Spannbeton

• Vermeidung/Verminderung Rissbildung —> verbesserte Gebrauchstauglichkeit (Verformungen, Bauteilsteifigkeit,Dichtigkeit)

• Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften hochfester Baustoffe (Beton, Stahl)

—> größere Spannweiten bzw. schlankere Tragwerke möglich

1928 - Eugène Freyssinet: Patent für ein Spannverfahren

1934 - Franz Dischinger: Vorspannung ohne Verbund

• Verbesserung der Gebrauchstauglichkeit (SLS)

  • Zugzone ist rissfrei bzw. weitgehend rissfrei,

  • Größere Steifigkeit —> geringere Durchbiegungen

• Ausnutzung hochfester Baustoffe (Spannstähle und Beton)

• Vorteile gegenüber Stahlbeton

  • Wesentlich höhere Tragfähigkeit

  • Wesentlich schlankere Tragwerke

  • Wesentlich größere Spannweiten

  • Wesentlich höhere Ermüdungsfestigkeit

Mindestbetonfestigkeitsklasse:

• Vorspannung mit nachträglichem Verbund: C25/30

• Vorspannung mit sofortigem Verbund: C30/37

Betonstahl:

• zusätzliche Bewehrung aus geripptem Betonstahl B500 A und B500 B zur Begrenzung der Rissbreiten auf zulässige Grenzwerte (i.A. wcal = 0,2 mm)

Spannstähle:

• Vorspannung mit sofortigem Verbund

• Vorspannung mit nachträglichem Verbund

• Interne Vorspannung ohne Verbund

• Externe Vorspannung

• Herstellung aus 0,20 bis 0,35 mm dicken Stahlblechbändern

• Querwellen versteifen Rohr und verbessern den Verbund

• Krümmungen mit verhältnismäßig kleinen Radien möglich

• Vorspannung mit nachträglichem Verbund: Meist werden Fertigspannglieder als Ganzes inkl. Hüllrohre und Verankerungen hergestellt, geliefert und montiert

• beim Betonieren dürfen Hüllrohre nicht beschädigt werden (Gefahr von Verstopfern!)

• Spannglieder müssen so befestigt werden, dass sie sich beim Betonieren nicht verschieben können

• ausreichender Abstand zwischen den Hüllrohren einhalten, damit Beton einwandfrei eingebracht und verdichtet werden kann

• Das Spannen erfolgt nach der Spannanweisung

• Spannanweisung enthält für jedes einzelne Spannglied

  • Reihenfolge

  • Höhe der Vorspannkraft

  • zugehöriger Ausziehweg

• Das Vorspannen erfolgt so früh wie möglich, zur Vermeidung einer frühzeitigen Rissbildung infolge abfließender Hydratationswärme.

• Beim Vorspannen muss Beton Mindestdruckfestigkeit aufweisen (siehe Zulassung)

• Reibung

• Zeitabhängiges Materialverhalten

• Umlenkpressungen

• Gleitweg delta l

• Klemmvorgänge

• Oberfläche

• Hüllrohr

• Größe des Umlenkwinkels phi (x)

• Reibungswinkel My

• Kriechen des Betons

• Schwinden des Betons

• Relaxation des Spannstahls

• Bei einer üblichen Größenordnung der Kriechzahl von PHI unenendlich = 2 bis 2,5 baut sich das Stützmoment zu ca. 80% des Momentes aus dem Eingusszustand auf

• Anders ausgedrückt, findet eine Momentenumlagerung infolge Systemwechsel um 80 % hin zum Eingusszustand statt

• Bei Systemwechseln wird durch Kriechen weitgehend der Spannungszustand aufgebaut, der sich näherungsweise bei Herstellung des Systems in einem Guss ergibt

• Die Annäherung an diesen verträglichen Zustand ist um so größer, je kriechfähiger die Systemteile sind

  
  

• Infolge einer zeitunabhängigen Auflagerverschiebung werden die Zwangsschnittgrößen bei statisch unbestimmten Systemen durch das Kriechen weitgehend abgebaut

• Infolge einer zeitabhängigen Auflagerverschiebung werden die Zwangsschnittgrößen nicht in ihrer vollen Größe aufgebaut, da die Systemsteifigkeit durch das Kriechen vermindert wird

• Querschnitte bleiben eben (Bernoulli’sche Hypothese)

• Starrer Verbund d.h., die Dehnung des Betonstahls bzw. des Spannstahls nach Herstellung des Verbundes entspricht der Dehnung der Betonfaser, in gleichem Abstand zur der Dehnungsnulllinie

• Die Betonzugfestigkeit wird für die Tragfähigkeit bei Biegung nicht berücksichtigt

• Die Verteilung der Betondruckspannungen sowie die Spannungen im Betonstahl und Spannstahl entsprechen den idealisierten, rechnerischen Spannungs-Dehnungs-Linien.

