Erläutern Sie stichwortartig die notwendigen Schritte der Herstellung von Bauteilen mit Vorspannung mit nachträglichem Verbund.
Einbau der Bewehrung und der Spannglieder.
Betonieren und Erhärten des Betons
Aufbringen der Vorspannung gegen den erhärteten Beton
Verpressen der Hüllrohre mit Zementmörtel (Herstellen des Verbunds)
Erläutern Sie stichwortartig die notwendigen Schritte des Spannvorgangs bei Vorspannung
mit nachträglichem Verbund.
Nennen Sie drei Aspekte, die beim Verpressen der Hüllrohre zu beachten sind.
Umgehend nach dem Vorspannen die Spannkanäle verpressen
Spannkanäle nicht mit Wasser gefüllt noch verstopft sind
Verstopfungen vor dem Einpressen beseitigen oder durch neue Öffnungen umgehen
Wasseransammlungen und Lufteinschlüsse vermeiden
Verpressen von Tiefpunkten aus
Entlüftungsöffnungen an Hochpunkte vorzusehen
Entlüftungsröhrchen an Verankerungen, die im Inneren des Betons liegen, vorsehen
Einpressen, bis an der Entlüftungsstelle genügend Einpressmörtel einwandfreier Beschaffenheit ausgeflossen ist.
Die Bauwerkstemperatur muss ≥ 5 °C sein, bzw. nach einer längeren Frostperiode muss die Bauwerkstemperatur länger als eine Woche ≥ 5 °C sein.
Spätestens 12 Wochen nach dem Herstellen des Spanngliedes verpressen
Spannglied maximal 4 Wochen frei in der Schalung liegen
Möglichst 2 Wochen nach dem Vorspannen verpressen
Belüften der Hüllrohre mit entfeuchteter Luft (wenn später verpresst wird)
Einpressgeschwindigkeit sowie die Längen der Einpressabschnitte beachten
a) Stellen Sie für den in untenstehender Skizze dargestellten Einfeldträger die Spannungsverteilung (im Schnitt I-I) und die Verformung infolge Vorspannung P qualitativ dar.
b) Stellen Sie für den in untenstehender Skizze dargestellten Einfeldträger die Spannungsverteilung (im Schnitt I-I) und die Verformung infolge äußerer Belastung qk qualitativ dar.
c) Skizzieren Sie die überlagerten Spannungen und Verformungen infolge Vorspannung P und äußerer Belastung qk.
Stellen Sie in untenstehender Skizze die Rissbilder im Bruchzustand für einen Kragarm mit Vorspannung mit und ohne Verbund qualitativ dar und erläutern Sie stichwortartig die Unterschiede.
Bei Vorspannung ohne Verbund fehlt die Verbundwirkung zwischen Spannstahl und Beton
Rissabstände und Rissbreiten werden größer
Erläutern Sie stichwortartig, warum bei einer Vorspannung ohne Verbund in der Regel eine zusätzliche Betonstahlbewehrung erforderlich ist.
Sicherstellung eines zur Vorspannung mit Verbund adäquaten Trag- und Rissverhalten
Zeichnen Sie in untenstehenden Skizzen die qualitativen Verläufe der Normalkräfte Np, Querkräfte Vp und Biegemomente Mp infolge Vorspannung ein.
Nennen Sie drei Spannverfahren (unterschieden nach ihrer Verbundwirkung).
Vorspannung mit sofortigem Verbund
Vorspannung mit nachträglichem Verbund
Vorspannung ohne Verbund
Ordnen Sie den drei Spannbetonträgern in untenstehender Skizze jeweils ein Spannverfahren zu (jedes Verfahren darf nur einem Träger zugewiesen werden).
Und zeichnen Sie in untenstehender Skizze für jeden Träger einen sinnvollen Spanngliedverlauf in Längs- und Querschnitt entsprechend des gewählten Spannverfahrens.
Nennen Sie die drei unterschiedlichen Querschnittswerte, die je nach Art der Vorspannung sowie Art und Zeitpunkt der Nachweisführung für die Berechnung der Spannung maßgebend werden.
