von geringer Schlankheit (A = 50) und versagte in der Krafteinleitungszone lange bevor der Biegewiderstand erreicht war.

4.53 Abschliessende Kurzzeitversuche Normalerweise wurden die Langzeitversuche nach frühestens drei Monaten mit einem Kurzzeitversuch abgeschlossen, wenn die Stützen nicht zu Bruch gekommen waren und eine deutliche Verlangsamung der Verformungsgeschwindigkeit festgestellt werden konnte. Die Stützen wurden entlastet und anschliessend in mehreren kleinen Etappen bis zum Bruch belastet. Die Laststeigerung, bzw. die Zunahme der Auslenkungen, wurde jeweils der Anfangsexzentrizität der Last angepasst. Die aus diesen Kurzzeitversuchen gewonnenen maximalen Momente wurden wieder mit den rechnerischen Werten der plastischen Momente MTh(P) u verglichen, wobei bei dieser Berechnung die dem Alter des Betons zur Zeit des Kurzzeitversuches entsprechenden Festigkeiten berücksichtigt wurden (Tabelle 6). Auch dieser Vergleich war zufriedenstellend. Einzig die Stütze 51 versagte wesentlich unter dem berechneten Biegewiderstand. Ein vorzeitiges Ausknicken der Druckarmierung ist nicht auszuschliessen (Abschnitt 4.6.).

4.54 Langzeitversuche Bild 58 zeigt in dreidimensionaler Darstellung (Moment - Auslenkung - Zeit) die Gleichgewichtslagen einer Stahlbetonstütze. Bei einer bestimmten Anfangsexzentrizität e und einer konstanten Dauerlast PD ist das äussere Moment Ma bekannt. Da es linear abhängig ist von der Auslenkung w0 kann es in der dreidimensionalen Darstellung als Ebene gezeichnet werden (Na-Ebene). Die Bedingung für jede Gleichgewichtslage ist Ma = Mi' und somit ergeben sich die Gleichgewichtslagen als Schnittkurve der Ma-Ebene mit der Mi-Fläche. Punkt A ist die Gleichgewichtslage unmittelbar nach dem Aufbringen der Dauerlast P0 . Es ist eine stabile Gleichgewichtslage. Bei andauernder Belastung verformt

17

sich die Stütze entsprechend der beobachteten Auslenkungs-Zeitkurve, und damit verschieben sich die Gleichgewichtslagen auf der erwähnten Schnittkurve. Bei Punkt B ist die zusätzliche Bedingung dMa/dw = dMi/dw für das labile Gleichgewicht erfüllt, und bei weiteren Kriechverformungen bricht die Stütze. Aus Bild 58 ist ersichtlich, dass jede exzentrisch belastete Stütze im Langzeitversuch zu Bruch kommen muss, bevor das maximale Moment in Stützenmitte den Biegewiderstand Mu(P) erreicht. Bei grösserer Anfangsexzentrizität und entsprechend kleiner Dauerlast PD (flaches Ansteigen der Ma-Ebene) wird der Biegewiderstand eher erreicht als bei kleinerer Anfangsexzentrizität. Diese Feststellungen sind in Uebereinstimmung mit den Versuchsresultaten. Beim Vergleich der Momente aus den Versuchen mit den theoretischen plastischen Momenten MTh(P) sind die einschränkenden Annahmen bei der Berechnung u von MTh(P) zu berücksichtigen. Zudem war es schwierig, MTh(P) mit den Veru u suchsresultaten zu vergleichen, da die Momente proportional sind zu den Auslenkungen und diese kurz vor dem Bruch sehr stark zunahmen, wie aus Abschnitt 4.4. zu ersehen ist. Versuchstechnisch war es nicht leicht, diese beschleunigte Zunahme der Auslenkungen zu erfassen. Man war immer auf die letzte Ablesung vor dem Bruch angewiesen, die bis zu einer Woche zurückliegen konnte. Deshalb waren die gemessenen Auslenkungen noch wesentlich unter den für den Bruch kritischen Auslenkungen. Die Momente nahmen in Funktion der Belastungsdauer entsprechend den Auslenkungs-Zeit Kurven (Abschnitt 4.4., Bild 53) zu. Die Stützen, die sich entsprechend der Kurve vom Typ 3 verhielten, kamen nicht' zum Bruch und wurden in einem abschliessenden Kurzzeitversuch (Kapitel 4.53) bis zum Bruch belastet. Die wenigen Stützen vom Charakter des Kurventyps 1 sind mit einer zu hohen Dauerlast PD belastet worden. Von besonderem Interesse sind die Stützen, die sich der Kurve 2 entsprechend verhielten. In der Auslenkungskurve ist ein deutlicher Wendepunkt zu erkennen. In Tabelle 7 wurden die Momente Mw, die aus den Auslenkungen ww beim Wendepunkt berechnet worden waren, mit den plastischen Momenten M~h(PD) verglichen. Es liess sich die Tendenz beobachten, dass mit zunehmender Anfangsexzentrizität das Verhältnis Mw/MTh(PD) zunimmt. Diese Feststellung stimmt auch für das Verhältnis Mmax/M~H(PD) und ist in Uebereinstimmung mit den obigen Ausführungen.

4.6. Brucharten In der Regel wurden sowohl die Dauerversuche als auch die Kurzzeitversuche erst dann abgebrochen, wenn ein Materialbruch an der Versuchsstütze eingetreten war. Damit konnten einige aufschlussreiche Beobachtungen über den Bruchmechanismus verschiedenartig beanspruchter Stahlbetonstützen gemacht werden. Es liessen sich zwei grundsätzlich verschiedene Brucharten unterscheiden:

18

1. Bruchart

(Bild 59) Auf der Druckseite der Versuchsstütze zeichnete sich ein schuppenartiges Aufbrechen des Betons in einem weiten Bereich der Stützenmitte ab, während sich gleichzeitig die in diesem Bereich liegenden Risse auf der Zugseite vermehrt Öffneten. Bei fortschreitender Verformung und gleichzeitiger Abnahme der Axiallast erfolgte allmählich eine Einschnürung der Zugarmierung in einem Riss in unmittelbarer Nähe der Stützenmitte und schliesslich der Bruch derselben. Während dieser ganzen Verformungsphase blätterte der Beton der Druckseite kaum ab. Diese Art von Bruchmechanismus konnte bei schlanken Stützen (A ~ 100) beobachtet werden, die mit stark exzentrisch einwirkender Axiallast (e/H ~ 0.25) belastet wurden (Stützen Nr. 22 + 25, 52, 31 + 33, 66, 72).

