vsvi-seminar 16-2015/2015 „nachrechnung und...
TRANSCRIPT
Koblenz, 15. September 2015
Jürgen Schnell / Michael Weber
Materialkennwerte für die Nachrechnung VSVI-Seminar 16-2015/2015
„Nachrechnung und Ertüchtigung von Brücken“
Bundesarchiv Koblenz, Potsdamer Straße 1, 56075 Koblenz-Karthause
historischer Normenverlauf im Stahlbetonbau in Deutschland
Zeitraum Bemessung Festlegung der
Materialeigenschaften
Materialprüfung (Druckfestigkeit)
1904-1907
Preußische Bestimmungen
17.04.1904
Preußische Bestimmungen
17.04.1904
-
1907-1916
Preußische Bestimmungen
24.05.1907
Preußische Bestimmungen
24.05.1907
-
1916-1925 DAfEb
13.01.1916
DAfEb 13.01.1916
Anhang DAfEb 13.01.1916
1925-1932 DIN 1045
September 1925
DIN 1045 September 1925
DIN 1048 September 1925
1932-1937 DIN 1045 April 1932
DIN 1045 April 1932
DIN 1048 April 1932
1937-1943 DIN 1045 Mai 1937
DIN 1045 Mai 1937
DIN 1048 Oktober 1937
1943-1959 DIN 1045 April 1943
DIN 1045 April 1943
DIN 1048 1943 x
1959-1972 DIN 1045
November 1959
DIN 1045 November 1959
DIN 1048 1943 x
1972-1978 DIN 1045
Januar 1972
DIN 1045 Januar 1972
DIN 1084 Blatt 1-3 Februar 1972
DIN 1048 Blatt 1 Januar 1972
1978-1988 DIN 1045
Dezember 1978
DIN 1045 Dezember 1978
DIN 1084 Teil 1-3 Dezember 1978
DIN 1048 Teil 1 Dezember 1978
1988-2001 DIN 1045 Juli 1988
DIN 1045 Juli 1988
DIN 1084 Teil 1-3 Dezember 1978
DIN 1048 Teil 1 Dezember 1978+
Juni 1991
2001
DIN 1045-1 Juli 2001
+Berichtigung 2 Juni 2005
DIN EN 206-1 Juli 2001
DIN 1045-2 Juli 2001
DIN 1048 Teil 5 Juni 1991
DIN EN 12390-1 Februar 2001
DIN EN 12390-2 Juni 2001
DIN EN 12390-3 April 2004
2008
DIN 1045-1 August 2008
DIN EN 206-1 Juli 2001
DIN 1045-2 August 2008
DIN 1048 Teil 5 Juni 1991
DIN EN 12390-1 Februar 2001
DIN EN 12390-2 August 2009
DIN EN 12390-3 Juli 2009
Zeitraum Bemessung Festlegung der
Materialeigenschaften
Materialprüfung (Druckfestigkeit)
historischer Normenverlauf im Stahlbetonbau in Deutschland
Zylinderförmige Prüfkörper (150/300)
Druckfestigkeitsprüfung nach 28 Tagen
Charakteristische Betondruckfestigkeit fck
Referenzlagerung nach DIN EN 12390-2 bis zur Prüfung unter Wasser
Maßgebende Materialeigenschaft des Betons nach Eurocode 2
Charakteristische Druckfestigkeit fck
f(fc)
Density Plots (1 Graphs) - [Plot]
22.0 26.0 30.0 34.0 38.0 42.0 46.0 50.0 54.0 58.0 62.00.0007
0.0091
0.0176
0.0260
0.0344
0.0428
0.0513
0.0597
0.0681
0.0766
0.0850Relativ e Frequency
Value of X
fcNormal (Gauss)
5%-Quantile der Grundgesamtheit (Stichprobenumfang n)
= Mittelwert
= Standardabweichung
Zeitraum Referenzform der Probekörper zur Ermittlung Betondruckfestigkeiten Definition Druckfestigkeit
1904-1916 Würfelform, Kantenlänge = 30 cm
1916-1925 Würfelform, Kantenlänge = 20 cm
1925- 1972 Würfelform, Kantenlänge = 20 cm
1972-1988 Würfelform, Kantenlänge = 20 cm
1988-2001 Würfelform, Kantenlänge = 20 cm
ab 2001 Zylinderform, Durchmesser/Höhe = 15/30 cm
Definition der Betonfestigkeit
mittlere Druckfestigkeit
300er / 200er Würfel
27 Tage „trocken“ gelagert
Betongüten ab 1943
Definition der Betonklassen 5%-Quantile der Grundgesamtheit
200er Würfel
27 Tage „trocken“ gelagert (D)
Definition der Betonklassen 5%-Quantile der Grundgesamtheit
150er Zylinder
27 Tage nass
„Trockenlagerung“: 7 Tage feucht, 21 Tage trocken
Referenzlagerung 28 Tage feucht
0,92 C50 / 60c,cube150
c,dry
ff
150er
Umrechnungsfaktoren: Lagerungsfaktor
Umrechnungsfaktoren Probekörpergeometrie
20
31,11c,cube 0
200/300c,cube 00
f= k =
f
300er 200er
15
2
c,cube 0150/200
c,cube 00
f= k =1,05
f
200er 150er
Umrechnungsfaktoren Probekörpergeometrie
31,167c,cube150
150/300c,cube 00
f= k =
f
300er 150er
0,82c,cylcyl/cube
c,cube150
f= k =
f
150er 150/300
1ck cm,cube200 150 / 200 cube / cyl L(0,05)f f k k k
Betonfestigkeiten von 1916 bis 1943
1(0,05) 1,645
?