Bruttoquerschnitt
Nettoquerschnitt
Ideeller Querschnitt
Erläutern Sie die Querschnittswerte hinsichtlich deren Verwendung bei der Berechnung der Spannung (Zeitpunkt der Nachweisführung) am Beispiel des nachträglichen und des sofortigen Verbunds.
nachträglicher Verbund:
Bruttoquerschnitt: Berechnung der Betonstauchung und Vordimensionierung
Nettoquerschnitt: Zeitraum bis zum Auspressen der Hüllrohre
Ideeller Querschnitt: Berechnung der Schnittgrößen nach Herstellung des Verbundes
sofortiger Verbund:
Nettoquerschnitt: nicht erforderlich (keine Hüllrohre)
Ideeller Querschnitt: Berechnung der Schnittgrößen nach Herstellung des Verbundes bzw. nach dem Lösen der Verankerung
Ermitteln Sie für untenstehenden Querschnitt die jeweiligen Querschnittsflächen.
a) Ermitteln Sie für untenstehenden Träger das maßgebende Moment infolge äußerer Einwirkung und stellen Sie den Momentenverlauf zeichnerisch dar (das Eigengewicht des Trägers ist zu vernachlässigen).
b) Zeichnen Sie einen idealen Spanngliedverlauf zu dem unter a) dargestellten Momentenverlauf in untenstehende Skizze ein (Annahme: Randabstand ≥ 10 cm).
c) Ermitteln Sie die erforderliche Spannkraft für den von Ihnen gewählten Spanngliedverlauf, sodass die Summe der Momente aus Vorspannung und äußerer Einwirkung Null beträgt.
a) M = 200 kN ∙ 6,00 m = 1200 kNm
b)
c)
Erläutern Sie stichwortartig die Funktion einer Wendel(-bewehrung) bei einem Spannanker.
Wendel umschnürt den Beton
Umschnürung bewirkt mehrdimensionalen Druckspannungszustand
ermöglicht sehr hohe Druckspannung im Beton
Erläutern Sie stichwortartig die Funktionsweise der Keilverankerung bei Spannlitzen.
gespanntes Spannglied neigt dazu die aufgezwungene Dehnung rückgängig zu machen
Keil zieht sich in konische Öffnung der Ankerbüchse(Querdruck wird aufbaut)
Keil hat eine höhere Festigkeit als der Spannstahl und innen Zähne, die sich durch den Querdruck in den Spannstahl drücken und ihn festhalten.
Zeichnen Sie einen Spannanker für Litzenspannglieder mit Keilverankerung (einschließlich Ankerplatte und Wendel).
Nennen Sie drei Formen von Spannstahl und ordnen Sie diesen typische Werte für den Elastizitätsmodul zu.
Spannstäbe 𝐸p = 205.000N⁄mm²
Spanndrähte 𝐸p = 205.000N⁄mm²
Spannlitzen 𝐸p = 195.000N⁄mm²
Erläutern Sie, was unter der Bezeichnung „St 1570/1770“ zu verstehen ist und gebenSie den Wert an, der nach EC2 für die Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeitanzusetzen ist.
„St“ Stahl
„1570“ 0,2%-Dehngrenze (𝑓p0,2k)
„1770“ Zugfestigkeit (𝑓pk)
a)
Zeichnen Sie in untenstehende Skizzen die qualitativen Verläufe der Normalkraft Np,der Querkraft Vp und des Biegemoments Mp infolge Vorspannung ein.