2. Bruchart

(Bild 60) Auf der Druckseite der Versuchsstütze erfolgte ein schlagartiges, schalenförmiges Ausbrechen des Betons zwischen zwei benachbarten Bügeln bis auf die Tiefe der Druckarmierung. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass vor allem die an der Kante liegenden Druckeisen diagonal ausknickten. Auf der Zugseite öffneten sich beim Bruchvorgang nur die zwei bis drei der Betondruckzone gegenüber liegenden Risse, die Zugarmierung riss jedoch nicht. Ein Bruchverhalten dieser Art konnte bei schlanken Stützen (A ~ 100) festgestellt werden, bei denen die Lastexzentrizität klein (0 ~ e/H ~ 0.25), die Axiallast entsprechend gross war und die sowohl einen Zug- als auch einen Druckarmierungsgehalt von~ = ~· > 0.84% aufwiesen (Stützen Nr. 11 ~ 16, 21, 41 ~ 44, 51, 53, 61 ~ 64, 81,83).

Das unterschiedliche Bruchverhalten der Versuchsstützen ist die Folge des entsprechenden Verformungsverhaltens während des Versuches. Bei grosser Axiallast bedurfte es einer verhältnismässig geringen Stützenauslenkung, um den Bruchwiderstand Mu(P) des Stützenquerschnittes zu erreichen (Bild 55). Entsprechend gering waren damit auch die Krümmungen, die dabei entstanden. Gleichzeitig wurden unmittelbar vor dem Bruch Stahlstauchungen gemessen, die zu einem Ausknicken der Druckeisen führen konnten. Der geringen Krümmung wegen war es möglich, dass die Druckeisen durch ihre Knicktendenz eine Sprengwirkung auf die darüberliegende Betondruckzone ausübten, und auf diese Weise die Stütze vor Erreichen des wirklichen Bruchwiderstandes infolge frühzeitiger Zerstörung der Betondruckzone brach (Bild 60). Bei geringer Axiallast hingegen war eine grosse Stützenauslenkung erforderlich, um den Bruchwiderstand Mu(P) des Stützenquerschnittes zu erreichen (Bild 55). Auch bei diesen Stützen wurden Stahlstauchungen gemessen, bei denen die Druckarmierung ausknicken konnte. Der grossen Krümmungen wegen war jedoch die Knickrichtung nach dem Stützenkern aufgezwungen. Damit konnten die Druckeisen nicht ausknicken, sondern erfuhren nur eine plastische Verformung in axialer Richtung. Die Betondruckzone wurde erst in einem weiten Bereich der Stützenmitte zerstört, wenn der tatsächliche Bruchwiderstand des Querschnittes erreicht worden war (Bild 59).

19

S. ZUSAMMENFASSUNG

Im Rahmen eines Forschungsprojektes des Instituts für Baustatik, Abt. Massivbau, Eidgenössische Technische Hochschule (ETH), Zürich, wurden 37 Versuche an gelenkig gelagerten Stahlbetonstützen durchgeführt. Dieser Bericht enthält die Planung, Durchführung und Resultate dieser Versuche. Es wurden vier Gruppen von Versuchen geplant und durchgeführt (Bild 1; Tabelle 4). Mit Ausnahme von wenigen Kurzzeitversuchen wurden die Stützen im Langzeitversuch unter konstanter Dauerlast geprüft. Bei wenigen Versuchen wurde die Dauerlast etappenweise erhöht. Diejenigen Stützen, die nicht zu Bruch kamen, wurden nach ungefähr drei Monaten in einem abschliessenden Kurzzeitversuch bis zum Bruch belastet. Die Exzentrizität e der Last, der Armierungsgehalt v, v', das Alter des Betons bei Belastungsbeginn t 0 und die Schlankheit A der Stützen wurden in den vier Gruppen variiert. Mit Ausnahme der Stützen der vierten Gruppe (Schlankheit variabel) hatten alle einen Querschnitt von B x H = 25 x 15 cm und eine Länge von 433 cm und somit eine konstante Schlankheit A 100. In regelmässigen Abständen wurden die folgenden Messungen durchgeführt (Bilder 9, 10): Auslenkungen über die ganze Länge der Stützen, Beton- und Stahldehnungen auf der Druck- und Zugseite, Rissweiten. Mit besonderer Aufmerksamkeit wurden die Bruchbilder festgehalten.

.

Die Versuchsergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: Die Lastexzentrizität war von entscheidender Bedeutung für das Verformungs- und Tragverhalten der Stützen. Bei kleinen Exzentrizitäten konzentrierten sich die Krümmungen und damit die Risse auf den mittleren Bereich der Stütze. Auch der Bruchbereich blieb auf die Stützenmitte beschränkt. Bei grossen Exzentrizitäten hingegen verteilten sich die Krümmungen und die Risse fast gleichmässig über die Länge der Stütze und der Bruchbereich war viel ausgedehnter. Infolge der zeitlich bedingten plastischen Verformungen des Betons fand eine erhebliche Umlagerung der inneren Kräfte vom Beton auf den Stahl statt, so dass die Traglast mit einer Vergrösserung des Druckarmierungsgehaltes wesentlich erhöht werden konnte. Die Druckarmierung sollte so ausgelegt werden, dass sie keine Absprengung der darüberliegenden Betondruckzone durch Ausknicken bewirkt . Diese Gefahr besteht bei kleinen. Auslenkungen. Die Intensität des Betonkriechens und damit die Eigenschaft des Betons, sich seiner Tragfunktion zu entziehen, war wesentlich vom Belastungsalter abhängig. Ein früher Belastungsbeginn (sehr junger Beton) bewirkte grosse Verformungen. Bei gedrungenen Stützen (A Krafteinleitungszone.

