Experimentelle Untersuchungen und numerische Simulation des nichtlinearen Tragverhaltens geklebter Stahl-Beton-Verbindungen:
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Kaiserslautern
Techn. Univ.
2012
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| Edition: | Als Ms. gedr. |
| Series: | Schriftenreihe der Fachgebiete Massivbau und Baukonstruktion, Stahlbau, Werkstoffe im Bauwesen des Studienganges Bauingenieurwesen
14 |
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IMAGE 1
INHALT
INHALT
INHALT
ZUSAMMENFASSUNG VII
ABSTRACT VIII
1 EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG 1
1.1 MOTIVATION 1
1.2 ZIELE DER ARBEIT 4
1.3 INHALTLICHE GLIEDERUNG DER ARBEIT 5
2 KLEBEN IM BAUWESEN - ANWENDUNGEN UND FORSCHUNG 8
2.1 ALLGEMEINES 8
2.2 BRUECKENBAU 8
2.3 BAUWERKSERTUECHTIGUNG MIT AUFGEKLEBTEN STAHL-, CFK- UND GFK-LAMELLEN
16
2.3.1 ANWENDUNGEN 16
2.3.2 KLEBSTOFFE 18
2.3.3 VERBUNDANSAETZE_ 18
2.3.4 NACHWEISFUEHRUNG 19
2.4 STRUKTURELLES KLEBEN IM KONSTRUKTIVEN GLASBAU 20
2.4.1 ALLGEMEINES 20
2.4.2 ANWENDUNGEN 20
2.4.3 KLEBSTOFFE 24
2.4.4 NACHWEISFUEHRUNG 26
2.5 LEICHTBAU 27
2.6 VERBUNDBAU 29
2.7 HOLZBAU 30
2.8 ZWISCHENFAZIT 35
3 AUFBAU, EIGENSCHAFTEN UND AUSWAHL VON KLEBSTOFFEN 36
3.1 ALLGEMEINES UND KLASSIFIZIERUNG 36
3.2 EINTEILUNG NACH DEM AUSHAERTUNGSMECHANISMUS 37
3.3 AUFBAU DER KLEBSTOFFE 38
3.3.1 CHEMISCHER AUFBAU DER MONOMERE 38
3.3.2 REAKTIONSMECHANISMEN DER POLYREAKTION 39
3.3.3 STRUKTUR DER POLYMERE 39
3.4 ZWEIKOMPONENTENKLEBSTOFFE 40
3.5 KLEBSTOFFAUSWAHL 41
3.6 EPOXIDHARZKLEBSTOFFE 42
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IMAGE 2
INHALT
3.6.1 CHEMIE DER EPOXIDHARZE 42
3.6.2 ADDITIONSPOLYMERISATION VON EPOXIDHARZEN 44
3.6.3 EIGENSCHAFTEN VON EPOXIDHARZKLEBSTOFFEN 45
3.7 POLYURETHANKLEBSTOFFE 45
3.7.1 CHEMIE DER POLYURETHANE 45
3.7.2 ADDITIONSPOLYMERISATION VON POLYURETHANEN 47
3.7.3 EIGENSCHAFTEN VON POLYURETHANKLEBSTOFFEN 47
3.8 EIGENSCHAFTEN DES UNTERSUCHTEN EPOXIDHARZKLEBSTOFFES 48
3.9 EIGENSCHAFTEN DES UNTERSUCHTEN POLYURETHANKLEBSTOFFES 49
4 MECHANISCHE WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN DER UNTERSUCHTEN KLEBSTOFFE 50
4.1 ALLGEMEINES UND GRUNDVERSUCHE 50
4.2 EINACHSIGE ZUGVERSUCHE NACH DIN EN ISO 527-2 51
4.2.1 ALLGEMEINES 51
4.2.2 VERSUCHSKOERPER NACH DIN EN ISO 527-2 52
4.2.3 DURCHFUEHRUNG DER ZUGVERSUCHE NACH DIN EN ISO 527-2 52
