Neues Bemessungskonzept für die HALFEN Durchstanzbewehrung ...

DURCHSTANZEN NACH EUROCODE 2 UND ETA 

Neues Bemessungskonzept für die HALFEN Durchstanzbewehrung 

mit neuer europäischer Zulassung 

Dr.-Ing. Marcus Ricker 

Halfen GmbH, Langenfeld 

1


Einleitung 

Doppelkopfanker 

Durchstanzen ohne Durchstanzbewehrung 

Maximale Durchstanztragfähigkeit 

Tragfähigkeit der Durchstanzbewehrung 

Fundamente 

Momenten-Querkraft-Interaktion 

2


Einleitung 

Unterzugsdecke 

Merkmale 

■ Punktförmige Stützung 

■ Höhere Momenten- und 

Querkraftbeanspruchung 

■ Mehrachsialer 

Spannungszustand 

Flachdecke 

3


Einleitung – Versagensarten Flachdecke 

Biegeversagen 

mit Vorankündigung 

duktiles Versagen 

Durchstanzversagen 

ohne Vorankündigung 

meist Kollaps der gesamten Tragstruktur 

4


Einleitung – Rissbild 

5


Einleitung – Versagensarten Durchstanzen 

FM1: Ohne Durchstanzbewehrung 

FM2: Durchstanzbewehrung 

FM3: Maximaltragfähigkeit 

6 

FM4: Außerhalb Durchstanzbew.


Einleitung – Durchstanzbewehrung 

Bügel 

Schrägstäbe 

Doppelkopfanker nach allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung 

7


Doppelkopfanker – Verankerungsqualität 

Bügel 

DKA 

y 

z 

x 

Relativversch. 

Berücksichtigung in EN 1992-1-1 

FE-Modell 

f ywd,ef 

= 250 + 0,25d ≤ f ywd 

Zugkraft 

mit d in Millimeter [mm] 

8


Doppelkopfanker – Vergleich mit Bügeln 

DIN 1045-1 

Bügel α = 1,5 

V Rd,max = α max 

V Rd,ct 

Zulassung 

Doppelkopfanker 

(DKA) 

α = 1,9 

9


Doppelkopfanker – erforderliche Nachweise gemäß ETA 

10


Nachweisschnitte in Eurocode 2 

einwirkende Schubspannung 

v 

Ed 

= 

β⋅V 

u ⋅ d 

i 

Ed 

11


Gedankenmodell 

Durchstanzen = Querkraft 

Ohne Durchstanzbewehrung: 

Kalibrierung über Rundschnittabstand 

Maximaltragfähigkeit: 

Analogie Balken 

12


Durchstanzen ohne Durchstanzbewehrung – Vergleichsrechnung 

Geringe Unterschiede in der 

Tragfähigkeit 

Überwiegend gleiche 

Einflussparameter 

Datenbasis ~ 200 Versuche 

13


Durchstanzen ohne Durchstanzbewehrung – Versuchsauswertung 

v 

Rd 

1 3 

( 100 ⋅ ρl 

⋅fck 

) + 0, ⋅ 

cp 

≤ v 

, max 

, c 

= ,12 ⋅ k ⋅ 

10 σ 

0 

Rd 

Reduzierter Einfluss 

Stützenumfangs: 

14


Durchstanzen ohne Durchstanzbewehrung – Anpassungen NA(D) 

v 

Rd 

1 3 

( 100 ⋅ ρl 

⋅fck 

) + 0, ⋅ 

cp 

≤ v 

, max 

, c 

= ,12 ⋅ k ⋅ 

10 σ 

0 

Rd 

für u 0 

/d < 4: 

C 

Rd 

( 0,1 ⋅u 

/ 0,6 ) 

, c 

= 0,12 

⋅ 

0 

d + 

15


Maximale Durchstanztragfähigkeit – Vergleichsrechnung 

Eurocode 2: 

Durchstanzen = Querkraft 

V Rd,max 

= 

Druckstrebentragf. 

Übrige Normen: 

Durchstanzen ≠ Querkraft 

V Rd,max 

= α ⋅ V Rd,c 

Sind die Unterschiede in der maximalen 

Durchstanztragfähigkeit gerechtfertigt? 

16


Maximale Durchstanztragfähigkeit – Unterschiede Flachdecke/Balken 

Flachdecke 

Balken 

v 

Rd , max max 

⋅vR, 

c 

f ⎞ 

= ⎟ 

⎝ 250 ⎠ 

⎛ ck 

= α vRd 

, max 

0 , 4 ⋅ 0, 

6 ⋅ ⎜1 

− fcd 

Versagen der Druckzonen am Stützenanschnitt 

Versagen der Druckstrebe eines Balkens 

17


Maximale Durchstanztragfähigkeit – Versuchsauswertung 

Rd , max 

= , 4× 

0, 

6 − 

( 1 fck 

) fcd 

v 0 / 250 

Eurocode 2 erreicht nicht das erforderliche Sicherheitsniveau! 