SO) bestand die Gefahr des Versagens der

20

Die ersten Risse wurden bei Dehnwerten von + 0.2 · 10- 3 + + 0.3 · 10- 3 festgestellt, unabhängig von der Vorgeschichte der Betonzugzone. Messabschnitte mit Rissen auf der Zugseite wiesen auch auf der Druckseite stärkere Zunahme der Verformungen auf, als solche ohne Risse. Die ersten Risse traten in regelmässigen Abständen immer bei den Bügeln auf und erst später konnten Risse dazwischen beobachtet werden. In den Rissequerschnitten wurden grosse Verformungskonzentrationen gemessen. Zwischen den Rissen wurden keine wesentlichen Verformungsänderungen mehr festgestellt. Die in den vier Versuchsgruppen variierten Parameter hatten einen entscheidenden Einfluss auf die Auslenkungs-Zeit Kurve einer Stütze. Es konnten drei grundsätzlich verschiedene Kurventypen unterschieden werden (Bild 53), wobei der Wendepunkt des Kurventyps 2 eindeutig als Indiz für den späteren Bruch erkannt wurde. Der Vergleich der maximalen Momente der Versuchsstützen mit den berechneten plastischen Momenten war zufriedenstellend. Stützen, die mit grosser Exzentrizität belastet wurden, erreichten den berechneten Biegewiderstand eher als Stützen mit kleiner Exzentrizität. Es konnten zwei grundsätzlich verschiedene Brucharten beobachtet werden. Entweder war ein schuppenartiges Aufbrechen der Betondruckzone in einem weiten Bereich der Stützenmitte und gleichzeitige Einschnürung und Bruch der Zugarmierung für den Bruch verantwortlich, oder dann bewirkte das Ausknicken der Druckarmierung ein lokales Aufbrechen der Betondruckzone.

21

SUMMARY

The Institute of Structural Engineering, Swiss Federal Institute of Technology (ETH), Zurich, carries out a research program on the behavior of reinforced concrete columns under sustained loads. The results of 37 tests on unrestrained columns are reported in this paper. Four groups of tests were carried out (fig. 1; table 4). A few columns were loaded to failure in short time tests. All the others were tested under constant sustained loads. In a few tests the sustained load was stepwise increased. Those columns which did not fail under sustained load within about three months were loaded to failure in a final short time test. The variables in the four groups of tests were the excentricity of the load e, the percentage of reinforeerneut ~. ~·, the age at first loading t 0 and the slenderness A of the columns. With the exception of the columns of the fourth group (variable slenderness A) the cross-sections of all the columns were B x H = 10 x 6 in. and their lengths were about 14 ft., and hence their slenderness A = 100. The sustained load was controlled automatically. The following measurements were taken in regular intervals (fig. 9, 10): deflections over the whole length of the column, concrete and steel strains on the compression and the tension side and the width of the cracks. Special attentionwas given to the development of the failure mode. The test results may be summarized as follows: The excentricity of the load had a significant influence on the deformation and the carrying capacity of the columns. The curvatures and the cracks were concentrated over a small range at midheight of the column if the load was applied with a small excentricity. The failure zone too was restricted to the midheight of the column. For large excentricities the curvatures and the cracks were distributed almost regularly over the length of the column and the failure zone was much more extended. A considerable redistribution of the internal forces from the concrete to the reinforeerneut took place because of concrete creep. Therefore the carrying Capacity of the column could be increased considerably by increasing the compression reinforcement. Attention should be given to the detailing of the compression steel. Buckling of the steel bars can cause a splitting effect in the compression zone of the concrete. This danger exists especially if the deflections are small. The creep effect was markedly influenced by the age at first loading. Sustained loading of very young concrete caused large deformations. For columns of small slenderness (A = 50) a failure is possible at the end caused by the introduction of the applied force. The first cracks were observed at strains of + 0.2 x 10- 3 to + 0.3 x 10- 3 , independently of the history of the tension zone of the concrete. Sections

22

with cracks on the tension side had also greater increase of strains on the cornpression side than those without cracks. The first cracks appeared always in regular distances at the location of the stirrups and only thereafter cracks could be observed in between. Over gage lengths with cracks large deforrnations were rneasured. Between the cracks no significant changes of deforrnations could be observed. The pararneters which were varied in the four groups of tests had a significant influence on the deflection-tirne behavior of a colurnn. Three different types of deflection curves could be distinguished (fig. 53). The point of inflexion of type 2 gave a clear indication of subsequent failure of the colurnn. The cornparison between the rnaxirnurn rnornent of the tests and the cornputed plastic rnornents was satisfactory. Colurnns loaded with a large excentricity reached the cornputed bending capacity better than those with srnall excentricity. Two different failure rnodes could be observed. Either failure of the cornpression side was indicated by loosening of srnall flackes of concrete over a relatively large zone and necking and fracture of the tensile reinforcernent or the buckling of the cornpression reinforcernent initiated a local failure of the cornpression zone of the concrete.

23

VERDANKUNGEN

Der vorliegende Bericht wurde im Rahmen eines Forschungsprogrammes "Tragfähigkeit von Stahlbetonsäulen unter Berücksichtigung von unelastischen Verformungen" des Instituts für Baustatik, Abt. Massivbau, Eidgenössische Technische Hochschule, ausgearbeitet. Für die finanzielle Unterstützung dieses Programmes möchten die Verfasser dem Schweizerischen Nationalfonds (Projekt Nr. 4388, Kredit Nr. 5.501.306.169) aufrichtig danken. Der experimentelle Teil der Untersuchungen wurde an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Versuchsanstalt (EMPA) in Dübendorf durchgeführt. Für dieses Entgegenkommen möchten die Verfasser Herrn Professor E. Amstutz, Direktionspräsident der EMPA, und Herrn Professor H. Kühne, Vorsteher der Abteilung für Holz und Kunststoffe, ihren besten Dank aussprechen. Die Armierungsstähle für die Versuchsstützen wurden in verdankenswerter Weise von der AG der Von Moos'schen Eisenwerke, Luzern, zur Verfügung gestellt. Bei der Versuchsdurchführung waren die Herren H. Brasey, dipl. Ing. ETH, und L. Pagani, dipl Ing. ETH, mitbeteiligt. Für die Gestaltung dieses Berichtes war Herr G. Göseli verantwortlich, die Zeichenarbeiten besorgte Herr P. Marti, die Druckbogen wurden von Fräulein U. Matthys geschrieben. Für ihre Mitwirkung sei den Genannten, wie auch den übri~en Mitarbeitern des Institutes, bestens gedankt.

24

LITERATURVERZEICHNIS

1

Warner R.F./Thürlimann B.: Einfluss des Betonkriechens auf das Versagen von Stahlbetonsäulen. IVBH-Abhandlungen 1963, 23. Band.

2

Mauch S./Holley M.J.: Creep Buckling of Reinforced Concrete Columns. ASCE Journal No ST4, August 1963.

3

Distefano J.N.: Creep Buckling of Slender Columns. ASCE Journal No ST3, June 1965.

4

Gaede K.: Stahlbetonsäulen unter Kurz- und Langzeitbelastung. Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 129, Berlin 1958.