4.2.4 ERGEBNISSE DER ZUGVERSUCHE NACH DIN EN ISO 527-2 54
4.3 ZUGSCHERVERSUCHE NACH DIN EN 14869-2 57
4.3.1 ALLGEMEINES 57
4.3.2 VERSUCHSKOERPER NACH DIN EN 14869-2 58
4.3.3 DURCHFUEHRUNG DER ZUGSCHERVERSUCHE NACH DIN EN 14869-2 59
4.3.4 ERGEBNISSE DER ZUGSCHERVERSUCHE NACH DIN EN 14869-2 61
4.3.5 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE 66
4.4 TORSIONSVERSUCHE NACH DIN EN 14869-1 67
4.5 ZUGVERSUCHE AN STUMPF VERKLEBTEN STAHLZYLINDERN 68
4.5.1 ALLGEMEINES 68
4.5.2 VERSUCHSKOERPER DER STUMPF VERKLEBTEN STAHLZYLINDER 69
4.5.3 DURCHFUEHRUNG DER ZUGVERSUCHE AN STUMPF VERKLEBTEN STAHLZYLINDERN
70
4.5.4 ERGEBNISSE DER ZUGVERSUCHE AN STUMPF VERKLEBTEN STAHLZYLINDERN 71
4.6 ZUGVERSUCHE AN STUMPF VERKLEBTEN STAHLZYLINDERN AUF BETON 73
4.6.1 ALLGEMEINES 73
4.6.2 VERSUCHSKOERPER STUMPF VERKLEBTER STAHLZYLINDER AUF BETON 73
4.6.3 DURCHFUEHRUNG DER ZUGVERSUCHE AN STUMPF VERKLEBTEN STAHLZYLINDEM
AUF
BETON 77
4.6.4 ERGEBNISSE DER ZUGVERSUCHE STUMPF VERKLEBTER STAHLZYLINDER AUF
BETON _78
4.7 SCHUBVERSUCHE AN UNGESCHLITZTEN ROHRPROBEN 82
4.7.1 ALLGMEINES 82
4.7.2 VERSUCHSKOERPER DER SCHUBVERSUCHE AN UNGESCHLITZTEN ROHRPROBEN 83
4.7.3 DURCHFUEHRUNG DER SCHUBVERSUCHE AN UNGESCHLITZTEN ROHRPROBEN 87
4.7.4 ERGEBNISSE DER SCHUBVERSUCHE AN UNGESCHLITZTEN ROHRPROBEN 88
4.8 SCHUBVERSUCHE AN GESCHLITZTEN ROHRPROBEN 95
IMAGE 3
INHALT
4.8.1 ALLGEMEINES 95
4.8.2 VERSUCHSKOERPER DER SCHUBVERSUCHE AN GESCHLITZTEN ROHRPROBEN 95
4.8.3 DURCHFUEHRUNG DER SCHUBVERSUCHE AN GESCHLITZTEN ROHRPROBEN 97
4.8.4 ERGEBNISSE DER SCHUBVERSUCHE AN GESCHLITZTEN ROHRPROBEN 98
4.9 DYNAMISCH-MECHANISCHE ANALYSE (DMA) 101
5 GROSSMASSSTAEBLICHE BAUTEILVERSUCHE 106
5.1 ALLGEMEINES 106
5.2 MATERIALEIGENSCHAFTEN DER VERBUNDPARTNER 107
5.2.1 BETON 107
5.2.2 STAHL 108
5.3 PUSH-OUT-VERSUCHE 110
5.3.1 PROBEKOERPER DER PUSH-OUT-VERSUCHE 110
5.3.2 OBERFLAECHENVORBEHANDLUNG DER VERSUCHSKOERPER 110
5.3.2.1 ALLGEMEINES 110
5.3.2.2 VORBEHANDLUNG DER BETONOBERFLAECHEN 111
5.3.2.3 VORBEHANDLUNG DER STAHLOBERFLAECHEN 112
5.3.2.4 HERSTELLUNG DER PUSH-OUT-KOERPER 113
5.3.2.5 MATERIALEIGENSCHAFTEN DER PUSH-OUT-KOERPER AM VERSUCHSTAG 115
5.3.3 DURCHFUEHRUNG DER PUSH-OUT-VERSUCHE 115
5.3.4 ERGEBNISSE DER PUSH-OUT-VERSUCHE 117
5.3.4.1 BETRACHTUNG DER BRUCHBILDER DER PUSH-OUT-KOERPER 117
5.3.4.2 AUSWERTUNGEN DER MESSUNGEN 120