Würfelgröße Würfel/Zylinder Lagerung Umrechnung
Umrechnung mittlerer Druckfestigkeiten in charakteristische Druckfestigkeiten
[kp/cm²]
Streuungsverhalten der Betondruckfestigkeit auf Baustellen der 1950er Jahre
[Rüsch 1969]
5 N/mm²
fcm (200er Würfel) [kp/cm²]
Güteüberwachte Betone von 1943 bis 1972 Zu erfüllende Güteanforderungen während der Bauausführung: Mittelwert aus einer Serie von drei Würfeln geforderter Mittelwert und
jeder Einzelwert 0,85·geforderter Mittelwert.
ck cm,cube200 150 / 200 cube / cyl Lf 0,85 f k k k
5 % - Quantilwert entspricht 0,85 x Mittelwert [BAUINGENIEUR 12/2010]
Betonfestigkeiten von 1972 bis 2001
WN ck,cube200
ck ck,cube200 150 / 200 cube / c Lylk k kβ ff f
WN als 5%-Quantile der Grundgesamtheit festgelegt
Betonfestigkeiten von 1980 bis 1990 nach TGL 33411-01:1979 (DDR)
ck ck,cube150 cube / cyl Lf f k k
Leitsätze 1904 Nicht magerer als 1 : 3 Gewichtsanteile Portlandzement : Sand
Bestimmungen 1907 In der Baubeschreibung war die 28-Tage-Würfeldruckfestigkeit festzulegen
Bestimmungen 1916 Erstmals Hochofenzement zugelassen
Bestimmungen 1925 Mindestzementgehalt 300 kg/m³ für Außenbauteile
Bestimmungen 1932 Maschinelle Mischung wird zum Regelfall
Stahlbetonbestimmungen 1943 (DIN 1045) Klasseneinteilung B 50 bis B 300
Erstausgabe DIN 4227 (Spannbeton): 1953
Standardabweichung der Betonfestigkeiten ist abgängig von
• technischen und betrieblichen Einrichtungen der Betonbereitung
• Sorgfalt und beruflichen Qualifikation der Belegschaft
• Witterung
• Dauer der Betonierarbeiten
• Grad der Überwachung
• Gleichmäßigkeit der Grundwerkstoffe
Charakteristische Streckgrenzen und Duktilitätsklassen von Betonstabstählen verschiedener Zeitperioden
Vor 1943 allgemein nur Mindestanforderungen an die Zugfestigkeit (außer St 52)
- bei bis 1953 errichteten Tragwerken nur zur Vorbemessung
- wenn keine eindeutige Zuordnung zu Materialeigenschaften möglich ist, nur zur Vorbemessung
- zur abgesicherten Bewertung sind die charakteristischen Kennwerte durch Werkstoffuntersuchungen zu verifizieren
Tab 11.3
15.09.2015 31
Spannungs-Dehnungs-Linie Betonstahl
Für BSt 500 und BSt 420 Anstieg der Arbeitslinie ausnutzbar!
Charakteristische Festigkeit fyk „historischer“ Betonstähle
Hinsichtlich der Prüfbedingungen keine Umrechnungsfaktoren notwendig.
Zuordnung in Duktilitätsklassen für vor 1972 produzierte, kaltverformte Betonstähle ohne nähere Untersuchungen nicht möglich.