Erläutern Sie, welchen Einfluss eine zusätzliche äußere Druckkraft in der Schwerachse des vorgespannten Plattenbalkens auf die erforderliche Bewehrungsmenge im Feldbereich hat
Qualitative Veränderung der Bewehrungsmengen beim Einwirken einer Druckkraft
die erforderliche Spannstahlbewehrungsmenge nimmt ab
ggf. ist keine zusätzliche statisch erforderliche Betonstahlbewehrung mehr nötig
die einzubauende (maßgebende) Robustheitsbewehrung bleibt davon unberührt
Erläutern Sie, wie sich der gesamte Biegemomentenverlauf infolge Vorspan-nung qualitativ verändern würde, wenn die Dehnsteifigkeit des Trägers EA << ∞ beträgt
Veränderung des Momentenverlaufs bei einer Dehnsteifigkeit EA << ∞
Der Momentenverlauf bleibt gleich – keine Anteile aus Normalkraft ∫ 𝑁𝑁/𝐸𝐴 = 0 bei der Bestimmung des Faktors 𝑋1
(keine Überlagerung von Normalkraftanteilen 𝑁 des virtuellen Systems, infolge der virtuellen Kraftgröße 1̅, mit direkten Anteilen der Normalkraft 𝑁 infolge Vorspannung)
Welches Verfahren zur Ermittlung der Schnittgrößen aus Vorspannung sollte angewendet werden, wenn ein über die Stabachse veränderlicher Spann-kraftverlauf berücksichtigt wird?
Numerische Integration (z. B. Verfahren nach Simpson)
Skizzieren Sie eine parabolische Spanngliedführung für eine verteilte Vor-spannung sowie für eine Stützstreifenvorspannung in Draufsicht und Schnitt
Nennen Sie die Vor- und Nachteile der verteilten Vorspannung im Vergleich zur Stützstreifenvorspannung
Vorteil:
geringere Plattenhöhe möglich
Nachteile:
benötigt höhere Spannstahlmenge im Vergleich zur Stützstreifenvorspannung
erlegearbeiten durch das verwobene Netz schwieriger
nachträgliches Einfügen von Öffnungen kaum / schwierig umsetzbar
Erläutern Sie, welche Vorspannart bei vorgespannten Flachdecken vorwiegend eingesetzt wird und welche Vorteile sich dadurch ergeben
zeitlicher Abstand zwischen Anlieferung, Einbau und Spannen ist nahezu beliebig
geringer Reibungsbeiwert (besonders bei langen Spanngliedern vorteilhaft)
kleinere Hüllrohre als bei Vorspannung mit Verbund möglich
größerer innerer Hebelarm
Skizzieren Sie eine geeignete Spanngliedführung für den Abfangträger im Schnitt
Erläutern Sie, welche Vorspannarten bei Abfangträgern sinnvoll zum Einsatz kommen können
Erläutern Sie, auf welche Besonderheit während des Vorspannvorgangs von Abfangträgern zu achten ist
Die Vorspannung sollte schrittweise, d. h. entsprechend den mit dem Baufortschritt zunehmenden Beanspruchungen, aufgebracht werden.
Skizzieren Sie eine geeignete Spanngliedführung für die Spannbetonhohl-platte im Querschnitt sowie im Längsschnitt
Nennen Sie die Vorspannart, die bei Spannbetonhohlplatten zum Einsatz kommt
Erläutern Sie, welche Besonderheiten beim Tragverhalten von Spannbeton-hohlplatten besonders zu beachten sind
Einzellasten sind wegen der geringen Querverteilung der Lasten problematisch
Zugspannungen werden über die Zugfestigkeit des Betons abgetragen, d. h. die Nachgiebigkeit bzw. Steifigkeit der Auflagerung hat einen Einfluss auf das Tragverhalten
Die Scheibentragwirkung der Spannbetonhohlplattendecke wird durch die Herstellung eines Ringankers und die bewehrte Ausbildung der Fugen sichergestellt
Erläutern Sie anhand der dargestellten Spannungs-Dehnungs-Linie für Spannstahl St 1570/1770 stichwortartig die Begriffe Vordehnung εpt(0) und Zusatzdehnung infolge Last im Grenzzustand der Tragfähigkeit Δεp,ULS. Gehen Sie von einer Vorspannung mit nachträglichem Verbund aus.
Vordehnung:
Die Vordehnung εpt(0) wird beim Spannvorgang auf den Spannstahl aufgebracht. Sie verbleibt immer im elastischen Bereich.