5.4 VERBUNDTRAEGERVERSUCHE 122
5.4.1 PROBEKOERPER DER VERBUNDTRAEGERVERSUCHE 122
5.4.2 OBERFLAECHENVORBEHANDLUNG DER VERSUCHSKOERPER 123
5.4.2.1 ALLGEMEINES 123
5.4.2.2 VORBEHANDLUNG DER BETONOBERFLAECHEN 123
5.4.2.3 VORBEHANDLUNG DER STAHLOBERFLAECHEN 124
5.4.2.4 HERSTELLUNG DER VERBUNDTRAEGER 125
5.4.2.5 MATERIALEIGENSCHAFTEN DER VERBUNDTRAEGER AM VERSUCHSTAG 127
5.4.2.6 MOMENTENTRAGFAEHIGKEITEN DER VERBUNDTRAEGER AM VERSUCHSTAG 128
5.4.3 DURCHFUEHRUNG DER VERBUNDTRAEGERVERSUCHE 130
5.4.4 ERGEBNISSE DER VERBUNDTRAEGERVERSUCHE 137
5.4.4.1 BETRACHTUNG DER BRUCHBILDER DER VERBUNDTRAEGER 137
5.4.4.2 AUSWERTUNGEN DER MESSUNGEN 142
6 MECHANISCHE WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN VON NORMALBETON 147
6.1 ALLGEMEINES 147
6.2 MATERIALVERHALTEN UND WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN VON BETON 147
6.2.1 ALLGEMEINES 147
III
IMAGE 4
INHALT
6.2.2 EINAXIALES MATERIALVERHALTEN VON BETON UNTER ZUGBEANSPRUCHUNG 147
6.2.3 EINAXIALES MATERIALVERTIALTEN VON BETON UNTER DRUCKBEANSPRUCHUNG
152
6.2.4 QUERDEHNUNGSVERHALTEN VON BETON 154
6.2.5 ZWEIACHSIALES MATERIALVERHALTEN VON BETON 155
6.2.6 DREIACHSIALES MATERIALVERHALTEN VON BETON 157
7 MECHANISCHE MODELLE ZUR BESCHREIBUNG DES KLEBSTOFFES UND DER
VERBUNDPARTNER STAHL UND BETON 160
7.1 ALLGEMEINES 160
7.2 ELASTISCHE MODELLE 161
7.3 ELASTOPLASTISCHE MODELLE 162
7.3.1 ALLGEMEINES 162
7.3.2 FLIESSTHEORIE (INKREMENTELLE PLASTIZITAETSTHEORIE) 163
7.4 MODELLE NACH DER SCHAEDIGUNGSTHEORIE 163
7.5 KONZEPTE ZUR RISSMODELLIERUNG 164
7.5.1 ALLGEMEINES 164
7.5.2 DISKRETE RISSMODELLIERUNG 164
7.5.3 VERSCHMIERTE RISSMODELLIERUNG 164
7.6 GRUNDLAGEN DES RATENUNABHAENGIGEN ELASTO-PLASTISCHEN
MATERIALVERHALTENS _165
7.6.1 ALLGEMEINES 165
7.6.2 ANSTRENGUNGSKRITERIEN UND FLIESSBEDINGUNGEN 167
7.6.3 FLIESSFLAECHEN 168
7.6.4 MECHANISCHE GRUNDLAGEN ZUR FOMULIERUNG VON ANSTRENGUNGS-KRITERIEN
UND
FLIESSBEDINGUNGEN 168
7.6.5 VER- UND ENTFESTIGUNGSGESETZ 173
7.6.6 FLIESSREGEL 176
7.6.7 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN 178
7.7 NUMERISCHE MODELLE UND ANSTRENGUNGSKRITERIEN ZUR BESCHREIBUNG VON
KLEBSTOFFEN 182
7.7.1 ALLGEMEINES 182
7.7.2 ALLGEMEINE FORMULIERUNG DER SPANNUNGS-DEHNUNGS-VERLAEUFE NACH
SCHLIMMER 183
7.7.3 DRUCKER PRAGER UND EXTENDED DRUCKER PRAGER 188
7.7.4 ANSATZ NACH SCHLIMMER 190
