Zum Tragverhalten von Stahlbeton- und Spannbetonbalken unter Torsion

Für die Bemessung von Stahlbeton- und Spannbetonbalken gegen eine Torsionseinwirkung stellt das hinlänglich bekannte räumliche Fachwerkmodell die weltweit übliche Grundlage dar. Die festzustellende Diskrepanz in der Modellbeschreibung nach aktuellen internationalen Normenwerken zeigt jedoch, dass sich mit der verbreiteten Verwendung des Modells keine einheitliche Auffassung zum Torsionstragverhalten verbindet. In der Arbeit werden die erkannten Wissenslücken zum Torsionstragverhalten von Stahlbeton- und Spannbetonbalken auf Basis umfassender experimenteller und theoretischer Untersuchungen aufgearbeitet. Dabei stellt die Untersuchung von Balken mit praxisüblichem Rechteckquerschnitt unter reiner Torsionsbelastung den Schwerpunkt dar. Die Bedeutung einer Interaktionsbelastung aus Normalkraft, Querkraft oder Biegung sowie eines profilierten Querschnitttyps auf einzelne Aspekte wird durch zusammenfassende Vergleichsbetrachtungen behandelt. Die vor allem in der DIN 1045-1 verankerte Modellvorstellung eines scheibenartigen Tragverhaltens in jeder Wandseite des fiktiven Hohlkastenquerschnitts aufuehmend wird in einem Zwischenschritt zunächst das Tragverhalten schubbelasteter orthogonal bewehrter Betonscheiben anhand der Auswertung einer erstellten Versuchsdatenbank sowie analytischer Modellrechnungen untersucht. Relevante Gemeinsamkeiten und Unterschiede zum Tragverhalten torsionsbeanspruchter Balken werden herausgearbeitet und fließen in die weiteren Analyseschritte ein. Mit der Durchführung und detaillierten Analyse von insgesamt neun eigenen Experimenten an Stahlbetonbalken unter Torsionsbelastung werden vorrangig die grundlegenden Fragestellungen zur Bedeutung einer unterschiedlich großen Betondeckung sowie im Querschnittinneren angeordneter Bewehrungsstäbe auf das Torsionstragvermögen gezielt untersucht. Mit der Entwicklung einer mechanischen Modellvorstellung zu den erkannten Versagensmechanismen wird ein Bemessungsansatz aufgestellt. Die Verifikation und Weiterentwicklung dessen gelingt anhand der Auswertung einer erstellten, umfassenden Versuchsdatenbank von Experimenten an Stahlbeton- und Spannbetonbalken unter maßgeblicher Torsionsbelastung. Über begleitend durchgefiihrte analytische Modellrechnungen und die Bandbreite der erfassten Experimente lassen sich die gewonnenen Erkenntnisse vertiefen. Aus der Gesamtheit der durchgeführten Untersuchungen geht eine ganzheitliche Modellvorstellung zum räumlichen Trag- und Verformungsverhalten von Stahlbeton- und Spannbetonbalken unter maßgeblicher Torsionsbelastung hervor, die in der Formulierung eines baupraktischen Bemessungsmodells auf Basis der Grundlage des räumlichen Fachwerks mündet und sich wie folgt zusammenfassen lässt: Durch das sich einstellende Fachwerktragverhalten beinhaltet das Torsionstragverhalten von Stahlbeton- und Spannbetonbalken analoge Aspekte zum Tragverhalten schubbeanspruchter Scheiben. Mindestens ebenso wird es jedoch durch zum Biegetragverhalten von Balken analoge Aspekte geprägt, die sich u. a. in der Bedeutung im Querschnittsinneren angeordneter Bewehrungsstäbe auf das Tragvermögen ausdrücken. Schließlich bestehen mit der Größe der Betondeckung und der Schlankheit des Querschnitts auch Einflussfaktoren, die mit keiner der beiden vorab genannten Analogien vereinbar sind und ausschließlich die Charakteristik des Torsionstragverhaltens von Stahlbeton- und Spannbetonbalken ausmachen.