Ein Beitrag zur Tragfähigkeit von randnahen Verbunddübeln

Verbundkonstruktionen aus Stahl und Beton haben sich in den letzten Jahrzehnten zu einer wirtschaftlichen und konkurrenzfähigen Bauweise im Hoch- und Brückenbau\ud entwickelt. Eine wesentliche Rolle im Verbundbau nehmen dabei die Verbundmittel ein, an die hohe Anforderungen hinsichtlich der Tragfähigkeit und der Verformbarkeit gestellt werden. Am Fachgebiet Stahlbau der TU Kaiserslautern wurden Versuche zur Trag- und Verformungsfähigkeit randnaher Betondübel in Abscher- und Ausziehversuchen durchgeführt. Der Einsatz der Betondübel in innovativen Verbundkonstruktionen ist trotz noch fehlender normativer Regelwerke von weiter steigendem Interesse. Betondübel können in neuartigen Verbundkonzepten auch in einer randnahen Lage eingesetzt werden. Dadurch lassen sich Querschnitte materialgerecht und kostengünstig in optimierter Verbundbauweise herstellen und verbauen. Eine geringere seitliche Betondeckung der Betondübel kommt neben den Plattenbalkenquerschnitten in Konstruktionen vor, in welchen die Verbundleiste liegend eingebaut wird. Solche parallel zur Betongurtebene positionierte Betondübelleisten sind z. B. in Slim-Floor- oder modernen Klimadecken in Sandwichverbundbauweise denkbar. Das Trag- und Verformungsverhalten einer Betondübelleiste, welche in Verbundkonstruktionen in Kombination mit einer schlanken Betonplatte liegend integriert wird, wurde aufgrund ihrer randnahen Lage genauer betrachtet. Die ersten Untersuchungen hierzu zeigen, dass die Verbunddübelleisten, nach dem die Spalt- und Rückhängerisse entstehen, mit Kantenbruch versagen. Wenn ausreichend Bewehrung vorhanden ist, führen die primären Spalt- und Rückhängerisse nicht zum Versagen. Der Einsatz einer Wendelbewehrung in den Verbundübelleisten steigert das Trag- und Verformungsvermögen deutlich. Es existiert zwar noch keine einheitliche normative Regelung zur Anwendung und Bemessung der Verbunddübel, häufig als Puzzleleiste bezeichnet, jedoch wurde aktuell eine Zulassung Z-26.4-56 2013 erarbeitet, welche die Anwendung der Verbunddübelleisten, kurz VDL, möglich macht. Die Anwendungsgrenzen sind dabei zu beachten. Darüber hinaus wird derzeit in mehreren Forschungsarbeiten daran gearbeitet, die Verwendung der puzzleartigen Verbundmittel zu erleichtern, indem einheitliche Anwendungs- und Bemessungsregeln dieser in die Eurocodes eingepflegt werden sollen. Diese Arbeit soll ebenfalls dazu beitragen, die Versagensmechanismen der am Rand eingebauten Puzzleleisten zu erforschen und ein für die Anwender handhabbares Bemessungskonzept zu erarbeiten. Die ersten Erkenntnisse sollen eine Grundlage für ein in der Zukunft gültiges Bemessungs- konzept bilden. Anhand der Abscherversuche wurde der Einfluss der Randnähe untersucht. Darüber hinaus wurden numerische Untersuchungen vorgenommen. Die FE-Modelle wurden insbesondere zur Analyse des Lastabtrags der randnahen Betondübel verwendet. Darüber hinaus wurde eine Parameterstudie durchgeführt, welche die Variation der Materialien und geometrischen Größen der FE-Modelle beinhaltete. Aufbauend auf den experimentellen und numerischen Beobachtungen und theoretischen Überlegungen wurde ein Ingenieurmodell für Verbunddübelleisten mit und ohne Wendelbewehrung entwickelt. Das Modell wird abschließend auf das Bemessungsniveau überführt.Composite construction made of steel and concrete have become a highly competitive and efficient construction method in building and bridge constructions in recent decades. Composites have an essenstial role in composites constructions which have requirements in terms of carrying capacity and deformability. At the Department of Steel Construction of the University of Kaiserslautern, tests were carried out on the carrying and deformability of near-concrete concrete dowels in shear and pull-out tests. Despite the lack of normative regulations, the use of concrete dowels in innovative composite constructions is of increasing interest. Concrete dowels can be used in novel composite concepts even in a near-edge location. As a result, cross-sections can be produced and installed in a material-compatible and cost-effective manner using optimized composite construction. A smaller lateral concrete cover of concrete dowels occurs in addition to the slab cross sections in constructions in which the composite strip is installed horizontally. Such concrete dowel strips positioned parallel to the concrete belt plane are imaginable in e.g. in slim-floor or modern air- handling ceiling in Sandwich composite construction. Due to its close-to-edge position, the bearing and deformation behavior of a concrete dowel, which is integrated in composite structures in combination with a slender concrete slab, was considered in more detail. First investigations show that the composite dowel strips fail after splitting and horizontal cracks. If there is sufficient reinforcement, the splitting and horizontal cracks will not cause in failure. The use of a spiral reinforcement in the composite dowel strip significantly increases the load-bearing capacity and the deformability. Although there is still no uniform normative regulation for the application and dimensioning of composite anchors, often referred to as a puzzle bar, however, a license Z-26.4-56 2013 was developed, which makes the use of composite dowel strips, short VDL, possible. The application limits must be observed. Currently, several research activities are looking into how to facilitate the use of composites like puzzles incorporating common rules of application and design into the Eurocodes. This work aims to investigate the failure mechanisms of the edge-mounted puzzle pieces and to develop a design concept that is user friendly. The first findings should form a basis for the development of a comprehensive design concept. On the basis of shear tests, the influence of the edge proximity was examined. In addition, numerical investigations were made. The FE models were used in particular to analyze the load transfer of the near-concrete concrete dowels. In addition, a parameter study was carried out, which included the variation of the materials and geometrical sizes of the FE models. Based on the experimental and numerical observations and theoretical considerations, an engineering model for composite dowel bars with and without helical reinforcement was developed. In conclusion, the model is transferred to the design level