Elastizitätsmodul für alle Betonstähle ES = 200.000 N/mm²
Quergerippter Betonformstahl
Rippen-Torstahl
HI-BOND-A-Stahl
Quelle: Bindseil - 2002
Rechenwerte für Spannstahl
• Angaben nur gültig, wenn Spannstähle eindeutig einem Erzeugnis zugeordnet werden können
• die Zulassung des verwendeten Spannstahls sowie Spannverfahrens muss vorliegen • die maßgebenden Materialkennwerte sind den Zulassungen zu entnehmen
15.09.2015 36
DAfStb-Forschungsvorhaben TU Kaiserslautern Zilch + Müller Ingenieure Autoren UA Bauen im Bestand
Prof. Schnell, TU Kaiserslautern (Obmann)
Dr. Brauer, Dormagen Dr. Fingerloos, DBV Prof. Grünberg, TU Hannover Prof. Marx TU Hannover Prof. Maurer, TU Dortmund Stauder, VBI Prof. Zilch, TU München
Sachstandsbericht Heft 616
Sachstandbericht zur Festlegung mechanischer Kennwerte historischer Betone, Betonstähle und Spannstähle für die Nachrechnung von bestehenden Tragwerken
2015
15.09.2015 38
Spannstahl – DIN EN 1992-1-1 idealisiert
Bemessung
fp0,1k: in Zulassungen mit Bezug auf DIN 4227 nicht angegeben! Graphische Ermittlung aus der Spannungs-Dehnungs-Linie
fpk: entspricht unabhängig vom Zeitraum dem zweiten Wert der Stahlgüte
εuk: Gesamtdehnung bei Höchstlast (=Agt); in älteren Zulassungen nicht explizit angegeben! Graphische Ermittlung aus der Spannungs-Dehnungs-Linie
15.09.2015 39
Graphische Ermittlung der 0,1 %-Dehngrenze
Falls in der Zulassung für den Bereich plastischer Spannstahldehnungen ein Streubereich möglicher Spannungs-Dehnungs-Linien angegeben ist, sind die charakteristischen Werte an der unteren Kurve abzulesen.
15.09.2015 40
Graphische Ermittlung charakteristischen Bruchdehnung
Falls die Spannungs-Dehnungs-Linien in älteren Zulassungen nicht bis zum Erreichen der Zugfestigkeit dargestellt sind, kann die maximal angegebene Dehnung auf der Abszisse als Abschätzung für εuk verwendet werden.
15.09.2015 41
Spannstahlzulassungen
Quelle: DAfStb-Sachstandbericht
Im Sachstandbericht sind für ausgewählte Zeitpunkte ab 1958 ca. 400 in der BRD und der DDR zugelassene
Spannstähle einschließlich der wichtigsten Materialkennwerte aufgelistet!
15.09.2015 42
Teilübersicht der 1960-2019 in der BRD und DDR zugelassenen Spannverfahren
In Sachstandbericht ca. 400 bauaufsichtlich/baupolizeilich zugelassene Spannverfahren aufgelistet!
15.09.2015 44
Korrosionsversuche erstmals 1978 gefordert. Spannungsrisskorrosionsgefährdete Spannstähle
Spannungsrisskorrosion
Quelle: Lingemann - 2010
Rechenwerte für Baustahl
• charakteristische Materialkennwerte für vor 2000 errichtete Tragwerke aus Tabelle 11.9 • charakteristische Materialkennwerte für danach errichtete Tragwerke aus DIN-Fach-
bericht 103 • Eigenschaften von Schweißeisen (Verwendung von 1850 bis 1895) streuen stark und
können in Längs-, Quer- und Dickenrichtung stark voneinander abweichen → Tabellenangaben gelten nur für die Längsrichtung.
Ermittlung von charakteristischen Werkstoffkenngrößen aus vorliegenden Bauwerksdokumenten
unberücksichtigt • Nacherhärtung des Betons
• tatsächliche charakteristische Werte verwendeter Materialgüten eines Bauwerks (Vorhaltemaße bei Produktion)
tabellierte charakteristische Werte • Grundlage für eine erste Vorbemessung
• Tabellenwerte sind anhand von Bauwerksuntersuchungen zu verifizieren
Ermittlung von Werkstoffkenngrößen durch Untersuchungen am Bauwerk
Charakteristische Materialeigenschaft
p-Quantile der Grundgesamtheit
(Stichprobenumfang n)
Schätzung des p-Quantils aus der Stichprobe
(Inferenz)
Density Plots (1 Graphs) - [Plot]
22.0 26.0 30.0 34.0 38.0 42.0 46.0 50.0 54.0 58.0 62.00.0007
0.0091
0.0176
0.0260
0.0344
0.0428
0.0513
0.0597
0.0681
0.0766
0.0850Relativ e Frequency
Value of X
fcNormal (Gauss)