5

Green R.: Behavior of Unrestrained Reinforced Concrete Columns under Sustained Load. CESRL Dissertation Nr. 66-1, Jan. 1966, University of Texas, Austin.

6

Ramu P.: Langzeitversuche an Stahlbetonstützen. Schweizerische Bauzeitung, 86. Jahrgang, Heft 13, llärz 1968.

7

Lampert P./Wegmüller A./Thürlimann B.: Einfluss der Dehngeschwindigkeit auf Festigkeitswerte von Armierungsstählen. Schweizerische Bauzeitung, 85. Jahrgang, Heft 14, 6. April 1967.

8

Ramu P./Thürlimann B.: Versuchsanlage zur Prüfung von Stützen unter Dauerlast. Schweizer Archiv 1968, lieft 9.

9

Rüsch/Kordina/Hilsdorf: Versuche über das Kriechen unbewehrten Betons. Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 146, 1962.

25

BEZEICHNUNGEN Längen, Flächen und Querschnittswerte 1

Länge der Versuchsstütze

B

Querschnittsbreite der Versuchsstütze

H

Querschnittshöhe der Versuchsstütze

h

Statische Nutzhöhe des Querschnittes

h'. h' Z' D

Abstand der Armierung vom Zug- resp. Druckrand

aB

Bügelabstand

Fe

Querschnitt der Zugarmierung

F' e d

Querschnitt der Druckarmierung Nenndurchmesser der Armierung

e

Exzentrizität der Last

w

Auslenkung der Versuchsstütze

w

Auslenkung der Versuchsstütze in Stützenmitte

0

Kräfte Mittlere experimentelle Dauerlast Theoretische Bruchlast bei zentrischer Belastung Theoretische Bruchlast bei exzentrischer Belastung Theoretisches plastisches Moment bei reiner Biegebeanspruchung Theoretisches plastisches Moment mit Berücksichtigung der Axiallast P Moment, zum Wendepunkt der Auslenkungs-Zeitkurve gehörend Innerer Biegewiderstand Aeusseres Moment

Festigkeitswerte ßw

Würfeldruckfestigkeit des Betons

ßp

Prismendruckfestigkeit des Betons

ßbz

Biegezugfestigkeit des Betons

oel

Elastizitätsgrenze des Armierungsstahles

o0 • 2

Streckgrenze des Armierungsstahles

ßz

Zugfestigkeit des Armierungsstahles

26

Dimensionslose Grössen

~

Fe/BH

~·

F~/BH

A

Schlankheit

AS

Bruchdehnung bezogen auf eine Länge von 5 d

AlO

Bruchdehnung bezogen auf eine Länge von 10 d

AGl

Gleichmassdehnung

~

Kriechzahl

W/Z

Wasser-Zementfaktor

~s

Schwinddehnung

~b

Betondehnung

~in

Unmittelbar nach der Belastung gemessene Betondehnung

~e

Stahldehnung

~

Krümmung

t

Belastungsdauer

t0

Belastungsalter der Stützen

tw

Belastungsdauer beim Wendepunkt der Auslenkungs-Zeitkurve

tBr

Belastungsdauer beim Bruch

27

Durchmesser

Bruchdehnungen

Fläche

Einschnü rung

Anz. Vers.

Festigkeiten

Statische Werte CE ... 0) d

Feff mm2

mm

).5

).10

>.Gl

%

%

%

%

0 0.2 kg/cm 2

ßz kg/cm 2

C1

el kg/cm 2

6

28.8

18

12

7

67.1

4470 + 50

5340 -+ 20

3

10

77.6

20

14

6

67.5

4610 -+ 20

5530 + 20

31

16

197.2

18

11

5

66.1

5280 +170

5900 + 60

-

2

-s 10 /sec)

Dynamische Werte (i: ;; 0.05 6

19

13

7

66.7

4650 + 20

5840 + 30

3580 -+ 170

6

10

20

13

6

65.9

4680

30

5880 + 20

2880 + llO

16

16

15

9

3

64.8

5610

20

6400 + 40

3850 -+

-+ -+

-

-

-

-

80

3

E-Modul : 2.055 · 106 kg/cm2

Tabelle 1: Eigenschaften der Armierungsstähle (gemittelte Werte)

Stützen Nr.

so 3 Gehalt %

Unlösliche Bestandteile %

Glühverluste %

MGOGehalt %

Blaine cm 2 /g

6bz7

6bz28

6w7

6w28

kg/cm 2

kg/cm 2

kg/cm2

kg/cm 2

ll-16

2.62

0.4;5

1. 24

1. 92

2870

96

ll2

461

564

21-25

2.61

0.47

0.99

2.02

2830

91

108

454

573

31;41

2.62

0.40

1.07

1. 81

2800

89

105

464

571

32;33 42;43;44 51-56

2.59

0.47

1. 23

1.92

2880

100

ll2

455

559

2.48

0.77

1. 54

1. 41

2800

99

109

498

601

61-63

2.7

0.4

1.2

1.7

2650

89

104

473

543

64-66

2.2

0.6

1.1

1.6

2660

95

106

465

560

71-74

2840

93

103

473

591

81-83

2820

87

102

492

573

Tabelle 2: Eigenschaften des verwendeten Zementes

28

Gr. Nr.

ßw7

ßw

ßw28

ßw

ßw

W/Z

ßw

Anz. kg/cm 2 Tg* Anz. kg/cm 2 Tg* Anz. kg/cm 2 Tg* Anz. kg/cm2 Tg* Anz. kg/cm 2 Tg* Anz. kg/cm 2 Tg*