18


Maximale Durchstanztragfähigkeit – Versuchsauswertung 

Starke Streuung 

Stark unterschiedliches 

Sicherheitsniveau 

Keine Unterscheidung 

unterschiedlicher 

Bewehrungssysteme möglich 

Ansatz beschreibt Tragfähigkeit nicht zufriedenstellend! 

19


Maximale Durchstanztragfähigkeit – Anpassung NA(Ö) 

vRd 

,max, 1 

= 140 , vRd 

, c 

für d ≤ 200 mm 

vRd 

,max, 1 

= 165 , vRd 

, c 

für d ≤ 700 mm 

Zwischenwerte interpolieren 

Rd , max, 2 

= 0, 

4× 

0, 

6 − / 

( 1 fck 

) fcd 

v 250 

Ausreichendes Sicherheitsniveau! 

20


Maximale Durchstanztragfähigkeit – CUAP/ETA 

Dübelleisten 

v 

Rd , max 

= 1, 8v 

Rd , c 

bis 2, 

0 v 

Rd , c 

Ausreichendes Sicherheitsniveau! 

21


Maximale Durchstanztragfähigkeit – Nationale Anpassungen 

komplett anders 

V Rd, max = 16 , ⋅ V Rd , c 

Nationale Anpassungen 

für Bügel als 

Durchstanzbewehrung 

V 

Rd, max 

= 2, 0 ⋅ V Rd , c 

V 

= 1,4 ⋅ 

Rd, max V Rd,c 

V 

Rd, max 

= 140 , bis165 , ⋅ V Rd , c 

Übrige Länder: 

Aktuell keine Anpassungen! 

22


Tragfähigkeit der Durchstanzbewehrung – Rechenmodelle 

Eurocode 2 

Eurocode 2 

v 

Rd 

, sy = 0, 

75 ⋅v 

d 

15 , ⋅ ⋅ Asw 

⋅ f 

s 

r 

Rd , c 

+ 

ywd , ef 

⋅ 

u 

1 

⋅ d 

1 

⋅sinα 

33°-Fachwerkmodell + red. Betontraganteil 

33°-Fachwerk unsicher!! 

23


Tragfähigkeit der Durchstanzbewehrung – Anpassungen NA(Ö) 

A sw,NA(Ö) 

= κ sw,i 

A sw,EC 2 

1. Reihe: κ sw,1 

= 1,6 

2. Reihe: κ sw,2 

= 1,6 

weitere Reihen: 

κ sw,i 

= 1,0 

NA(Ö)-Ansatz sicher 

24


Tragfähigkeit der Durchstanzbewehrung – CUAP/ETA 

IMB 

RWTH Aachen HALFEN 

Durchstanzversuche 2000 

Halfen HDB-N-Anker 

Z3 

Aufhängefachwerk ohne Betontraganteil 

V 

Rd , sy 

= 

A 

sw 

η γ 

f 

s 

yk 

mit 

1≥η = 0, 8 + d ≤16 

, 

mit 

d 

in Meter 

[m] 

25


Bemessungsregeln – Konstruktive Durchbildung NA(Ö) 

Bügel: 

Schrägaufbiegung: 

Fundamente/Bodenplatten: 

Maximaldurchmesser: 

Bügel: ∅ ≤ 0,05 d Schrägaufbiegung: ∅ ≤ 0,08 d 

26


Bemessungsregeln – Konstruktive Durchbildung CUAP/ETA 

Flachdecken: 

27


Durchstanzen von Fundamenten – Vergleich Flachdecken/Fundamente 

Flachdecken 

Fundamente 

a/d = 6 – 14 a/d = 2 – 4 

EPF Lausanne, Versuch PG-1 

Flach geneigter Versagensriss 

Steiler Versagensriss 

In Normen meist keine Unterscheidung Flachdecken/Fundamente 

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Durchstanzen von Fundamenten – Vorgehen nach Eurocode 2 

 

Ermittlung von V Rd,c 

und ∆V für 

unterschiedliche Abstände a des 

Nachweisschnittes 

 

Ermittlung der maßgebenden 

Tragfähigkeit 

V Rd 

= min [V Rd,c 

+ ∆V] 

 

Für Einzelfundamente ist eine 

geschlossene Lösung möglich 

29 

29


Fundamente – CUAP/ETA 

 

Berücksichtigung der Schubschlankheit: 

Bodenplatten (= schlanke Fundamente) 

CRd 

, c 

= 0,18 

γ 

c 

für 

d 

a λ 

> 2,0 

0 

Einzelfundamente (= gedrungen) 

 

CRd 

, c 

= 0,15 

γ 

c 

für 

a λ 

d 

≤ 2, 

 

Maximaler Durchstanzwiderstand: 

v 

Rd , max 

=1,5 

v Rd , c 

im maßgebenden Rundschnitt 

 

Durchstanzbewehrung: 

