Verbundbau (Stahl)

Stahlträger mit Ortbetonergänzung
Stahlträger mit Ortbetonergänzung

Stahlverbundtragwerke, z.B. Stahlträger mit Ortbetonergänzung, werden in der Regel durch die Abbildung von Stab- und Flächenelementen mit unterschiedlichen Eigenschaften modelliert. Auch 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. Bemessungobjekten können die Reaktionen beliebiger Bauteile an definierten Schnitten zu  'Gesamtquerschnittsschnittgrößen' aufintegriert werden. Diese sind z.B. für querschnittsbezogene Nachweise erforderlich.

Die beschriebene Vorgehensweise wird an einem einfachen Beispiel nachfolgend erläutert:

Zweifeldriger Verbundträger

Für den abgebildeten Zweifeldträger sollen die Spannungen und Schnittgrößen aus der Last sowie den Umlagerungen aus Kriechen und Schwinden ermittelt werden.

Dieses Beispiel entstammt dem Aufsatz Verbundkonstruktionen – Bemessung auf der Grundlage des Eurocode 4, Teil 1 (Roik, K.; Bergmann, R.; Haensel, J.; Hanswille, G.; Betonkalender 1999, Teil II, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 1999) und soll den Vergleich mit anderen Lösungen ermöglichen.

System und Belastung
System und Belastung
Verbundquerschnitt für das Bemessungsobjekt
Verbundquerschnitt für das Bemessungsobjekt

Ein mögliches Tragwerksmodell zeigt die nächste Abbildung. Der Stahlträger wird durch einen Walzträger HEA 400 und der Betonquerschnitt durch ein exzentrisch gekoppeltes Polygon wiedergegeben.

Modellierung des Tragsystems
Modellierung des Tragsystems

Dieses System liefert Schnittgrößen und Spannungen für das Walzprofil und den Betonquerschnitt.

Verlauf der Spannungen im Betonquerschnitt
Verlauf der Spannungen im Betonquerschnitt
Verlauf der Spannungen im Walzprofil
Verlauf der Spannungen im Walzprofil

Zur Bestimmung der Gesamtschnittgrößen aus Beton- und Walzquerschnitt wird ein sog. Bemessungsobjekt definiert. Mit dessen Hilfe können die Spannungen aller Elemente zu Schnittgrößen aufintegriert und dargestellt werden.

Integrierte Schnittgrößen am Bemessungsobjekt:

Bemessungsobjekt mit Querschnitten
Bemessungsobjekt mit Querschnitten
My infolge der Linienlast
My infolge der Linienlast
Qz infolge der Linienlast
Qz infolge der Linienlast

Die Umlagerungen aus Kriechen und Schwinden des Betons erzeugen einen stat. unbestimmten Schnittgrößenanteil im Gesamtquerschnitt:

My infolge K&S
My infolge K&S

Einzelbemessung für den Verbundquerschnitt in Feldmitte:

Protokoll der Einzelbemessung
Protokoll der Einzelbemessung