1

2

3

4

61

4

280

7

4

405

28

4

435

56

4

504

so 5

0.62

81

4

277

7

4

390

28

4

357

56

4

459

293

0.64

I

41

4

241

8

4

307

28

2

368

273

0.65

L

42

4

230

7

4

289

33

4

319

46

4

341

96

4

353

166

0.65

L

43

4

241

7

4

318

28

4

330

51

4

331

56

4

372

163

0.65

L

44

4

206

7

4

273

27

4

264

23

4

300

62

4

327

161

0.65

L

51

4

272

7

4

474

28

4

503

56

4

555

136

0.63

I

11

3

243

7

3

319

28

3

379

56

4

389

124

0.65

L

12

3

249

7

3

349

28

3

371

56

4

425

379

0.65

L

13

3

241

7

3

336

28

3

349

42

1

356

56

0.65

L

14

3

238

7

3

327

28

5

350

42

2

351

58

0.65

L

15

3

255

7

5

367

28

5

357

42

16

4

216

7

3

277

28

3

280

42

21

4

209

7

4

306

28

4

332

53

4

272

7

4

474

28

4

503

3

282

77

4

337

119

56

4

555

136

2

437

5 20

56 4

355

228

22

4

234

7

4

332

28

4

381

77

4

372

99

2

405

399

23

4

228

7

4

330

28

4

376

77

3

372

122

3

373

214

24

4

247

7

4

321

28

4

342

77

3

354

119

2

361

25

4

197

7

4

274

28

4

300

77

5

299

216

2

290

52

4

272

7

4

474

28

4

503

56

4

555

136

31

4

193

7

4

273

28

3

292

102

1

281

271

32

4

2 20

7

4

299

28

4

294

26

4

336

56

4

365

33

4

220

7

4

315

32

4

329

50

4

310

71

4

353

55

4

282

7

4

403

28

4

454

56

4

464

56

4

282

7

4

403

28

4

454

56

4

464

83

4

277

7

4

390

28

4

357

56

4

459

293

64

4

2 29

7

4

311

28

4

336

109

63

4

280

7

4

405

28

4

435

56

4

504

324

.

322

I

0.65

L

0.65

L

0.65

L

0.63

I

0.65

L

394

0.65

L

365

394

0.65

L

339

392

0.65

L

2

380

1 1

0.63

I

0.65

L

166

0.65

L

170

0.65

L

70

0.63

I

70

0.63

I

0.64

I

0.72

I

SOS

0.62

I

54

4

282

7

4

403

28

4

454

56

4

464

70

0.63

I

62

4

28 0

7

4

405

28

4

435

56

4

504

SOS

0.62

I

65

4

2 29

7

4

311

28

4

336

109

0.72

I

71

4

265

7

4

357

28

4

425

64

4

414

98

0.63

I

82

4

277

7

4

390

28

4

357

56

4

459

293

0.64

I

66

4

229

7

4

311

28

4

336

109

0.72

I

72

4

265

7

4

357

28

4

425

64

4

414

98

0.63

I

73

4

265

7

4

357

28

4

425

64

4

414

98

0.63

I

74

4

265

7

4

357

28

4

425

64

4

414

98

0.63

I

Alter in Tagen Anz.

Anzahl geprüfter und für die Mittelbildung verwendeter Probekörper

L

Labormässige Herstellung der Versuchsstütze

Industrielle Herstellung der Versuchsstütze

Tabelle 3: Würfeldruckfestigkeiten

29

Gr. Nr.

e

H

Fe • Fe Jl=BH ll=BH %

61 81 41 42 43

1

3

4

;>.

Tage

H h' z h'n W/Z

Pn

B

t

cm cm cm

cm

ßw28 kg/cm 2

MTh(P) u cm t

PTh u t

Bemerkungen

265.2 140.9 t Br = 27 282.6 143.4 t Br = 11 226.9 113.8 Kurzzeitversuch 227.2 108.8 tBr = 10 245.0 116.8 tBr = 18 4 213.5 104.4 tBr = 333.0 160.0 tBr = 104 ***

0.84 0.84 0.84 0.84

28 28

100 65.9 100 61.2

25 15 2.9 2.9 0.62 25 15 2.8 2.7 0.64

405 390

0.033 0.84 0.84 0.033 0.84 0.84

28 33 28

100 52. 5* 100 41.6 100 43.5

307 289 318

23 28

100 43.6 100 43.8

25 15 2.7 2.7 0.65 25 15 2.9 2. 7 0.65 25 15 2. 7 2. 7 0.65 25 15 2. 8 2.8 0.65 25 15 2.6 2.6 0.63

319 349

100 34.9

25 15 2.6 2.7 0.65 25 15 2. 7 2.7 0.65 25 15 2. 7 2. 7 0.65 25 15 2.8 2.8 0.65 25 15 2. 7 2.9 0.65 25 15 2.7 2.8 0.65 25 15 2.7 2. 8 0.65 25 15 2. 7 2.7 0.63

277 306

25 15 2.7 2. 7 0.65 25 15 2. 7 2.7 0.65 25 15 2.7 2.7 0.65 25 15 2. 7 2. 7 0.65

332 330 321 274

243.0 120.7 t = 68 Br t = 223.7 120.1 Br 186 *** 259.2 117.7 Kurzzeitversuch 226.9 104.7 tBr = 188 ***

25 15 2.6 2.6 0.63

474

259.1 160.0 tBr = 105 ***

25 15 2. 7 2. 7 0.65 25 15 2.8 2. 7 0.65 25 15 2. 7 2. 7 0.65

273 299 315

192.8 104.4 Kurzzeitversuch 188.7 111.6 tBr = 138 ***

0 0

44 51

0.033 0.84 0.84 0.033 0.84 0.84 0.033 0.84 0.84

11

0.10

0.84 0.84

28

100 15.1

12 13

0.10

0.84 0.84

14 15

0.10 0.10 0.10

0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84

28 28

100 23.4 100 31.1 100 38. 9*

16 21

0.10 0.10

0.84 0.84 0.84 0.84

28 28

53

0.10

0.84 0.84

28

100 33.0 100 26.6 100 47.8•

22 23

0.25 0.25

0.84 0.84 0.84 0.84

28

100 18.9

28

24

0.25

0.84 0.84

28

100 14.0 100 24.1.

25

0.25

52

0.25

0.84 0.84 0.84 0.84

28 28

100 16.4 100 18.9

31 32 33

1.0 1.0

0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84

28 28 28 70

100

8.0*

100 100

7.0 6.4

0.033 0.84 0.15 0.84 0.15

28 28

100 43.5 100 18.7

25 15 2.8 2.5 0.63 25 15 2.7 2.6 0.63

403 403

229.0 128.8 tBr = 240.6 128.8 tBr =

2.15 2.15 0 0.033 2.15 2.15

28 27 60

100 77.5 25 15 2.7 2. 8 0.64 100 44.4 25 15 2.9 2.8 0.72 64.2**

390

64 63

0.25

2.15 2.15

28 56

100 19.2 25 15 2.9 2.9 0.62 35.1**

405

413.8 185.4 tBr = 34 397.6 157.7 tBr = 80 360.0 448.2 183.0 tBr = 477 *** 462.7

54 62

0.033 0.84 0.84

16 56 90

100 44.0 25 15 2.7 2.8 0.63 100 43.7 25 15 2.3 2.5 0.62 49.6**

403

0.033 0.84 0.84

65

0.05

0.85 0.85

28

150 15.9

71 82

0.05 0.05

0.85 0.85 0.85 0.85

28 28

150 14.0 150 10.3

66 72

0.375 0.85 0.85 0.375 0.85 0.85

28 28

150 150

73 74

0.033 0.84 0.84 0.033 0.84 0.84

28 28

55 56 2

%

to

83

1.0

0.25

28 28

273 474

336 327 367

474

7.3~*

6.7 6.2

50 90.0~ 50 65.1

311

228.6 117.1 tBr = 93 *** 261. 2 125.4 tBr = 321 *** 268.0 121.8 tBr = 14 250.7 119.3 Kurzzeitversuch 274.8 130.4 tBr = 4 7 231.2 105.5 t Br = 253.9 113.5 t Br = 199 *** 326.4 160.0 Kurzzeitversuch

.