7.7.5 INTERFACEMODELL NACH ALFANO UND CRISFIELD 192
7.7.6 ANSATZ ZUR BESCHREIBUNG DER DELAMINATION NACH ORTIZ UND PANDOLFI
197
7.8 NUMERISCHE MODELLE UND ANSTRENGUNGSKRITERIEN ZUR BESCHREIBUNG VON
BETON
200
7.8.1 ALLGEMEINES 200
7.8.2 RANKINE KRITERIUM 200
IV
IMAGE 5
INHALT
7.8.3 ZYLINDERPOTENTIAL 201
7.8.4 DRUCKER PRAGER (DP) 201
7.8.5 EXTENDED DRUCKER PRAGER (EDP) 202
7.8.6 PARABOLOIDANSATZ NACH CHEN 203
7.8.7 WILLIAM UND WARNKE 204
7.8.8 OTTOSEN 206
7.8.9 ROGGE 207
7.8.10 CAP-MODELLE 208
7.9 NUMERISCHE MODELLE UND AEQUIPOTENTIALBEDINGUNGEN ZUR BESCHREIBUNG VON
STAHL 210
8 MODELLIERUNG DES MATERIALVERHALTENS VON BETON UND KLEBSTOFF 212
8.1 ALLGEMEINES 212
8.2 VORSTELLUNG DES MATERIALMODELLS FUER BETON IN ALLGEMEINER FORM 212
8.2.1 GRUNDLAGEN 212
8.2.2 KONSTITUTIVE GLEICHUNGEN 213
8.2.3 FLIESSBEDINGUNG 214
8.2.4 APPROXIMATION DER VER- UND ENTFESTIGUNG 218
8.2.5 PROJEKTIONSALGORITHMUS 219
8.2.6 KONSISTENTE ELASTO-PLASTISCHE MATERIALTANGENTE 223
8.3 PARAMETERIDENTIFIKATION FUER DIE UNTERSUCHTEN BETONE 225
8.4 MODELLIERUNG DES MATERIALVERHALTENS DER UNTERSUCHTEN KLEBSTOFFE 228
8.4.1 ALLGEMEINES 228
8.4.2 DARSTELLUNG DES MODELLS 228
8.4.3 DIE KONSISTENTE TANGENTENSTEIFIGKEIT 229
8.4.4 WEITERE ANPASSUNGEN 232
8.5 UEBERPRUEFUNG DER IMPLEMENTIERUNG 234
8.5.1 ALLGEMEINES 234
8.5.2 VERGLEICH MIT DEM STANDARDMODELL 234
8.5.3 BERECHNUNGEN AN EINEM ELEMENT 234
8.5.4 FAZIT 236
8.6 ALTERNATIVE MODELLIERUNG DES MATERIALVERHALTENS DER UNTERSUCHTEN
KLEBSTOFFE237
8.6.1 ALLGEMEINES 237
8.7 PARAMETERIDENTIFIKATION FUER DIE UNTERSUCHTEN KLEBSTOFFE 237
8.7.1 ALLGEMEINES 237
8.7.2 PARAMETERIDENTIFIKATION FUER DEN UNTERSUCHTEN EP-KLEBSTOFF 239
8.7.3 PARAMETERIDENTIFIKATION FUER DEN UNTERSUCHTEN PU-KLEBSTOFF 240
9 NUMERISCHE SIMULATION DURCHGEFUEHRTER VERSUCHE 242
9.1 ALLGEMEINES 242
9.2 GRUNDVERSUCHE 242
V
IMAGE 6
INHALT
9.2.1 ALLGEMEINES 242
9.2.2 SIMULATION DER EP-BULKPROBEN 243
9.2.3 SIMULATION DER PU-BULKPROBEN 246
9.2.4 ZUGSCHERPROBEN - EP 249
9.2.5 ZUGSCHERPROBEN - PU 253
9.2.6 ZUGVERSUCHE AN STUMPF VERKLEBTEN STAHLZYLINDERN 256
9.3 GEKLEBTE STAHL-BETON-VERBUNDSTRUKTUREN 259
9.3.1 SCHUBVERSUCHE AN UNGESCHLITZTEN ROHRPROBEN 259
9.3.2 VERBUNDTRAEGER 264
10 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 274
LITERATUR 277
LEBENSLAUF 287
VI |
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