Zusatzdehnung:
Infolge der Belastung im Grenzzustand der Tragfähigkeit verändert sich die Dehnungsebene des Bauteils. Der Spannstahl erfährt eine zusätzliche Dehnung Δεp,ULS. Durch die zusätzliche Dehnung kann der Spannstahl bisin den Bereich der Zugverfestigung beansprucht werden.
Erläutern Sie stichwortartig, wie die Zusatzdehnung infolge Last Δεp,ULS bei einer Biegebemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit bestimmt wird
Unter der Annahme eines vollkommenen Verbunds zwischen Spannstahl und umgebendem Beton kann aus der Änderung der Betondehnung in Höhe der Spannstahllage infolge einer Biegebeanspruchung im GZT direkt auf die Dehnungsänderung ∆εp,ULS im Spannstahl geschlossen werden.
Nennen Sie zwei Einflussgrößen, die neben Kriechen zu materialabhängigen Spannkraftverlusten führen können.
Schwinden
Relaxation
Stellen Sie in den untenstehenden Diagrammen den qualitativen Verlauf der unterschiedlichen Dehnungsanteile des Kriechens unter der vorgegebenen stufenweise veränderlichen Last dar.
Nennen Sie zwei Faktoren, die den Verlauf bzw. das Ausmaß des Kriechens beeinflussen.
Umgebungsbedingungen
Zementart
w/z‐Wert
Betonfestigkeit bei Belastungsbeginn
Belastungsdauer
Höhe der Beanspruchung
Querschnittsabmessungen des Bauteils
Form und Materialeigenschaften der Gesteinskörnung
Verdichtungsgrad des Betons
Zeichen Sie in untenstehender Skizze die qualitativen Verläufe der Normalkräfte Np, Querkräfte Vp und Biegemomente Mp infolge Vorspannung ein.
Stellen Sie in untenstehender Skizze (Grundriss) die Spanngliedführung einer Flachdecke (lx > ly) mit Stützstreifenvorspannung dar.
Stellen Sie in den untenstehenden Skizzen (Schnitte I-I und II-II) eine geeignete Spanngliedführung (freier Spanngliedlage) für die x- und y-Richtung dar.
Erläutern Sie stichwortartig die notwendigen Schritte der Herstellung von Bauteilen für die unter a) genannten Spannverfahren.
Vorspannung mit sofortigem Verbund:
Herstellung der Schalung im Spannbett
Einbau der Bewehrung und Spannglieder im Spannbett
Vorspannen gegen feste Widerlager (Spannbettvorspannung)
Betonieren und Erhärten des Betons − Aufbringen der Vorspannung auf den Beton durch Lösen der Verankerung und Kappen der Spannglieder
Vorspannung mit nachträglichem Verbund:
Herstellung der Schalung
Einbau der Bewehrung und Verlegen der Spannglieder in Hüllrohren
Vorspannung ohne Verbund:
Verpressen der Hüllrohre mit Korrosionsschutzfett
Erläutern Sie stichwortartig, was unter dem „Hoyer-Effekt“ zu verstehen ist und bei welchem Spannverfahren dieser insbesondere auftritt.
Bei Vorspannung mit sofortigem Verbund
Im Endbereich der Verankerung
Querkontraktion der Drähte bzw. Litzen infolge Vordehnung
Behinderung der Ausdehnung durch den umgebenden Beton
Entstehung von Druckspannungen radial zum Spannglied
Erhöhung des Reibungsverbunds
Erläutern Sie anhand untenstehender Skizze, was unter gewollten und ungewollten Umlenkwinkeln zu verstehen ist.
Gewollte Umlenkwinkel ergeben sich aus der gewählten Spanngliedführung
zwischen den Unterstützungsstellen ergibt sich in Abhängigkeit der Biegesteifigkeit des Hüllrohrs ein Durchhang und damit zusätzliche ungewollte Umlenkwinkel
Stellen Sie in untenstehender Skizze den Spanngliedverlauf in der Ansicht sowie diequalitative Lage von 5 Einzellitzen (Øp = 15,7 mm) im Hüllrohr (Øduct = 50 mm) in den Schnitten 1, 2 und 3 dar und kennzeichnen Sie die Spanngliedexzentrizität.
