ISBN Verlag Ernst & Sohn Berlin

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1 Seite 1 Inhaltsverzeichnis und Vorwort Befestigungstechnik im Beton- und Mauerwerksbau ISBN Verlag Ernst & Sohn Berlin Inhalt Vorwort 1. Einleitung Historischer Rückblick Anforderungen an Befestigungen Art und Richtung der Einwirkungen... 5 Teil A Befestigungen in Beton 2. Befestigungssysteme Allgemeines Einlegemontage Transportanker Ankerschienen Kopfbolzen Gewindehülsen Bohrmontage Bohrverfahren Montagearten Befestigungselemente Metallspreizdübel Hinterschnittdübel Verbunddübel Betonschrauben Deckenabhänger Kunststoffdübel Direktmontage Grundlagen Allgemeines Verhalten von zugbeanspruchtem Beton Bruchmechanismus von Befestigungen Numerische Untersuchungen Experimentelle Untersuchungen Folgerungen aus den numerischen und experimentellen Untersuchungen Gerissener Beton Ausnutzung der Betonzugtragfähigkeit durch Befestigungen... 57

2 Seite Vorspannung Beanspruchung der Befestigungsmittel Berechnung nach der Elastizitätstheorie Berechnung nach nichtlinearen Verfahren Tragverhalten von Kopfbolzen, Hinterschnitt- und Metallspreizdübeln im ungerissenen und gerissenen Beton Ungerissener Beton Zuglast Last-Verschiebungsverhalten und Versagensarten Bruchlast bei Stahlversagen Bruchlast bei kegelförmigem Betonausbruch Bruchlast bei lokalem Betonausbruch Bruchlast bei Herausziehen/Durchziehen Bruchlast bei Spalten des Betons Querlast Last-Verschiebungsverhalten und Versagensarten Bruchlast bei Stahlversagen Bruchlast bei Betonausbruch auf der lastabgewandten Seite Betonkantenbruchlast bei Querlast senkrecht zum Rand Betonkantenbruchlast bei Querlast parallel oder schräg zum Rand Kombinierte Zug- und Querlast Versagensarten und Last-Verschiebungsverhalten Bruchlast Biegung der Ankerplatte Dauerlast Nicht vorwiegend ruhende Lasten Gerissener Beton Zuglast Last-Verschiebungsverhalten und Versagensarten Bruchlast bei Stahlversagen Bruchlast bei kegelförmigem Betonausbruch Bruchlast bei lokalem Betonausbruch Bruchlast bei Herausziehen/Durchziehen Bruchlast bei Spalten des Betons Querlast Last-Verschiebungsverhalten und Versagensarten Bruchlast bei Stahlversagen Bruchlast bei Betonausbruch auf der lastabgewandten Seite Bruchlast bei Betonkantenbruch Kombinierte Zug- und Querlast Last-Verschiebungsverhalten und Versagensarten Bruchlast Dauerlast Nicht vorwiegend ruhende Lasten Tragverhalten von Ankerschienen im ungerissenen und gerissenen Beton Ungerissener Beton Zuglast Last-Verschiebungsverhalten und Versagensarten Bruchlast bei Stahlversagen Bruchlast bei kegelförmigem Betonausbruch Bruchlast bei lokalem Betonausbruch Bruchlast bei Herausziehen

3 Seite Bruchlast bei Spalten des Betons Querlast Last-Verschiebungsverhalten und Versagensarten Bruchlast bei Stahlversagen Bruchlast bei Betonausbruch auf der lastabgewandten Seite Bruchlast bei Betonkantenbruch Kombinierte Zug- und Querlast Dauer- und nicht vorwiegend ruhende Lasten Gerissener Beton Tragverhalten von Verbunddübeln im ungerissenen und gerissenen Beton Ungerissener Beton Zuglast Last-Verschiebungsverhalten und Versagensarten Bruchlast bei Stahlversagen Bruchlast bei Herausziehen Bruchlast bei Betonausbruch Bruchlast bei Spalten des Betons Querlast Last-Verschiebungsverhalten und Versagensarten Bruchlast bei Stahlversagen Bruchlast bei Betonausbruch auf der lastabgewandten Seite Bruchlast bei Betonkantenbruch Kombinierte Zug- und Querlast Dauer- und nicht vorwiegend ruhende Lasten Umwelteinflüsse Gerissener Beton Zuglast Last-Verschiebungsverhalten und Versagensarten Bruchlast bei Stahlversagen Bruchlast bei Herausziehen Bruchlast bei Betonausbruch und Spalten des Betons Querlast Kombinierte Zug- und Querlast Dauer- und nicht vorwiegend ruhende Lasten Umwelteinflüsse Verbund-Hinterschnittdübel und Verbund-Spreizdübel Ungerissener Beton Gerissener Beton Zuglast Querlast sowie kombinierte Zug- und Querlast Tragverhalten von Kunststoffdübeln im ungerissenen und gerissenen Beton Ungerissener Beton Zuglast Querlast und kombinierte Zug- und Querlast Langzeitverhalten Gerissener Beton Zuglast Querlast und kombinierte Zug- und Querlast Langzeitverhalten

