Verbundbau (Beton)

Stahlbetonverbundtragwerk
Stahlbetonverbundtragwerk

Verbundtragwerke, z.B. Fertigteilträger mit Ortbetonergänzung, werden in der Regel durch die Abbildung von Stab- und Flächenelementen mit unterschiedlichen Eigenschaften modelliert. Im Zusammenhang mit den Bauzuständen können so auch die auftretenden Kriechumlagerungen leicht berechnet werden. Bei der Interpretation und Weiterverarbeitung der Ergebnisse besteht das Problem, dass Reaktionen getrennt für die Stab- und Flächenelemente ermittelt werden.
Mit den sog. Bemessungsobjekten können die Reaktionen beliebiger Bauteile an definierten Schnitten zu  'Gesamtquerschnittsgrößen' aufintegriert werden. Diese sind z.B. für die querschnittsbezogenen Nachweise erforderlich.

Die beschriebene Vorgehensweise wird an einem kleinen Beispiel nachfolgend erläutert:

Vorgespannter Fertigteilträger mit Ortbetonergänzung

Aufbau des Querschnitts
Aufbau des Querschnitts

Die Abbildung zeigt den Querschnitt einer einfachen 1-feldrigen Brücke, aufgebaut mit Fertigteilen und nachträglich aufge- brachter Ortbetonplatte. Ein mögliches Tragwerksmodell zeigt die nächste Abbildung. Die Fertigteile werden durch Stabelemente und die Fahrbahnplatte durch exzentrisch gekoppelte Faltwerkselemente modelliert.

Tragwerksmodell mit Stäben, Kopplungen und Flächenelementen
Tragwerksmodell mit Stäben, Kopplungen und Flächenelementen

Dieses System liefert die Schnittgrößen in den Fertigteilen und der Ortbetonplatte.

Im ersten Bauzustand existieren lediglich die vorgespannten Fertigteilträger (Stabelemente). Diese tragen ihr Eigengewicht sowie den Frischbeton der Ortbetonplatte. Nach 50 Tagen Kriechen & Schwinden stellen sich die abgebildeten Schnittgrößen ein.

Biegemoment My
Biegemoment My
Normalkraft Nx
Normalkraft Nx

Im 2. Bauzustand wird die Ortbetonplatte aktiviert. Diese ist zunächst spannungsfrei. Erst durch die Umlagerungen aus Kriechen und Schwinden werden auch hier Reaktionen eingetragen:

Normalkräfte in der Platte aus K&S
Normalkräfte in der Platte aus K&S
Schnittdarstellung der Normalkräfte
Schnittdarstellung der Normalkräfte

Auf diese Weise können beliebige Kriechabschnitte unterschiedlicher Bauteile untersucht werden.

Weitere Lasten wirken auf das Gesamtsystem und führen zu Reaktionen im Fertigteilträger und der Platte.

Für die Nachweise des Verbundträgers sind nun jedoch Schnittgrößen an einem 'Gesamtquerschnitt' aus dem Fertigteilträger und der Platte erforderlich. Dazu wird ein Bemessungsobjekt definiert. Mit dessen Hilfe werden die Spannungen des Trägers und der Platte zu Schnittgrößen aufintegriert und für die Nachweise normgemäß kombiniert.

Lage des Bemessungsobjektes
Lage des Bemessungsobjektes

Der Verlauf der 'Gesamtschnittgrößen' wird am Bemessungsobjekt aufgetragen:

Biegemoment My
Biegemoment My
Normalkraft Nx
Normalkraft Nx
Querkraft Qz
Querkraft Qz