188.2 116.0 t = 140 *** Br 192.7

405

289.2 140.3 tBr = 26 307.4 140.9 tBr = 153 296.1

25 10 1.7 1.9 0. 72

311

115.1

25 10 1.8 1.8 0.63 25 10 1.8 1.8 0.64 25 10 1.8 1.9 0.72 25 10 1.7 1.9 0.63

357 390

114.0

25 15 2.8 2.8 0.63 25 15 2.8 2. 7 0.63

357 357

311

106.3 91.5

357

92. 7

max Erhöhte Dauerlast

***

Abschliessender Kurzzeitversuch

76.9 tBr 85.4 tBr 95.9 tBr 76.9 tBr

= =

3 27

= 265 *** = 17 85.4 tBr = 26

190.1 127.6 Kurzzeitversuch 237.5 127.6 t Br = 69 ***

p

**

1 39

Tabelle 4: Zusammenstellung der durchgeführten Versuche

30

Gr.

1

4

to

6w28

e

wo

p

M

Tage

kg/cm 2

cm

cm

t

cmt

cmt

41

28

307

0.5

3.83

48.8

211

232

-

14

28

327

1.5

3.63

38.8

198

251

- 21

53

28

474

1.5

4.32

47.8

279

326

- 14

24 31

28

321

3.75

7.74

21.7

250

252

-

28

273

15.0

16.31

6.5

205

186

+

73

28

357

0.5

1. 04

81.3

125

200

- 37

Nr.

max

MTh(P)

liM

u

'l.

9

1 10

Tabelle 5: Vergleich der Mmax =[ P(e +w0 )]max aus den Kurzzeitversuchen mit den berechneten MJh(p)

Gr.

Nr.

t

0

Tage

1

ßw

e

w

p

kg/cm 2

cm

cm

t

5.19

48.7

0

M max cmt

MTh(P)

277

370

tiM

u

cmt

'l.

51

132

555

0.5

11

121

389

1.5

7.67

31.4

287

294

12

349

425

1.5

25.6 27.3

268 279

279

-

2

- 25 2

-

3

21

227

355

1.5

8.94 8.73

273

+

23

214

373

3.75

9.13

20.2

260

253

+

3

25

216

299

3.75

11.10

251

232

+

52 32

133

555

8.67

16.9 21.8

271

278

-

8 3

166

365

15.26

6.9

209

192

+

9

+

16

3.75 15.0

15.27

7.5

228

196

14.03

34.3

609

513

+

19

0.5

8.58

12.2

111

113

-

2

0. 5

1. 20

99.5

170

196

- 13

15.0

33

168

353

2

63

SOS

504

3.75

4

82

293

459

74

97

425

Tabelle 6: Vergleich der Mmax= [P(e +w0 )]max aus den abschliessenden Kurzeitversuchen mit den berechneten MJh(p)

403

405

357

357

54

62

71

72

~-

403

390

83

311

332

22

56

336

13

64

318

405 289

kg/cm 2

ßw28

43

42

61

Nr.

44.0

3.75

0.50

14.0 6.2

43.7/49.6

0.50

0.50

18.7

44.3/64.2

77.5

3.75

0 0.50

18.9

31.1

1. so

3.75

43.5

0.50

114 93

296

289

241

360

414

243

268

245

265 227

41.6

65.9

0 0.50

cmt

t

cm

MTh(P ) u D

PD

e

28 28

56/90

16

28

28 27/60

28

28

28

19 12

100

19

36

27 67

33

10

26

27

153

26

39

80

34

68

14

18

10

11

27

Tage

7

Tage

tBr

20

Tage

0

28 33

tw

t

6.09

2.53

2.79

2.62

7.00

2.85

1. 57

6.14

3.33

2.50

2.64

1. 63

cm

woW

4.21

10.15

3.58

4.50

3.92

7.62

1. 84 2.85

8.22

4.15

3.89

42 64

160

137

215 196

119

184

132 150

107 140

cmt

cm 2.87

Mw

w omax

82

57

251

195

208

144 215

227

184 173

192 186

cmt

M max

0.69

0.38

0.54

0.54

0.81

0.29 0.60

0.56 0.76

0.54

0.40 0.62

MTh(P ) u D

Mw

A = 150 A = 150 0.88

o.so

= 16 Tage = 56 Tage

= )J I = 2, 15 % = )J I = 2,15 % = 0.84 %; )1 1 = 0.15 % t0

t0

)J

)J

)J

0.84 '

t 0 "' 28 Tage A = 100

f.,. -

Bemerkungen

0.85

0.68

0.86

0.35 0.60

0.93

0.65

0.75

0.82

0.72

max MTh(P ) u D

M

Tabelle 7: Vergleich der Mw und Mmax aus den Langzeitversuchen mit den berechneten M:h(P0)

4

3

2

1

Gr.

~

()J

32

e

e

Querschnitt:

~p

p

H Stützentyp >.. ::: 100: l ::: 433cm 8 ::: 25cm H ::: 15cm h' ::: 2,5cm

t

e P

Stützentyp >..

