3 sofortige und 3 zeitabhängige Spannkraftverluste
Sofortige Verluste (t=0) :
Verluste aus Reibung zwischen Spannglied und Hüllrohr bzw. an Umlenkstellen
Verluste infolge Keilschlupf (nur bei Spanngliedern, die durch Keile verankert werden)
Verluste aus der elastischen Verformung des Betonbauteils
Zeitabhängige Verluste:
Verluste aus KS: Kriechen, Schwinden, Relaxation
Im Allgemeinen sind die Verluste abhängig von der Position in Bauteillängsrichtung
Spannungs- Dehnungs-Verlauf Kriechen
Definiere die drei Begriffe Kriechen, Schwinden und Relaxation
Kriechen: Kriechen ist die zeitabhängige Verformungszunahme unter einer konstanten Spannung sigma infolge der Viskosität des Zementsteins
Schwinden: Schwinden ist die zeitabhängige, jedoch spannungsunabhängige Abnahme des Betonvolumens
Relaxation: ist Spannungsabfall in einem viskoelastischen Material unter konstanten Dehnung
Unterschied plötzlicher und langsamer Stützensenkung
Plötzlich auftretender Zwang> rasch auftretende Zwangs-SGR> Abbau durch Kriechen des Querschnitts- Langsam auftretender Zwang:> langsam auftrenende Zwangs-SGR> Abbau der SGR bereits bei entstehen (Kriechen)
Querzugspannungen aus Vorspannung im Steg von Hohlkasten
Zug in Bodenplatte
erzeugt durch geneigte Spannglieder
3 Querschnittsformen (Brutto-, Netto- und ideell), beschreiben wie man diese bestimmt und für jedes ein Beispiel nennen, wann man diesen hernimmt
Brutto
Netto
Ideel
Bestimmen
entspricht homogenem Betonquerschnitt mit den äußeren ABmessungen des realen Querschnitts (keine Berücksichtigung des Stahls oder Hüllrohre)
siehe Bild im Anhang
Wofür?
Verwendung als Näherung bei der Vorbemessung
Bauzustand (Berücksichtigung vorhandene Hohlräume wie z.B. nicht verpresste Hüllrohre)
Endzustand: Nach Herstellung des Verbundes durch Einpressen des Verpressmörtels in die Hüllrohre
Brutto:
Netto:
Ideel:
volle, beschränkte und teilweise Vorspannung
Volle Vorspannung
Beschränkte Vorspannung
Teilweise Vorspannung
unter Gebrauchslasten, also unter ständigen Lasten, voller Verkehrslast keine Zugspannungen im Beton - vollständig überdrückt (hohe Gebrauchsanforderungen z.B. Eisenbahnbrücken)
Unter Hauptlasten sind Zugspannungen bis zur Zugfestigkeit des Betons erlaubt. (—> Dekompression)
sigma c <= fctm
Verstärkung durch Spannglieder, unter Gebrauchslasten planmäßig gerissen
sigma c >= fctm
Spanngliedlage bei rotationssymmetrischem Flüssigkeitsbehälter (innen, außen oder Schwerachse)
Optimalerweise vom Hebelarm außen; allerdings zentrische Vorspannung aufgrund möglich abplatzender Betondeckung sinnvoller
Sehr große Aufgabe: Platte auf Unterzüge auf Stütze gegeben, Schneelast angegeben. Man soll die Biegebewehrung der Platte bestimmen. Es waren keine Formeln gegeben. Eigengewicht ausrechnen, Moment ausrechnen und dann Biegebewehrung
Zwei Einflüsse auf die Durchbiegung nennen
Spannweite der Brücke
Steifigkeit
Zwei typische Langzeitschäden bei Spannbetonbauteilen
Korrosion des Spannstahls - Spannungsrisskorrosion
Ermüdungsthematiken
Unterschiede Spannstahl und Betonstahl
unterschiedliche Stabdurchmesser
unterschiedliche Verbundbedingungen
unterschiedliche Oberflächenprofilierung
Querkraftanteile Spannglieder bei beidseitg veränderlicher Bauteilhöhe
Krafteinleitung und bauliche Durchbildung Verankerung Spannglieder
Differenziere Oberflächen-, Robustheits- und Querkraftmindestbewehrung
Oberflächenbewehrung
Robustheitsbewehrung
Querkraftmindestbewehrung
Zur Begrenzung der Breite von Schwindrissen und Rissen infolge abfließender Hydratationswärme (orthogonales Bewehrungsnetz)
“Mindestbewehrung zur Sicherstellung eines duktilen Bauteilverhaltens” (aus Bemessung für das Rissmoment)
Bei Balken: hat die Aufgabe bei der Entstehung eines kritischen Schubrisses, frei werdende Zugspannungen aufzunehmen, damit kein schlagartiges Versagen eintritt.
