Mehr Vorspannung bedeutet nicht immer auch mehr Widerstandsfähigkeit!
Wie Sie wahrscheinlich wissen, gibt der Nachweis der Tragsicherheit an, wie viel Last ein Bauwerk vor dem Versagen aufnehmen kann. Es gilt, dass die Lasteinwirkungen durch ein Paar Schnittgrößen an einem Hebelarm aufgefangen werden.
Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um Spannbeton oder Stahlbeton handelt. Bei gleichem Stahl mit gleicher Streckgrenze halten vorgespannte und bewehrte Bauwerke die gleiche Belastung aus, bevor sie die Tragfähigkeit erreichen. Die zusätzliche Druckspannung in Spannbeton trägt nicht dazu bei, dass das Bauwerk länger standhält. Was soll also der ganze Hype?
Lass uns genauer hinschauen
Durch das Vorspannen fügen wir dem Beton eine Druckspannung hinzu, die das Verhalten des Materials erheblich verändert. Die Rissbildung verzögert sich, da die Spannungsreserve der ersten Belastung standhält. Bei anderen Laststufen erreicht Beton einen Dekompressionszustand. Später hält der Beton Spannungen stand, bis die Zugfestigkeit überschritten wird.
Die Rissbildung erfolgt daher im Vergleich zu Stahlbeton deutlich später. Außerdem ist die Rissentwicklung bei gleicher Belastung und bei kleineren Rissbreiten in Spannbeton langsamer. Dies ist wegen der Korrosion der Bewehrung wichtig. Es hängt aber auch mit der Steifigkeit der Struktur zusammen. Eine höhere Steifigkeit vorgespannter Strukturen führt zu kleineren Verformungen .
In der folgenden Abbildung sehen Sie einen theoretischen Vergleich der vorgespannten und bewehrten Elemente, die durch eine äußere axiale Zugkraft belastet werden. Angenommen, die Stahllitzen und die Bewehrung sind aus dem gleichen Stahl mit der gleichen Streckgrenze. Der Anteil entspricht auch dem der anderen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Litzen unter Spannung stehen.
- Zustand 1 – Das erste Lastinkrement wird angewendet. Der Spannbeton nutzt eine Spannungsreserve. Auch der Stahlbeton hält bis zum Überschreiten der Zugfestigkeit stand.
- Zustand 2 - Sobald die Zugfestigkeit im Stahlbeton überschritten wird, treten Risse auf. An diesem Punkt steigt die Ausnutzung der Bewehrung zusammen mit der Dehnung. Während im Spannbeton die Spannungsreserve den Effekten noch entgegenwirkt.
- Zustand 3 - Sobald die Zugfestigkeit in Spannbeton überschritten wird, treten Risse auf. An diesem Punkt steigt die Ausnutzung der Bewehrung mit der Dehnung wie beim Stahlbeton.
- Zustand 4 – Die Streckgrenze von Stahl ist überschritten.Dies bedeutet, dass wir theoretisch die Kollabierungen für beide Strukturen gleichzeitig erhalten würden. Mit anderen Worten: Die zusätzliche Druckspannung hat keinen Einfluss auf die ULS-Nachweise.
Im Gegensatz dazu würden signifikante Risse und Dehnungen bei gleicher Belastung in der bewehrten Struktur viel früher auftreten als in der vorgespannten. Somit würde der Entwurf die Nachweise der Gebrauchstauglichkeit nicht erfüllen.
Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen des Spannbetons ist zu erwähnen, dass die Verteilung der inneren Kräfte durch die Lage der vorgespannten Elemente beeinflusst werden kann. Diese Möglichkeit wird bei nachgespannten Strukturen häufig genutzt.
Theorie in der Praxis
Lassen Sie uns prüfen, wie die Logik mit den Ergebnissen in der IDEA StatiCa Anwendung übereinstimmt. Wir werden zwei Beispiele in IDEA StatiCa Detail betrachten. Das erste Beispiel ist der vorgespannte Träger, das zweite ist bis auf die Vorspannung identisch.
Im Gegensatz zum theoretischen Fall wird das Element nun auch mit einem Biegemoment belastet. Wir würden kurz vor dem Einsturz eine viel größere Verformung erfahren. Ansonsten sollte das Prinzip dasselbe bleiben.
IDEA StatiCa Detail
Die folgende Abbildung zeigt die Verwendung von Beton, Bewehrung und Spannlitzen. Beide Strukturen können die aufgebrachte Last übertragen. Wie erwartet wurden die ULS Nachweise, auch für den bewehrten Träger, mit einer ähnlichen Ausnutzung bestanden.
Ein signifikanter Unterschied trifft bei SLS Nachweisen auf.
Risse sind in Stahlbeton stärker ausgeprägt und wirken sich, wie bereits erwähnt, auf die Steifigkeit der Strukturen und damit auf die Verformung aus.
Warum muss ich das wissen?
Es ist wichtig zu erwähnen, dass dies ein theoretisches Beispiel ist. In der Praxis könnten wir das Element nicht mit einer Bewehrung mit den gleichen Eigenschaften versehen. Außerdem hätte es aufgrund der Kriterien der Gebrauchstauglichkeit nicht funktioniert. Warum ist es also wichtig?
Ein richtiges Verständnis des Verhaltens von Spannbeton vereinfacht seine Verwendung. Es ist wichtig, entscheiden zu können, ob es besser ist, die Vorspannkraft zu erhöhen oder mehr Litzen/Spannglieder hinzuzufügen. Oder den Entwurf zu ändern.
Mit dem richtigen Wissen hilft uns die Vorspannung, größere Distanzen mit weniger Material und eleganteren Formen zu überwinden. Ob im Tiefbau bei Brücken (meist Spannbetonkonstruktionen) oder im Hochbau bei vorgespannten Trägern und nachgespannten Platten.Es ist wichtig zu erwähnen, dass dies ein theoretisches Beispiel ist. In der Praxis könnten wir das Element nicht mit einer Bewehrung mit den gleichen Eigenschaften versehen. Außerdem hätte es aufgrund der Kriterien der Gebrauchstauglichkeit nicht funktioniert. Warum ist es also wichtig?
Ein richtiges Verständnis des Verhaltens von Spannbeton vereinfacht seine Verwendung. Es ist wichtig, entscheiden zu können, ob es besser ist, die Vorspannkraft zu erhöhen oder mehr Litzen/Spannglieder hinzuzufügen. Oder den Entwurf zu ändern.
Mit dem richtigen Wissen hilft uns die Vorspannung, größere Distanzen mit weniger Material und eleganteren Formen zu überwinden. Ob im Tiefbau bei Brücken (meist Spannbetonkonstruktionen) oder im Hochbau bei vorgespannten Trägern und nachgespannten Platten.
Welche Anwendung eignet sich für die Bemessung von Vorspannungen?
Für die Bemessung allgemeiner vorgespannter Elemente (vor- oder nachgespannt) können Sie das Programm IDEA StatiCa Beam anwenden. Es liefert die Lösung, einschließlich der Konstruktionsphasen und der Verlustberechnung.
Wir empfehlen die Verwendung von IDEA StatiCa Detail Anwendung und nicht nur für Unstetigkeitsbereiche.