= 50 :

Stützentyp X. ::: 150: l ::: 43 3 cm 8 ::: 25cm H ::: 1 Ocm 2 cm h' :::

l ::: 216 cm 8 ::: 25cm H ::: 15cm h'::: 2,5cm

Variierte Parameter Gruppe

1 2

tyH 0 0,033 0,100 0,250 1 000 0,033 0,25

_ Fe

1 _

Fe' Belastungs

1-L - BH 1-L- BH alter 0/o 0/o t0 {Tage)

~=l.m

0,84

100

0,84

28

H

ßw28

w;z

NE 0,84 2,15

0,15 2,15

28

100 50 150

3

0,033

0,84

0,84

14 56

4

0,033

0,84

0,84

28

Bild 1

Feste Parameter

100

~

Cl

~

Stahlbetonstützen unter Dauerlast Versuchsprogramm

0 0 r

l()

..

e

Po

61,2 0 100 0,84 0,84 29 414 0,64

84•5

Tage kg/cm2

% %

cm

I

100

zoo

Krümmungen

Bild 13 : Versuchsresultate der Stütze 81

f

-I

f-

~-

\\

~-l

I

Auslenkungen

K

~

500

to-•tcl'l\

·l

I

I

I

I

Stoochunqen

.s.~o

-G

-·-+

'

' '

'

-s

-+

-l

-2

.,

J

ii

5 Toge

11 Tage

11 Toge

0 Tage (Lostdouer)

·•

I·-

'=r~

I

-4-

Betondehnungen

31 rl1-

Dauerlost Po R1ssl ost PR 2%o Slohld emung Stohlstouchung 2 °/oo 5 Messung vor Bruch 6 Messung noch Bruch 7 Messung bet VersuchSobbl'uch 8 Zw1schenslufe

1 2 3 4

-

VersU(hsoblouf ·

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2

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6

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Exzenlrrlöl Schlankheil Armierung Zug Druck Betaslungsaller Wurfelfeslrgkeol Wasser- Zementfaktor

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Parameter

1-

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I

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w/z '

0,65

kg/cm2

28 Tage

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6

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Krümmungen

Versuchsresultate der Stütze 41 (Kurzzeitversuch)

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I

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Bild 14

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I

Auslenkungen

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t

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-

Betondehnungen

c•ehii-'-

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I I

I

' I

I

-·

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IS 42]

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Krümmungen

Versuchsresultote der Stütze 42

Parameter :

~ITISt0c111

Auslenkungen

-5

I

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-3

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I I

I

I

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10 Tage

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I

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Belondehnungen

5

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7

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Bild 17

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Poremeier :

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DauerlosI Exzenlrizotät Schlonkheol Armierung Zug DruCk Belastungsalter Wiirfellesltgkeit Wasset - Zementloktor

••

I

318

0 ,65

43,5 0,5 = 100 = 0,84 = 0,84 28 =

=

:

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1()1

Slahlstauchung 2%,o 5 Messung vor Bruch 6 Messung noch Bruch 7 Messung beo Versuchsabbruch 8 Zwischenstufe

2 Rosslos I PR = Po 2 °/oo 3 Slahldetnmg

1 Douertosl

:500

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-

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Versuchsablauf :

-

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Krümmungen

Versuchsresultate der Stütze 43

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Po e

34,9 1,5 100 0,84 0,84 28 368 0,65 % % Tage kg/cm 2

t cm

100

200

Krümmungen

Bild 20: Versuchsresultate der Stütze 15

Parameter :

234567B910cm

Auslenk

'

+----

400

1 2 3 4 5 6 7

10" 6/cm

i

-7

t t t t t t t

Stauchungen

163

--

-6

---

-

Dauerlast Po R1sslast PR" Po Stahldehnung 2 °/oo Stahlstauchung 2 °/oo Messung vor Bruch Messung nach Bruch Messung bei Versuchsabbruch

500

~--r-

1

-,--------t---

Versuchsablaut :

300

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0

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16 1 Dehnungen

7

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Betondehnungen

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Po e

I

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I \ I I -~'

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Krümmungen

Bild 24: Versuchsresultate der Stütze 21

Auslenkungen

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3

4

56

7

14l

9

Parameter

I

,..

Zug Druck Belastungsalter Würfelfest1gkeit Wasser- Zementfaktor

Armierung

100

1,5 cm = = 100 = 0,84 % 1'= 0,84 % 28 Tage to = (328 = 327 kg/cm 2 w/z = 0,65

e X

2,7

Exzentntät Schlankheit

10cm

~

200

Krümmungen

"""

~

500

Versuchsablauf

400

Bild 25: Versuchsresultate der Stütze 14 (Kurzzeitversuch)

2

ls

-6 -7 16' Stauchungen

-5

1 Zul. Last (SIA 56) 2 Risslast 2 %o 3 Stahldehnung 4 Stahlstauchung 2 %o 5 Maximale Last

10- 6/cm

-4

'

-1

\ I

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= 38,9 t Pmax

=

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= 31,0 t

-2

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Betondehnungen

2

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3

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4

5

6

7

16' Dehnungen

-1'

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3

4

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I

7

IS 53!

9

10

Parameter

8

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Exzentrolät Schlankheit Armierung Zug Druck Belastungsalter Würfelfest1gke1t Wasser- Zementfaktor

c:m

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I

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1,5 cm = = 100 = 0,84 % = 0,84 % 28 Tage =

1 2 65

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400

Versuchsablauf

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474 kg/cm2 w/z = 0,63

1-'' to

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Krümmungen

Bild 26: Versuchsresultate der Stütze 53 (Kurzzeitversuch)

2

Auslenkungen

-

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-7

-5

Zul. Last (SIA 56) Risslast 2 °/oo Stahldehnung 2 °/oo Stahlstauchung Ma•imale Last Messung nach Bruch

-6

1--- 1-----

-

Stauchungen

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-

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6

7

16' Dehnungen

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Auslenkungen

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Parameter :

I

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IS 231

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Dauerlast Exzentrizität Schlankheit Armierung Zug Druck Belastungsalter Würfelfestigkeit Wasser - Zementfaktor

cm

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I

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14,1 3,75 100 0,84 0,84 28 330 0,65

2 18 7

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t cm

100

200

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1 2 3 4 5 6 7 8

10- 6/cm

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I

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IS 231

'IÖ3

Dehnungen

234567

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Tage (Lastdauer) Tage

-3

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Betondehnungen

146 Tage 17 Tage

0 0

-4

Pmox; 22,6

Stauchungen

163

I

--~--=~

Dauerlast Po PR; 11,5 t Risslast 2 °/oo Stahldehnung Stahlstauchung 2 °/oo Messung vor Bruch Messung nach Bruch Messung bei Versuchsabbruch Zwischenstufe

500

-

Kurzzeitversuch nach Versuchsabbruch

Versuchsablauf :

""'

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ls 231

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Krümmungen

Bild 27: Versuchsresultate der Stütze 23

-

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Parameter :