Wie wirkt der statisch unbestimmte Anteil der Vorspannung auf das System? (Beispiel Standard System DLT)
Im Feld belastend, Im Stützmoment entlastend
Vor- und Nachteile verbundlose Vorspannung
Vorteile
Nachteile
Hochwertiger, dauerhafter Korrosionsschutz
Streckgrenze des Spannstahls kann im GZT nicht ausgenutzt werden (geringer Spannungszuwachs im GZT)
Geringere Reibverluste
Hohe konzentrierte Lasten an Verankerungs- und Umlenkstellen
Einfache Bauwerksinspektion
keine Verbundreserve
Nachspannen möglich
interne verbundlose Vorspannung
Was ist die Nachlasslänge?
- Einflussbereich des Anker-/Keilschlupfes welches durch Reibung begrenzt wird. Am Ende des Nachlassweges ergibt sich durch den Schlupf gerade keine Verschiebung mehr
Die Nachlasslänge ist die Einlfusslänge des Keilschlupfs ab dem Punkt, wo die Spannglieder mit Keilen verankert wurden.
Externe Vorspannung (verbundlos)
Was muss man machen um lineare Spannbettvorspannung der Belastung anzupassen?
Umlenkstelle oder Wahl Vorspannung mit Hüllrohr im nachträglichen Verbund
Wofür ist der Beiwert X?
Der
Relaxationsbeiwert χ(t, to) berücksichtigt den zeitlichen Verlauf der Spannungen
sowie die mit zunehmendem Betonalter verminderte Kriechfähigkeit des Betons.
Sofern stetig veränderliche Spannungen vorliegen, darf der Beiwert χ(t, t0) konstant
mit 0,8 angenommen werden.
Was hilft gegen nichtlineares Kriechen?
Begrenzung der Betondruckspannung mit 0,45fck in der quasi-ständigen EWK
- Zunehmender Hydratationsgrad/ Späterer Belastungsbeginn führt zur Abnahme von Kriechverformungen
Wie wirkt sich eine Stützensenkung am ungünstigsten für Feld- und Stützmoment aus? (DLT)
Wo sind Koppelstellen beim Taktschieben sinnvoll?
Staffelung der Vorspannung:-alternierend, jeweils über 2 Takte laufend-Kopplung in den Taktfugen-jeder neue Takt erhält 50% Vorspannung Abstimmung der Fertigung darauf-Abstand Hilfsunterstützungen im Taktkeller
(In Fahrbahnplatte und Flansch)
- Kopplung ist möglichst gleichmäßig über die Höhe zu verteilen (bspw. Kopplung der Spannglieder von BA1 zu BA2)
Welche Vorschubrüstungstypen gibt es?
Welche Nachteile kennen Sie bezüglich des Einsatzes von Vorspannung?
Erhöhter Planungsbedarf (meist höher ausgenutzte Bauteile)
- Erhöhte Ausführungsgenauigkeit erforderlich (Kostenintensiv)
- Hohe Materialkosten für Spannstahl/Anker
- Aufwendiger dauerhafter Korrosionsschutz
- Ungeeignet für große Lastschwankungen
- Ermüdungsfestigkeit des Spannstahls im Verbund in Zustand II gering
- Genaue Betrachtung der Bauzustände notwendig + wirksamer Querschnitt
Wodurch wird die Anordnung der Spannglieder maßgeblich beeinflusst
Vorgeschriebene Achs - und Randabstände
Betondeckung
Welche Nachweise/ Eigenschaften sind bei der Wahl von Spannbeton vordergründig?
