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In dem vorliegenden Bericht wurden Befestigungen mit Gerüstankern bzw. mit Kopfbolzen im kalten Zustand und unter Brandbeanspruchung numerisch untersucht. In den Untersuchungen wurde das FE Programm MASA eingesetzt. Der erste Teil des Berichts befasst sich mit Befestigungen mit Gerüstankern. Zunächst wurden die vorhandenen Versuche mit Gerüstankern unter Zug-, Querzug- und Schrägzugsbeanspruchung nachgerechnet. Es ergab sich eine brauchbare Übereinstimmung zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen. Im zweiten Teil wurden Kopfbolzen mit großer Verankerungstiefe (bis zu 1500 mm) unter Zug- und Querbelastung zur Kante hin untersucht. Im letzten Teil des Berichtes wurde ein instationäres 3D thermo-mechanisches Modell für Beton dargestellt. Die Temperaturverteilung wird unter der Verwendung der dreidimensionalen instationären thermischen FE Analyse berechnet. In dem thermo-mechanischen Modell wird die gesamte Dehnung in mechanische, freie thermische und lastinduzierte thermische Dehnung zerlegt. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass Zulassungsversuche sehr gut durch numerische Untersuchungen ergänzt bzw. teilweise ersetzt werden können.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 4
2. Nachrechnung der Versuche mit Gerüstankern 6
2.1. Allgemeines 6
2.2. Ankergeometrie und Modellierung des Ankers 6
2.3. Ergebnisse der numerischen Untersuchungen 8
2.3.1. Zentrische Zugbeanspruchung mit großem Randabstand 8
2.3.2. Querbeanspruchung 13
2.3.2.1. Verankerung am Rand 13
2.3.2.2. Verankerung in der Plattenecke 15
2.3.3. Schrägzugbeanspruchung 17
2.4. Zusammenfassung 22
3. Numerische Untersuchung des Gerüstankers 23
3.1. Zentrische Zugbeanspruchung 23
3.1.1. Geometrie, Materialkennwerte und räumliche Diskretisierung 23
3.1.2. Ergebnisse der FE-Untersuchung 24
3.1.2.1. Typische Rissbilder 27
3.1.3. Berechnungsergebnisse für normale Kopfbolzen 30
3.1.4. Zusammenfassung 33
3.2. Querbeanspruchung 34
3.2.1. Geometrie und räumliche Diskretisierung 35
3.2.2. Ergebnisse der FE-Untersuchung 37
3.2.2.1. Einfluss des Randabstandes 38
3.2.2.2. Einfluss der Bolzendicke 39
3.2.2.3. Einfluss der Einspannungslage am Lastangriffspunkt 40
3.2.2.4. Typische Rissbilder 43
3.2.3. Zusätzliche Berechnungen von Gerüstankern unter Querbeanspruchung 45
3.2.3.1. Ergebnisse der Untersuchung 46
3.2.4. Zusammenfassung 51
4. FE Untersuchung der Kopfbolzen mit großen Verankerungstiefen und großen Köpfen 53
4.1. Zugbeanspruchung 53
4.1.1. Allgemeines 53
4.1.2. Geometrie, Materialkennwerte und Modelabbildung 53
4.1.3. Ergebnisse der FE-Analyse 56
4.1.3.1. Bruchlasten und Versagensarten 56
4.1.3.2. Der Maßstabseffekt 60
4.1.3.3. Einfluss der Kopfgröße 63
4.1.4. Zusammenfassung 66
4.2. Querbeanspruchung 67
4.2.1. Allgemeines 67
4.2.2. Geometrie und räumliche Diskretisierung 67
4.2.3. Ergebnisse der numerischen Untersuchung 69
4.2.4. Zusammenfassung 72
5. Instationäres 3D thermo-mechanisches Modell für Beton 73
5.1. Einführung . 73
5.2. Nichtstationäre thermische Analyse 74
5.3. Thermo-mechanische Kopplung 75
5.3.1. Isothermisches konstitutives Gesetz - das "Microplane" Modell 76
5.3.2. Temperaturanpassung des "Microplane" Modells 80
5.3.2.1. Elastizitätsmodul 81
5.3.2.2. Druckfestigkeit des Betons 82
5.3.2.3. Zugfestigkeit des Betons 83
5.3.2.4. Bruchenergie des Betons 84
5.3.3. Thermische Dehnungen 85
5.3.3.1. Freie thermische Dehnung 85
5.3.3.2. Last induzierte thermische Dehnung - Kriechen 86
5.4. Numerische Untersuchung 88
5.4.1. Überprüfung 88
5.4.2. Kopfbolzen unter Brandbeanspruchung 89
5.5. Zusammenfassung 97
6. Zusammenfassung 99
7. Literatur 103
8. Anlage 106