10

Dauerlost Exzentrizität Schlankheit Armierung Zug Druck BelostungsaUer Würfelfestigkeit Wasser - Zementloktor

""

\

:

:

:

I

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I

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Tage kg/cm 2

% %

t cm

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1 2 3 4 5 6 7 8

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10· 6/cm

-7

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I

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I

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2

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141 Tage 19 Tage

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0 Tage (Lastdauer) 0 Tage

-·

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Betondehnungen

103 Tage

-5

Pmox = 19,4 t

Stauchungen

.o'

1-

-t-

Dauerlost Po RISslost PR= 5,8 t Stahldehnung 2 °/oo Stahlstauchung 2 °/oo Messung vor Bruch Messung nach Bruch Messung be1 Versuchsabbruch Zwischenstufe

500

:~-=

~

-·-·-·- ·- Kurzzeitversuch nach Versuchsabbruch

Versuchsablauf :

300

"

-

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400

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7

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16,4 3,75 100 : 0,84 fL : 0,84 fL' : 28 to 274 ß2a : w/z = 0,65

Po e X

\

1--'l \

~"".\

j

Krümmungen

Bild 28: Versuchsresultate der Stütze 25

Auslenkungen JS 25j

3

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5

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251

6

7

.,. Dehnungen

-.J

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ls 52)

1

1

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r-

I

10

Dauerlost Exzentrizität Schlankheit Armierung Zug Druck Belastungsoller Würfelfestigkeit Wasser - Zementfaktor

, ..

= = =

L

\

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t cm

Tage kg/ cm 2

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%

87

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10- 6/cm

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I

I

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ls 52)

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Betondehnungen

105 Tage 53 Tage

-5

I

i

'

--

Pmox = 22,4 t

-6

I

---

r- ,--

Stauchungen

1Ci'

-

Dauerlast Po Risslast PR= Po Stahldehnung 2 °/oo Stahlstauchung 2 °/oo Messung vor Bruch Messung nach Bruch Messung bei Versuchsabbruch Zwischenstufe

--- f----

-

- - - - · - Kurzzeitversuch noch Versuchsabbruch

1 2 3 4 5 6 7 8

--

400

Versuchsablauf :

---

...........................

"'

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I

200

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100

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I

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Po e

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I

I

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I

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Krümmungen

Bild 29: Versuchsresultate der Stütze 52

IV'1

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---

I

Parameter :

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irl z:

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~ ~T""

Auslenkungen

163 Dehnungen

7

f---

(J)

"'

IS 22J

10

Parameter :

9

Druck Belastungsalter Würfelfestigkeit Wasser - Zementfaktor

Armierung Zug

Dauerlast Exzentrizität Schlankheit

w /z "

" " " JL " JL' " to " f3za "

Po e X

18,9 3,75 100 0,84 0,84 28 332 0,65 Tage kg/cm 2

%

%

t cm

100

200

Krümmungen

Bild 30: Versuchsresultate der Stütze 22

Auslenkungen

400

Versuchsablauf :

>00

IS 22J

1 2 3 4 5 6 7 8

10~ 6/cm

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18,7 3,75 100 0,84 0,15 29 402 0,63

I 1 1//

kg/cm 2

"'Tage o

%

t cm

\

I

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I

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Versuchsablauf :

..

10- 6/cm

~

-7

-

t

t t

I

t t

Stauchungen

16'

-

Dauerlost Po Risslast PR= 6,6 t Stahldehnung 2 °/oo Stahlstauchung 2 °/oo 5 Messung vor Bruch 6 Messung nach Bruch 7 Messung bei Versuchsabbruch 8 Zwischenstufe 1 2 3 4

500

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js 561

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Krümmungen

Bild 36: Versuchsresultate der Stütze 56

ls 561

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21

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Tage (Lostdouer) Tage Tage Tage Tage

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4

ls 561

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5

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Betondehnungen

5

6

7

16' Dehnungen

"' (}1

5

I

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I

I

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7

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-

I

Parameter :

10

--

I

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Schlankheit Armierung Zug Druck Belastungsalter Würfelfestigkeit Wasser - Zementfaktor

Exzentrizität

Dauerlost

...

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= 77,5 t 0 cm = >. = 100 = 2,15 % /'= 2,15 % /'-' 28 Tage = to ßze = 390 kg/cm 2 w/z = 0,64

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I

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Versuchsablauf :

1 2 3 4 5 6 7

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Auslenkungen

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10

Zug Druck Belastungsalter Wurfeltest•gkeit Wasser - Zementfaktor

Arm1erung

Schlankhell

Ex.zentnZität

Dauerlost

cm

Po

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I

100

200

Versuchsablauf ·

300

1 2 3 4 5 6

400

500

I

I

w- 6/cm

-7

I

I I I I

Stauchungen

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Dauerlost Po Risslost PR= Po Stahldehnung 2 °/oo Stahlstauchung 2 °/oo Messung vor Bruch Messung noch Bruch 7 Messung be1 Versuchsabbruch

I

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Krümmungen

Bild 40: Versuchsresultate der Stütze 54

Parameter :

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-

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I

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Betondehnungen

2

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3

4

54!

5

6

7

1Ö3

Dehnungen

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Schlankheit Arm1erung Zug Druck Belastungsalter Würfelfesligkeit Wasser - Zementfaktor

1,7

Pa e

1,9

Dauerlost Exzentnz1tät

78910c:m

IS 721

=

6,2 3,75 150 0,86 0,86 28 357 0,63

% % Tage kg/cm 2

t cm

100

200

Krümmungen

Bild 46: Versuchsresultate der Stütze 72

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Versuchsablauf ·

300

IS 721

500

10- 6/cm

-+

1

[

·

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1

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-2

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Tage (Lostdouer) Tage Tage Tage Tage Tage

-3

6 Tage

0 0 15 21 21 26

-4

Dehnungen

2 3 4 5 6 7 1 61

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Stauchungen

163

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1 Dauerlost PD PR= 4,7 I 2 Risslost 2 %o 3 Stahldehnung 4 Stahlstauchung 2 °/oo 5 Messung vor Bruch 6 Messung noch Bruch 7 Messung be1 Versuchsabbruch B Zwischenstufe

400

l 1

ls 721

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-

Betondehnungen

(J1

-.J

I I

Parameter

10

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Exzentrität Schlankheit Armierung Zug Druck Belastungsalter Würfelfest1gke1t Wasser- Zementfaktor