Verbesserung der Dauerhaftigkeit und Gebrauchstauglichkeit (GZG)
Weshalb ist bei Spannbetonbauteilen eine hohe Rechengenauigkeit erforderlich?
- i.d.R. höher ausgenutzt- Differenz großer Zahlen Vorspannung>Einwirkung
Welche Vorspannarten kennen Sie?
- Vorspannung mit sofortigem Verbund (Spannbettvorspannung)
- Vorspannung mit nachträglichem Verbund
- Externe Vorspannung
- Interne verbundlose Vorspannung
Welcher Effekt tritt bei Vorspannung mit sofortigem Verbund auf?
Abnahme der Spannstahlspannungen durch elastische Verkürzung von Beton und Spannglied
Benennen Sie den maßgeblichen Unterschied zwischen Interner Vorspannung im bzw. ohne Verbund.
Verpressen mit Schutzmasse gegen Korrosion anstatt Verpressen mit MörtelMörtel > VerbundSchutzmasse > Verbundlos
Welche Zulassungen sind für Spannstahl bzw. Spannverfahren nötig?
Sowohl Spannstahl als auch Spannverfahren sind zuzulassen.
Welche nachteiligen Effekte ergeben sich aus der Verwendung externer Vorspannung?
Reduzierte Zugänglichkeit der Betonoberfläche - Kleiner Hebelarm > hohe erf. Spannkraft mit hohem Spannstahlbedarf - Aufwendige Anker- und Umlenkkonstruktionen - Hohe Genauigkeit (hohe/konzentrierte Kräfte) - Keine direkte Anpassung an Momentenverlauf - nur abschnittsweise gerade Spanngliedführung möglich - Lokaler Ausfall SPG = Globaler Ausfall SPG - Freiliegende SPG können durch Feuer/Vandalismus beschädigt werden - Gefahr von Beschädigung der Hüllrohre an Umlenkstellen
Warum werden gerade Litzen teilweise am QS-Rand abisoliert?
Vorspannung im Vergleich zur Belastung zT zu groß
Beschreiben Sie den Vorgang bei Spannbettvorspannung.Wie erfolgt die Übertragung der Spannkraft?
Spannen des Spannstahls im Spannbett mit Verankerungsblöcken (Spannstuhl)
- Betonieren des Bauteils (SPG in Frischbeton)
- Lösen der Verankerung nach Erhärten des Betons > Übertragung der Vorspannkraft auf Beton erfolgt über Verbund zwischen Spannstahl und Beton,
Eintragungslänge Vorsicht: Spannkraftverluste durch elastische Verkürzung des Betons
Welche allgemeinen Unterschiede zwischen Spannstahl/ Betonstahl kennen Sie?
Unterschiedliche...
- Durchmesser
- Oberflächenprofilierung
- Verbundbedigungen
- Zugfestigkeiten Spannstahl
ständig hohes Spannungsniveau, entsprechend empfindlicher als Betonstahl betreffend Korrosion/ Sprödheit
Welche Maßnahmen können zur Verminderung der Spannkraftverluste getroffen werden?
- Anspannen von beiden Seiten
- Wechselseitiges Anspannen - Kurzfristiges Überspannen, anschließend Nachlassen
- Spanngliedverlauf anpassen
- Keilschlupf verringern mittels Einsatz von Einpresskeilen statt Gleitkeilen Gleitkeil: loser Keil wird in Keilsitz gezogen > Delta lsl 7-10mm Einpresskeil: Hyraulisch eingepresst > Delta lsl 1-3 mm
Wie lassen sich Spannkraftverluste aus Reibung minimieren?
- Spannen von beiden Seiten
- Wechselseitiges Anspannen
- Kurzzeitiges Überspannen mit Nachlassen
Was ist Kriechen und was ist unter nichtlinearem Kriechen zu verstehen?
Kriechen ist die zeitabhängige Dehnungszunahme des Betons unter ständiger Belastung (Zementsteinmatrix)
Unter nichtlinearem Kriechen wird eine überproportionale Zunahme der Kriechverformungen verstanden, welche sich vereinfacht durch verstärkte Mikrorissbildung in hohen Spannungsniveaus des Betons erklären lässt
Wie können zeitabhängige Verluste durch Schwinden minimiert werden?
