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NACHTRÄGLICHE BEWEHRUNGSANSCHLÜSSE UND SEISMISCHE AKTIVITÄT

Beurteilung und Bemessung

Bewehrungen in Beton
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Die Risiken durch Erdbeben rücken angesichts einer steigenden Bevölkerungsdichte, der Konzentration von wertvollen Gütern in Ballungszentren und der Abhängigkeit der Bevölkerung von einer funktionierenden Infrastruktur ins Licht der Aufmerksamkeit und erfordern eine genauere Analyse. Angemessene Bauordnungen und Baupraktiken, die dem neuesten Stand der Technik entsprechen, können diese Risiken mindern.

WIE VERHALTEN SICH BEWEHRUNGEN UND BETON BEI EINEM ERDBEBEN?

Zyklische Lastprotokolle, die den Verlust der Verbundfestigkeit in eingegossenen und in nachträglich installierten Bewehrungen zeigen

Stahlbetonelemente unterliegen zyklischen Lasten, die unter anderem durch Erdbebeneinwirkungen entstehen.

Zyklische Belastungen durch Erdbeben werden üblicherweise in Laboruntersuchungen gemessen, bei denen vorab festgesetzte Lastprotokolle verwendet werden.

Testversuche haben gezeigt, dass zyklische Lasten einen Verlust der Verbundspannung zwischen Mörtel und Beton bei der Anwendung von eingegossenen und nachträglich installierten Bewehrungsanschlüssen verursachen. Gerissener Beton ist für eingegossene und nachträglich installierte Bewehrungsanschlüsse nicht so kritisch wie für Ankerbefestigungen. Bei der Mehrheit der Anwendungen werden die Bewehrungsstäbe nicht parallel, sondern im rechten Winkel zu den Rissen installiert. Die wahrscheinlichsten Längsrisse sind Spaltrisse, die durch die Last der Bewehrungsstäbe selbst verursacht werden. Diese Art von Rissen können durch eine Planung verhindert werden, bei der die Verbundfestigkeit so nieder gehalten wird wie für eingegossene Bewehrungsstäbe nach den Vorschriften von EC2. Bewehrungsstäbe werden in der Regel nicht als Einzelelemente, sondern gruppenweise eingegossen bzw. installiert, sodass die Last im Falle einer starken Beschädigung des Betons neu verteilt werden kann. Die für Bewehrungsstäbe verwendeten Verankerungslängen sind normalerweise recht groß, und die Wahrscheinlichkeit, dass ein ganzer Bewehrungsstab entlang eines Risses installiert ist, ziemlich gering.

Aus diesem Grund bestehen große Unterschiedene in den Methoden und Kriterien für die Erdbeben-Zertifizierung von nachträglich installierten Bewehrungsstäben und nachträglich installierten Ankern.

NEUE BEWERTUNGSKRITERIEN FÜR NACHTRÄGLICHE BEWEHRUNGSANSCHLÜSSE

Die Entwicklung von Methoden für die Bemessung von Bauprodukten, die für seismische Anwendungen geeignet sind, ist ein wichtiger Beitrag für die Planung von sichereren Gebäuden für die kommenden Generationen.

Das bisherige Europäische Bewertungsdokument EAD 330087 für nachträglich installierte Bewehrungsanschlüsse enthielt Methoden und Kriterien für die Feststellung der statischen Leistung und des Brandverhaltens, nicht aber der Erdbebenbeständigkeit.

Mit der Billigung des EAD 331522 im Jahr 2018 ist hier eine Änderung eingetreten: Das neue Bewertungsdokument enthält Methoden und Kriterien für die Feststellung der Leistung von nachträglich installierten Bewehrungen, wenn diese seismischen Einwirkungen ausgesetzt sind. Um nachträglich installierte Bewehrungssysteme für seismische Lasten nach Eurocode 8 auszulegen, müssen die Produkte jetzt gemäß dem EAD 331522 beurteilt werden. Die Bemessung muss gewährleisten, dass: die Produktleistung unter einer simulierten, zyklischen Erdbebenbelastung getestet und beurteilt wird; das Produkt der Europäischen Bauprodukte-Verordnung CPR entspricht; die Planung der Verankerungslängen und Verbindungsstellen nach Eurocode 8 durchgeführt werden kann. Gemäß dem EAD 331522 müssen zwei Arten von Tests durchgeführt werden, um die Gleichwertigkeit von nachträglich installierten und eingegossenen Bewehrungssystemen zu überprüfen: Begrenzte, zyklische Tests der Zug- und Schublasten ohne Berücksichtigung der Randabstände - Vergleich von nachträglich installierten und eingegossenen Bewehrungsanschlüssen bezüglich des Verlusts der Verbundfestigkeit (Versagen durch Herausziehen). Zyklische Tests bei minimal zulässigem Randabstand (cd = 2s) - Vergleich von nachträglich installierten und eingegossenen Bewehrungsanschlüssen bezüglich des Verlusts der Spaltfestigkeit und der Energiedissipation (Versagen durch Spaltung).

