Experimental investigations on the transmission of forces into thin-walled concrete elements

Der Forschungsbereich für Stahlbetonund Massivbau am Institut für Tragkonstruktionen an der Technischen Universität Wien bearbeitet zur Zeit ein Forschungsprojekt über die Herstellung von Fahrbahnplatten für Brücken aus Fertigteilplatten mit einer Aufbetonschicht. Dabei geht es um ein neues Bauverfahren, bei dem ein Versetzwagen den am Montageplatz zusammengesetzten Bauabschnitt aus einzelnen Fertigteilplatten bis zum jeweiligen Einbauort befördert. Nach dem Absenken des Bauabschnitts in die richtige Lage erfolgt die Betonage der Aufbetonschicht, während die Konstruktion noch am Versetzwagen verankert ist. Im Zuge der vorliegenden Diplomarbeit wurde anhand zweier Versuchsserien die Einleitung von Verankerungskräften, einerseits über Verankerungsblöcke und andererseits über Ankerplatten, untersucht und analysiert. Die Diplomarbeit beginnt mit einer Literaturstudie über die beiden unterschiedlichen Krafteinleitungsmethoden. Anfangs wird auf das Tragverhalten der Verbundfuge zwischen Altund Neubeton eingegangen und deren theoretische Tragmechanismen zur Schubkraftübertragung werden vorgestellt. In der Folge wird das Tragverhalten von Auszugversuchen anhand der Theorie des Durchstanzens und alternativ dazu mithilfe von Befestigungen in Beton beschrieben. Im Anschluss daran wird auf die jeweiligen normativen Bemessungsansätze eingegangen und die Unterschiede werden erläutert, die in späterer Folge auch für die Nachrechnung herangezogen werden. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf den experimentellen Untersuchungen, die sich in zwei Teile gliedern - Versuche zur Einleitung von Kräften über Verankerungsblöcke und Versuche zur Einleitung von Verankerungskräften normal zur Plattenebene. Hierfür wurden jeweils sechs Prüfkörper angefertigt und im Prüflabor des Instituts an der TU getestet. Die Serie zur Krafteinleitung über Verankerungsblöcke, kurz Abscherversuche, unterteilt sich in vier Versuchsreihen mit zweimal zwei Versuchskörpern und zwei Einzelkörpern. Die würfelartigen Prismen bestehen jeweils aus zwei Wandbzw. Schalenelementen, die repräsentativ für Halbfertigbetonteile stehen, und dem dazwischenliegenden, später eingebrachten Füllbeton, der die Wirkungsweise des Aufbetons erfüllt. Die Körper variieren aufgrund des Bewehrungsgrades der die Fugenfläche normal kreuzenden Verbundbewehrung und der seitlichen Wandelementdicken. Die zweite Versuchsserie besteht aus zwei Versuchsreihen mit je drei dünnen, plattenartigen Prüfkörpern. Hier wird die Verankerung für die senkrecht zur Oberfläche wirkende Zugkraft in Anlehnung an das neue Bauverfahren in die erste Betonschicht, die Fertigteilschicht, eingebaut und mit einer 5 cm dicken Aufbetonschicht ausgeführt. Die Versuchsreihen unterscheiden sich aufgrund der Bewehrungsmenge in Längsund Querrichtung in den beiden Betonschichten. Im Anschluss daran erfolgt die Auswertung der Versuchsergebnisse und die Nachrechnung der einzelnen Versuche auf Basis der zu Beginn erläuterten Bemessungsansätze. Abschließend wird ein Vergleich zwischen den Ergebnissen der experimentellen Versuche, deren Nachrechnung und den älteren Versuchsergebnissen an der TU angestellt und verifiziert.The Institute of Structural Engineering of the Vienna University of Technology is currently working on a research project developing a new construction method for building deck slabs of bridges. The deck slabs will be made of precast elements with an in-situ concrete layer. For this new construction method an installation carriage transports separate slab sections made out of prefabricated concrete slabs from the assembly area to the installation site. After one slab section has been lowered to the correct position, a concrete layer is placed on top while the section is still anchored to the installation carriage. The aim of this thesis is the investigation and analysis of the transmission of anchoring forces by two test series, on the one hand via anchoring blocks and on the other hand via anchoring plates. The thesis starts with a literature study of the two different load transmission methods. First, the load-bearing behaviour of a composite joint between old and new concrete is explained theoretically. Subsequently, the load-bearing behaviour of the pull-out tests is described. The theoretically considered options are based on the calculation of punching shear and alternatively on the design of anchoring components. Finally, the respective normative basis of design are discussed, which are used for the recalculation of both test series. The focus of the thesis lies on the experimental investigations, which can be divided into two parts. The first part includes the tests on the transmission of forces via anchoring blocks and the second part covers the tests for the transmission of anchoring forces normal to the slab surface with an anchoring plate. For this purpose, six test specimens were prepared for each test setup and tested in the institute’s laboratory. The first tests consist of six anchoring blocks, with the first two series examining two specimens each time and the second two series only testing one. The cubed shaped prisms consist of two wall elements, representing the precast concrete elements with filling concrete in between. The specimens vary according to the degree of reinforcement crossing the joint surface. The bodies also differ from each other due to the thickness of the wall elements. The second test specimens with anchoring plates consist of two test series, each with three plates. The anchoring plate for the transmission of tensile forces perpendicular to the surface is installed in the first concrete layer. According to the construction method, a 50 mm thick concrete layer is placed on top of it. The test specimens differ in the amount of reinforcement in longitudinal and transversal directions in the two concrete layers. Subsequently, the test results were evaluated and the individual tests recalculated based on the theoretical design approaches. Finally, a comparison between the calculated results, the experimental test results and some old test results was carried out.16