- Nachbehandlung des Betons
- Verhältnis Oberfläche/Volumen begrenzen (kompakte Bauweise)- steife Zuschläge vermindern Schwinden> Festere Betone schwinden weniger
Wie lassen sich zeitabhänige Verluste durch Relaxation des Spannstahls vermindern?
- Stahlspannungen begrenzen
- Temperaturen minimieren
Warum rinf, rsup
Berücksichtigung möglicher Streuungen
Welche Litzen sollten beim Vorspannen zuerst vorgespannt werden? Was gilt es zu beachten?
- Überspannen der zuerst angespannten Spannglieder, da durch Spannen der folgenden Spannglieder Verluste in den zuerst angespannten SPG auftreten
- Beginnend mit Litzen mit geringer Krümmung, durch Reibung und Entlastung gekrümmter Litzen würde viel Spannkraft verloren gehen/ Beton nur wenig gedehnt
Welche Maßnahmen können getroffen werden, wenn die Betondruckspannungen im Bauzustand größer 0,45 fck sind? (nichtlineares Kriechen)
- Aufbringen der Vorspannung zu einem späteren Zeitpunkt
- Anpassung der QS-Geometrie
- Erhöhung der Betonfestigkeitsklasse
- Reduktion der Vorspannung
- Schrittweises Aufbringen der Vorpannung mit gleichzeitigem Aufbringen der Ausbaulast
Welche Auswirkungen hat die Vorspannung auf die Querkrafttragfähigkeit?
- Geringere Neigung der Risse
- Bessere Rissverzahnung (Flache Druckstrebenneigung)
- Teil der Vertikalkraft wird durch Spannglied übertragen > i.d.R. Verringerung der Schubbeanspruchung
Wovon ist das Kriechverhalten des Betons abhängig?
- Spannungsniveau (Spannung>Kriechen)
- Grad der Hydratation (Späterer Belastungsbeginn > geringere Kriechverformung)
- Wassergehalt, Anmachwasser (NICHT w/z)- Grund- und Trocknungskriechen abhängig von Umgebungsfeuchtigkeit und Temperatur
Welche Spannungsbegrenzungen sind im GZG für die Betondruckspannungen einzuhalten, nennen Sie jeweils einen Grund.
Spannung unter qu.-stä. EWK: < 0,45 fck> Vermeidung nicht lineares Kriechen
Spannung unter seltener EWK: < 0,6 fck> Vermeidung von Mikrorissen, chlor- bzw. karbonatisierungsinduzierte Korrosion
Welche Spannungsgrenzen sind im GZG für Beton- bzw. Spannstahl einzuhalten? Nennen Sie jeweils eine Begründung.
Betonstahl:Seltene EWK: < 0,8 fyk (1,0 fyk bei reinem Zwang)> Überschreitung der Grenzen führt zu plastischen Stahldehnungen > ständig offene Risse/ große Verformungen
Beschreiben Sie die Relaxation, nennen Sie den Relaxationsbeiwert. In welchem Bereich bewegen sich die Relaxationsverluste im Spannstahl?
- Beiwert X = 0,8 (nach Trost bei veränderlicher Spannung)
- Spannungsabfall im viskoelastischen Material unter konstanter Dehnung. Relaxationsverluste wachsen überproportional zur vorhandenen Spannstahlspannung
- Verluste ca. 3-5%
- Treten schnell auf erste 28 Tage ca. 30% des Endwerts bereits erreicht Zeichnen nicht vergessen!
Aus welchen Bestandteilen setzt sich die Gesamtschwinddehnung des Betons zusammen?
- Trocknungsschwinddehnung: Volumenreduzierung infolge Feuchtigkeitsabgabe
- Autogenes SchwindenVolumenverringerung durch innere Selbstaustrocknung mit fortschreitender Hydratation des Zementsteins (Hier wird chemisches Schwinden berücksichtigt = Aufnahme von Wassermolekülen des Zements bei Hydratation)
Beschreiben Sie die Spannungsrisskorrosion.