Erklären Sie stichwortartig die Begriffe „Kriechen“, „Schwinden“ und „Relaxation“.
Kriechen:
Zeitabhängige Verformungszunahme unter konstanter Last
Schwinden:
Zeitabhängige (spannungsunabhängige) Bauteilverkürzung infolge Feuchtigkeitsabgabe •
Relaxation:
zeitabhängiger Spannungsabfall nach Aufbringen einer konstanten Dehnung
Erläutern Sie stichwortartig, wie die Vorspannkraft durch das zeitabhängige Materialverhalten beeinflusst wird.
durch Kriechen und Schwinden verkürzt sich der Betonkörper und verringert somit die Dehnung bzw. Spannung im Spannstahl
durch Relaxation verringert sich die Spannung im Spannstahl
->Vorspannkraft verringert sich
Nennen Sie zwei weitere Aspekte, die zu sofortigen Spannkraftverlusten führen.
Spanngliedreibung
Keilschlupf
oder auch elastische Stauchung des Betons beim Aufbringen der Vorspannung
Nennen Sie drei Ursachen für sofortigen Spannkraftverlust.
Ankerschlupf bei Verankerung der Spannstähle
Kurzzeitrelaxation der Spannstähle zwischen dem Zeitpunkt des Spannens und der Übertragung der Vorspannung auf den erhärteten Beton
elastische Stauchung des Betons bei Übertragung der Vorspannkraft vom Spannbett auf den Beton (Vorspannung mit sofortigem Verbund)
elastische Stauchung des Betons während des Spannvorgangs
Reibungsverluste an Umlenkungen (Vorspannung mit nachträglichem Verbund
Nennen Sie drei Ursachen für zeitabhängigen Spannkraftverlust.
Kriechen, Schwinden, Relaxation
Nennen Sie drei Anteile, aus denen sich der Spannweg zusammensetzt
Dehnung im Spannstahl Δlp, Stauchung im Beton Δlc und (evtl.) vorhandener Schlupf im Festanker Δlw
Nennen Sie drei Gründe, die zu Spannwegfehlern führen können.
Streuung des Reibbeiwertes von Spanngliedern
falsche Annahmen zum ungewollten Umlenkwinkel (Unterstützungsabstand der Hüllrohre weicht auf der Baustelle von der Berechnung ab)
falsche Annahmen zum gewollten Umlenkwinkel (waagerechte Verziehungen von Spanngliedern im Grundriss wurden nicht berücksichtigt)
Flugrost (Erhöhung des Reibungsbeiwertes auf 1,5 bis 2-fachen Wert)
Anzeigeungenauigkeit der Spannvorrichtung (Pressen sind kalibriert, maximal zulässige Abweichung 5 %) bzw. Ungenauigkeiten der Spannwegmessung
Abweichungen beim E-Modul des Betons und des Spannstahls sowie den Querschnittsabmessungen der Baustoffe
Örtliche Blockierung bei beweglichen Kopplungen
Betonpfropfen infolge Eindringen von Beton bei defektem Hüllrohr
Eingedrückte Hüllrohre bei starken Krümmungen und erhöhtem Anpressdruck
Stellen Sie für den dargestellten Balken die Hauptspannungstrajektorien mitsamt den resultierenden Zugkräften aus der Einleitung der Vorspannung qualitativ dar. Kennzeichnen Sie eindeutig die Druck- und Zugspannungstrajektorien und benennen Sie die dargestellten Zugkräfte.
Zeichnen Sie in untenstehender Skizze die zur Aufnahme der Zugspannungen erforderliche Bewehrung.
Zeichnen Sie in untenstehenden Skizzen die qualitativen Verläufe der Normalkraft Np, Querkraft Vp (ggf. Vp,dir und Vp,ind) und des Biegemoments Mp (ggf. Mp,dir und Mp,ind) infolge Vorspannung ein.