Aufgrund des Bewertungsverfahrens beinhaltet die Europäische Technische Bewertung (ETA) eines Produkts hinsichtlich der Erbebenfestigkeit die Werte der Verbundfestigkeit und der Betonüberdeckung, die bei der Planung von nachträglich installierten Bewehrungsanschlüssen, die seismischen Einwirkungen unterliegen, verwendet werden können.

WIE UNSERE PRODUKTE DIE ANFORDERUNGEN FÜR SEISMISCHE ANWENDUNGEN ERFÜLLEN

Zwei unserer Injektionsmörtel, der HIT-RE 500 V3 und der HIT-HY 200-R, waren die ersten Produkte dieser Art, die nach dem neuen Bewertungsdokument EAD 331522 bewertet wurden.

Unsere Produkte liefern höchste Leistungen unter den unterschiedlichsten Bedingungen hinsichtlich der Bohrmethoden, der Durchmesser der Bewehrungsstäbe und der Betonklassen.

Mit den Mörteln HIT-RE 500 V3 und HIT-HY 200-R können Sie:

  • alle Anwendungen, die dem EAD 331522 unterliegen, für seismische Lasten auslegen; 
  • nachträglich installierte Bewehrungsanschlüsse nach den Anforderungen von Eurocode 8 planen.
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BEFESTIGUNG UND BEWEHRUNG FÜR SEISMISCHE ANFORDERUNGEN

Hauptunterschiede

Bei den Bemessungsmethoden für nachträglich installierte Bewehrungsanschlüsse und für Ankerbefestigungen gibt es große Unterschiede. Nachfolgend eine Zusammenfassung der Besonderheiten dieser beiden Methoden:

  “Rebar theory” post-installed rebar “Anchor theory” bonded anchor
Load on the bar Tension
(roughness of joint critical for the shear transfer) 		 Tension, shear, combination of both 
Load transfer mechanism Equilibrium with local or global concrete struts
(no ultilization of concrete's tensile strength)		 Utilization of concrete’s tensile strength
Influence of joint Rough contact surface where the friction enables
the shear transfer between concrete casts at different times		 The rebar takes up the shear load
Failure modes Steel yielding, pull out, splitting Steel yielding, concrete cone, pull out, splitting
‘‘Result of theory application’’ Anchorage length (lbd) Capacity of the anchor (NRk)
Design steps 1. Calculation of steel reinforcement needed
2. Calculation of required anchorage length		 1. Calculation of all characteristic capacities
2. Determination of minimum capacity
    controlling failure anchorage
Minimum concrete cover
(min (spacing; edge distance))		 Calculated based on Eurocode 2.
Together with the bond strength development,
this ensures correct installation		 Calculated according to ETA.
Splitting due to installation prevented
Allowable anchorage length lb,min ≥ max(0.3lbrqd,fyd; 10ϕ; 100mm) 4ϕ ≤ lb,min ≤ 20ϕ
Concrete Uncracked and cracked Uncracked and cracked 
Seismic qualification concept Equivalence between post-installed and cast-in bars
when subjected to cyclic load		 Assessment of performance under cyclic loading and 
cyclic opening/closing of cracks
Seismic performance Independent from seismic zones and seismic
actions as per cast-in		 Dependent on peak ground acceleration (ag)
and structure type (C1 and C2)
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DESIGNING POST-INSTALLED REBAR IN SEISMIC ZONES

Eurocode 2 und Eurocode 8 Richtlinien

Strukturlemente von Gebäuden in Erdbebenzonen können im Falle von seismischen Einwirkungen Verluste in ihren Leistungen erleiden. Zyklische Lasten reduzieren die Leistung von nachträglichen Bewehrungsanschlüssen, indem sie die Verbundfestigkeit verringern und das Verhalten der Baustrukturen unvorhersehbar machen. Aus diesem Grund ist eine korrekte Bemessung von grundlegender Bedeutung, wenn der Erfolg der Bewehrungsanschlüsse gesichert sein soll.

Unsere Außendienstingenieure stehen Ihnen bei der Planung beiseite.

Sie können die PROFIS Rebar Software auch von unserer Homepage herunterladen, um die Bewehrungsanschlüsse für seismische Anwendungen sowie die statischen Leistungen und das Brandverhalten von Bewehrungen zu bemessen.

Die PROFIS Rebar Software berücksichtigt geltende Bauvorschriften wie Eurocode 2 / Eurocode 8. 

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