- Tritt ab Alter von ca. 30 Jahren auf
- Schlagartiges Werkstoffversagen Ablauf: > Korrosion des Spannstahls > Diffusion Wasserstoff in Spannstahl > Anriss des Spannstahls > Risswachstum bis Versagen
Welchen Einfluss hat die Querschnittsform bzw. die Festigkeit auf die Spannungsrisskorrosion?
- Ovaler Spannstahl ist empfindlicher als runder Spannstahl
- Zunehmende Festigkeit, Zunehmende Empfindlichkeit (proportional)
Welche Faktoren sind förderlich für die Spannungsrisskorrosion?
- Chloride
- Fremdmetallkontakt
- Verpressfehler
Weshalb sind Mindestkrümmungsradien einzuhalten?
Durch Krümmung der Spannglieder entstehen Biegespannungen in den Stäben/Litzen. Zulässige Spannung nicht überschreiten > Mindestkrümmungsradien einhalten
Weshalb werden die zulässigen Spannungen der Spannelemente begrenzt?
- Korrosionsempfindlichkeit- Ermüdungsempfindlichkeit- Fließgrenze soll nicht überschritten werden > plastische Verformungen sind beim Vorspannen zu vermeiden.
Wozu dient die Berechnung der Verluste aus elastischer Betonverkürzung?
- Ermittlung der Pressenkräfte/ Anspannwege zur Erstellung einer Anspannanweisung
Aus was setzt sich der Spannweg zusammen?
Verlängerung Spannstahl (Dehnung) + Verkürzung Beton (Stauchung)
Was verstehen Sie unter "freier Spanngliedlage"?
- Verfahren zur Verlegung der verbundlosen Spannlitzen
- Keine Unterstellung der Spannglieder
- Spannglieder werden nur an den Hochpunkten mit der oberen, schlaffen Bewehrung an jeweils 2 Stellen verbunden und hängen sonst frei. Im Feldbereich liegt das Spannglied an der unteren schlaffen Bewehrung auf und wird verrödelt. (Verlauf entsprechend Parabel 4. Ordnung) > Wegfall kostenintensiven Einmessens/Unterstellens der Spannglieder im Übergangsbereich usw.
Welche Maßnahmen zur Verminderung der Verluste aus elastischer Bauteilverkürzung sind denkbar (keine Änderungen am QS)?
- Überspannen um Delta P der zuerst vorgespannten Spannglieder- Vorspannen der Spannglieder mit geringster Krümmung- ggf. zeitgleiches Spannen der Spannglieder
Definieren Sie die elastische Bauteilverkürzung.
- Beim Spannen auftretende Stauchung des Betonquerschnitts reduziert die Vorspannung der berets vorgespannten und verankerten Spannglieder.
- Zum Ausgleich der Verluste können die Spannglieder um ein definiertes Maß Delta P überspannt werden, um die Verluste während des Spannvorgangs auszugleichen.
Welche Methoden zur Schnittgrößenbestimmung statisch unbestimmter Systeme kennen Sie (Spannbetonbau)?
- Kraftgrößenverfahren
- Umlenkmethode
wie kann das Mittelfeld eines Durchlaufträgers idealisiert dargestellt werden?
Beidseitig eingespannter Träger
Wie werden die statisch bestimmten bzw. statisch unbestimmten Anteile der Vorspannung in die Nachweise eingebracht?
- Statisch bestimmter Anteil auf Widerstands- oder Einwirkungsseite- Statisch unbestimmter Anteil konsequent als äußere Einwirkung ansetzen
Wann ist ein Überspannen des Spannglieds denkbar? Welche Voraussetzung muss gegeben sein?
- Reibung größer als angenommen, Überspannen auf bis zu 0,95 fp0,1kVoraussetzung: Spannkraft muss mit Genauigkeit von +/- 5% an Spannpresse ablesbar sein
Von was sind ungewollte Umlenkwinkel maßgeblich abhängig?
- Hüllrohrsteifigkeit- Abstand der Befestigungen für das Hüllrohr
Woraus können erhöhte Spannkraftverluste resultieren? Was ist zu beachten?
- erhöhte Reibung- zusätzliche Umlenkung- Blockierungen> Spannstahl kann ggf. ins Fließen kommen
Wie werden unplanmäßige Spannkraftverluste kompensiert?
Abminderungsfaktor k (mhy) zur Sicherung der Überspannreserve
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