Erläutern Sie stichwortartig, welcher Zeitpunkt für die Bemessung für Bie-gung im Grenzzustand der Tragfähigkeit am oberen Bauteilrand maßge-bend ist
Zeitpunkt 𝑡𝑡 = 0 ist maßgebend
Vorspannung wirkt für den Nachweis des oberen Bauteilrandes ungünstig, daher sollten keine zeitabhängigen Spannkraftverluste angesetzt werden
Erläutern Sie, wie groß der statisch unbestimmte Anteil der Normalkraft in-folge Vorspannung ist
Unbestimmter Anteil:
𝑁𝑁c,p,ind = 0 MN
Der indirekte Anteil der Normalkraft ist null, da keine Zwängungen in Bauteilslängsrichtung auftreten.
Erläutern Sie, welches Kriterium dem dargestellten Bemessungsansatz zu-grunde liegt und unter welcher Bedingung dieser Ansatz verwendet werden darf:
Hauptzugspannungskriterium
Der Bemessungswert der Zugspannung darf den Bemessungswert der Betonzugfestigkeit im Grenzzustand der Tragfähigkeit nicht übersteigen: Der Querschnitt verbleibt im Zustand I
Erläutern Sie, inwieweit sich die zeitabhängigen Spannkraftverluste verän-dern, wenn ein früherer Belastungszeitpunkt gewählt wird
Durch einen früheren Belastungsbeginn nimmt der Kriecheinfluss zu.
Die zeitabhängigen Spannkraftverluste nehmen zu.
Erläutern Sie stichwortartig, an welchem Querschnittsrand des dargestell-ten Trägers der Dekompressionsnachweis im Auflagerbereich in der Regel maßgebend wird und welche konstruktiven Maßnahmen ergriffen werden können, um die Wirkung der Vorspannung zu reduzieren
oberer Rand des Querschnitts ist maßgebend
Spannstahl kann „isoliert“ werden, sodass dieser keinen Verbund zum umgebenden Beton hat
Plastikröhrchen, (Bitumenanstrich)
Erläutern Sie, welche Spanngliedführung zur Sicherstellung der Dekom-pression vorzugsweise zu wählen ist, wenn der dargestellte Träger zusätz-lich durch eine nach unten gerichtete Einzellast in Feldmitte belastet und eine externe Vorspannung als Verstärkungsmaßnahme gewählt wird
Polygonale Spanngliedführung
Umlenkung der Spannglieder in Feldmitte
Umlenkstelle muss unterhalb der Bauteilschwerachse liegen
Erläutern Sie stichpunktartig die Herstellung von Betonbauteilen mit soforti-gem Verbund
Vorspannen des Spannstahls gegen Widerlager (Spannbettvorspannung)
Aufbringen der Vorspannung auf das Bauteil durch Lösen der Verankerung an den Widerlagern
Erläutern Sie stichwortartig und anhand einer Skizze für die in obenstehen-der Skizze dargestellte Spannbetonplatte das Prinzip der Vorspannung mit sofortigem Verbund
Zunächst wird die Schalung für die Platte hergestellt
Dann werden die Spanndrähte oder –litzen von festen Widerlagern aus mit hydraulischen Pressen angespannt
Die Spanndrähte werden hierbei im Allgemeinen geradlinig geführt
Durch Umlenkungen (aufwändig!) können auch andere Spanngliedverläufe erzeugt werden
Dann wird das Bauteil betoniert
Nach dem Erhärten des Betons werden die Verankerungen der Drähte oder Litzen an den Widerlagern gelöst
Spannkraft durch das elastische Rückfedern über Verbund und zusätzlich durch die Veränderung im Durchmesser des Spannstahls (= HOYER-Effekt) auf den Betonquerschnitt übertragen
Welche Art der Spanngliedführung ist für Mehrfeldträger mit Gleichstreckenlast am besten geeignet?
parabolischer Spanngliedverlauf
Erläutern Sie, wie sich die zeitabhängigen Spannkraftverluste verändern, wenn die Luftfeuchtigkeit geringer ist
Kriechen und Schwinden nehmen zu
Die Spannkraftverluste steigen an
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