• Geringe Laststeigerung nach der Schubrissbildung

• Sofort große Schubrissbreiten

• Versagen durch Einschnürung der Biegedruckzone

• Nur bei profilierten Trägern mit dünnen Stegen und ausgeprägten Gurten

• Insbesondere bei vorgespannten profilierten Trägern

• Hauptzugspannung im Steg überschreitet die Betonzugfestigkeit

• Bemessung durch Begrenzung der Hauptzugspannungen

• Volle Fachwerktragwirkung wird aktiviert

• Fließen der Bügelbewehrung

• Versagen durch Reißen der Bügel oder Einschnürung der Druckzone

• Hochbewehrte Querschnitte mit dünnen Stegen

• Querkraft wird hauptsächlich über Fachwerk abgetragen

• Querkraft- und Biegezugbewehrung wird nicht bis zur Streckgrenze beansprucht

Eine Drucknormalkraft hat auf die Querkrafttragfähigkeit drei positive Effekte:

• Der gerissene Bereich wird kleiner

• Die Höhe der Druckzone im gerissenen Bereich wird höher

• Die Rissbreiten werden kleiner

  
  

  —> Erhöhung der Querkrafttragfähigkeit

  —>Berücksichtigung in DIN EN 1992-1-1+NA durch einen additiven Traganteil

• Durch die Längsdruckspannungen infolge Vorspannung werden die schiefen Hauptzugspannungen vermindert.

• Die Vorspannung erhöht dadurch die Risslast infolge Torsion.

• Mit einer geeigneten Vorspannung kann erreicht werden, dass unter Gebrauchslasten keine Torsionsrisse auftreten und die Torsionssteifigkeit nach Zustand I erhalten bleibt.

• Im gerissenen Zustand II kann das Tragverhalten eines Rechteckvollquerschnitts analog zum Stahlbeton als räumliches Fachwerk (Netzfachwerk) beschrieben werden.

• Die Torsionstragfähigkeit darf bei Vollquerschnitten unter der Annahme eines dünnwandigen, geschlossenen Querschnitts nachwiesen werden.

• Zugspannungen quer zur Kraftrichtung müssen beachtet werden

  • Spaltzugspannungen

  • resultierende Spaltzugkräfte

• Spaltzugkräfte sind durch Bewehrung aufzunehmen

• Größe der Spaltzugkräfte abhängig vom Verhältnis:

• 
  

  • je größer das Verhältnis,

    • umso mehr muss sich die Last ausbreiten,

    • umso größer sind die Spaltzugkräfte

• Druckbeanspruchung unmittelbar hinter der Ankerplatte wird im Rahmen der Zulassungsversuche geprüft: kein rechnerischer Nachweis erforderlich

• unmittelbar hinter der Ankerplatte: zusätzliche Wendelbewehrung, ggf. weitere zusätzliche Bewehrung (siehe abZ)

• die Spaltzugkräfte bzw. Randzugkräfte infolge der Kraftweiterleitung sind nachzuweisen und mit Bewehrung abzudecken

• Übertragungslänge lpt, über die die Vorspannkraft P0 vollständig in den Beton übertragen wird

• Eintragungslänge ldisp, über die die Betonspannungen in einen linearen Verlauf über den Betonquerschnitt übergehen (Index: disp. – dispersion length)

• Verankerungslänge lbpd, über die die Kraft des Spannglieds Fpd im GZT vollständig im Beton verankert wird

3 Fälle sind dabei zu unterscheiden:

1. Keine Rissbildung im Verankerungsbereich

2. Rissbildung im Verankerungsbereich, keine Rissbildung in der Übertragungslänge

3. Rissbildung auch innerhalb der Übertragungslänge

Ursachen sind die Spannkraftverluste infolge

• Streuungen bei der Reibung

• zeitabhängige Verluste aus K + S + R

• Zustand I

  Wenn die Betonzugspannungen SIGMAc unter der charakteristischen (seltenen) Kombination den Mittelwert der Betonzugfestigkeit fctm nicht überschreiten, sind die Spannungen mit den Querschnittswerten des ungerissenen Zustand I zu berechnen.

  SIGMAc,char ≤ fctm (Zustand I)

• Zustand II

  Bei Überschreitung von fctm sind die Spannungen im gerissenen Zustand II zu berechnen.

  SIGMAc,char > fctm (Zustand II)

• Korrosionsschutz des Spannstahls

• Begrenzung der Spannungsschwingbreiten Δ𝜎_𝑝 im Spannstahl

• Erhöhung der Steifigkeit

GZT: GAMMAp,unfav = 1,35

GZG: GAMMAp = 1,0