V 

Rd , s 

f 

ywd , ef 

Asw 

; 0, 

8 

= 1 − A / A 

crit 

d 

gedrungen 

schlank 

30


Bemessungsregeln – Zusammenfassung CUAP/ETA 


Flachdecken: 

ν 

Rd , c 

= 0, 

12 k 

FM1: Fundamente : 

ν 

Rd , c 

= C 

Rk , c 

k 

( 100 ρ f ) 

( 100ρ 

f ) 

l 

l 

ck 

ck 

1 3 

1 3 

2d 

a 

FM2: Versagen innerhalb 


v 

Ed 

V 

= β 

u 

i 

Ed 

d 

≤ v 

Rd 

FM4: Außerhalb Durchstanzbew. 31



FM2: 


Flachdecken: 

V 

V 

Rd , sy 

Rd , sy 

1 

= A η 

A 

sw, 

C 

Fundamente : 

= 

sw; 

0, 

8d 

f 

f 

ywd 

ywd 



v 

Ed 

V 

= β 

u 

i 

Ed 

d 

≤ v 

Rd 






v Rd ,max 

= α 

max 

v Rd , 

Flachdecken: β ⋅VEd 

, red 

FM3: v α 

Ed 

max = = 18 , bis≤2 , v0 

Fundamente ui 

: 

α = 1, 

FM1: Maximaltragfähigkeit max 

5 

c 

Rd 







V 

v FM4:ν 

Ed 

= β 

u 

Ed 

Rd , c≤ 

, outv 

= v 

Rd 

Rd , c 

i 

d 

34 

FM4: Außerhalb Durchstanzbew.


Momenten-Querkraft-Interaktion 

35


Momenten-Querkraft-Interaktion – Definition Lasterhöhungsfaktoren 

β = 

max v 

Mittelwert 

Ed 

[kN m] 

v [kN m] 

Ed 

= 

max 

V 

Ed 

v 

/u 

Ed 

i 

[kN m] 

[kN m] 

v 

Ed 

V 

= 

⋅ β 

u 

Ed 

i 

Randstütze: 

β EC 2 

= 1,40 

Innenstütze: 

β EC 2 

= 1,15 (NA(D): 1,10) 

Randbedingungen pauschale Faktoren β: 

keine Einzellasten 

Stützweitenunterschiede 

0,80 ≤ L 1 

/L 2 

≤ 1,25 

36


Momenten-Querkraft-Interaktion – Lasterhöhungsfaktoren in EC 2 

Innenstütze 

Randstütze 

β 

EC 2 

M 

= 1+ k ⋅ 

V 

Ed , Sl 1 

Ed 

⋅u 

⋅W 

1 

(1,10) 

Randstütze 

Nicht zu empfehlen; 

im NA(Ö) nicht zugelassen! 

Eckstütze 

Plastische 

Schubspannungsverteilung 

Konstante Faktoren 

Verkürzte Rundschnitte 

37


Momenten-Querkraft-Interaktion – konstante Lasterhöhungsfaktoren 

Randbedingungen: 

ausgesteiftes System 

Stützweitenunterschiede 

0,80 ≤ L 1 

/L 2 

≤ 1,25 

keine Einzellasten 

38


Momenten-Querkraft-Interaktion – erweiterte Ansätze für β-Faktoren 

max L 1 

/ L 2 

= 7,2/ 5,2 

= 1,38 > 1,25 

Pauschale 

Lasterhöhungsfaktoren 

oft nicht anwendbar! 

Plastische Schubspannung 

Eurocode 2: 

M 

β = 1+ 

k 

V 

Ed 

Ed 

u 

W 

1 

1 

Heft 525 Innenstützen: 

β =1+ 

∆M 

Ed 

/V 

l 

c 

Ed 

l c 

= Stützenbreite 

39


Momenten-Querkraft-Interaktion – genaueres Verfahren EC 2 

Plastische Schubspannungsverteilung: 

v 

Ed 

VEd 

= β ⋅ 

u ⋅ d 

1 

= 

VEd 

u ⋅ d 

1 

⎛ M 

⎜1+ 

k ⋅ 

⎝ V 

Ed 

Ed 

u 

W 

1 

1 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

= 

VEd 

u ⋅ d 

1 

M 

Ed 

+ k ⋅ 

W ⋅ d 

1 

β 

Querkraftanteil 

Momentenanteil 

40


Die Regelungen im Eurocode 2 zum Durchstanzen erreichen teilweise 

nicht das erforderliche Sicherheitsniveau. 

Die notwendigen Anpassungen wurden im NA(Ö) vorgenommen. 

Das Tragverhalten von gedrungenen (Einzel-)Fundamenten 

unterscheidet sich von Flachdecken und ist abweichend zu regeln. 

Eurocode 2 bietet neue Verfahren zur Ermittlung der Lasterhöhungsbeiwerte. 

Doppelkopfanker nach ETA werden wieder höhere Tragfähigkeiten im 

Vergleich zu Bügeln nach Eurocode 2 + NA(Ö) erreichen. 

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