4 Seite 4 8. Tragverhalten von Setzbolzen im ungerissenen und gerissenen Beton Ungerissener Beton Zuglast Querlast und kombinierte Zug- und Querlast Dauerlast und nicht vorwiegend ruhende Belastung Gerissener Beton Zuglast Querlast und kombinierte Zug- und Querlast Einfluß von Befestigungen auf die Tragfähigkeit des als Ankergrund dienenden Bauteils Korrosion Brandverhalten Bemessung von Befestigungen Allgemeines Sicherheitsanforderungen Allgemeines Bisheriges Bemessungskonzept Neues Bemessungskonzept Nachweise für den Grenzzustand der Tragfähigkeit Nachweise für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit sowie für den Grenzzustand der Ermüdung Nachweis der Eignung eines Befestigungssystems Bemessung von Metallspreiz- und Hinterschnittdübeln sowie Verbund-Spreizdübeln und Verbund-Hinterschnittdübeln nach der Bemessungsrichtlinie des DIBt (CC-Verfahren) Geltungsbereich Sicherheitskonzept Dübelschnittkräfte Verschiebungen der Dübel Charakteristische Widerstände im Bemessungsverfahren A Zuglast Querlast Kombinierte Zug- und Querlast Biegebeanspruchung eines Dübels ohne oder mit Zuglast Charakteristische Widerstände im Bemessungsverfahren B Charakteristische Widerstände im Bemessungsverfahren C Zusätzliche Nachweise zur Gewährleistung der Bauteiltrag- Fähigkeit Allgemeines Schubbeanspruchung des Bauteils Aufnahme der Spaltkräfte Bemessung von Kopfbolzen nach bauaufsichtlichen Zulassungen (CC-Verfahren) Geltungsbereich^ Sicherheitskonzept Bolzenschnittkräfte Verschiebungen der Kopfbolzen Charakteristische Widerstände für an die Ankerplatte Angeschweißte Kopfbolzen ohne Rückhängebewehrung Zuglast Querlast

5 Seite Kombinierte Zug- und Querlast Charakteristische Widerstände für an die Ankerplatte Angeschweißte Kopfbolzen mit Rückhängebewehrung Zuglast Querlast Kombinierte Zug- und Querlast Befestigungen mit Kopfbolzen, die nicht an die Ankerplatte angeschweißt sind Bemessung von rißtauglichen Metallspreiz-, Hinterschnitt sowie Verbund- Spreiz- und Verbund-Hinterschnittdübeln nach Zulassungsbescheiden des DIBt (к-verfahren) Bemessung von Verbunddübeln nach bauaufsichtlichen Zulassungen des DIBt (x-verfahren) Bemessung von Ankerschienen nach bauaufsichtlichen Zulassungen des DIBt Bemessung von nicht rißtauglichen Metallspreizdübeln nach bauaufsichtlichen Zulassungen des DIBt Bemessung von Deckenabhängern nach bauaufsichtlichen... Zulassungen des DIBt Bemessung von Kunststoffdübeln nach bauaufsichtlichen Zulassungen des DIBt Bemessung von Setzbolzen nach bauaufsichtlichen Zulassungen des DIBt Bemessung von Befestigungen mit Dübeln nach Europäischen Technischen Zulassungen Geltungsbereich und Sicherheitsbeiwerte Dübelschnittkräfte Charakteristische Widerstände beim Bemessungsverfahren A Zuglast Querlast Kombinierte Zug- und Querlast Charakteristische Widerstände bei den Bemessungsverfahren B und C Zusätzliche Nachweise zur Gewährleistung der Bauteil- Tragfähigkeit Bemessung nach den Regeln des Comitéd Euro-International du Béton (CEB) Verfahren 1 (elastischer Ansatz) Verfahren 2 (plastischer Ansatz) Zulässiger Anwendungsbereich Schnittkräfte der Befestigungsmittel Charakteristische Widerstände Bemessung nach der Schweizer Norm SIA Geltungsbereich Sicherheitskonzept Dübelschnittkräfte Charakteristische Widerstände Zuglast Querlast Kombinierte Zug- und Querlast Beispiele für die Bemessung von Befestigungen Bemessung von Dübeln nach der Bemessungsrichtlinie des DIBt (CC-Verfahren) Bemessung einer Gruppe mit vier Metallspreizdübeln unter Kombinierter Zug- und Querlast

6 Seite Bemessung einer Gruppe mit zwei Hinterschnittdübeln in einem schmalen Bauteil Bemessung mit sechs Kopfbolzen nach bauaufsichtlicher Zulassung des DIBt (CC-Verfahren) Bemessung einer Gruppe mit zwei Hinterschnittdübeln nach Bauaufsichtlicher Zulassung des DIBt (k-verfahren) Bemessung einer Gruppe mit vier Verbunddübeln nach Bauaufsichtlicher Zulassung des DIBt (k-verfahren) Bemessung einer Ankerschiene nach bauaufsichtlicher... Zulassung des DIBt Bemessung einer Gruppe mit zwei nicht rißtauglichen... Metallspreizdübeln nach bauaufsichtlicher Zulassung des DIBt Bemessung einer Gruppe mit vier Metallspreizdübeln nach Europäischer Technischer Zulassung Teil B Befestigungen in Mauerwerk 14. Befestigungssysteme Mauerwerksarten Tragverhalten von Kunststoffdübeln in Mauerwerk Vollsteine mit dichtem Gefüge Vollsteine mit porigem Gefüge Loch- und Hohlkammersteine Hochlochziegel nach DIN Kalksandlochsteine nach DIN Leichtbetonhohlblocksteine nach DIN Tragverhalten von Injektionsdübeln in Mauerwerk Vollsteine mit dichtem Gefüge Loch- und Hohlkammersteine Hochlochziegel nach DIN Kalksandlochsteine nach DIN Leichtbetonhohlblocksteine nach DIN Bemessung von Kunststoff- und Injektionsdübeln nach bauaufsichtlichen Zulassungen Allgemeines Sicherheitsanforderungen Kunststoffdübel Injektionsdübel Kriterien zur Auswahl von Befestigungsmitteln Allgemeines Befestigungen in Beton Befestigungen in Mauerwerk Literatur Liste der verwendeten Bezeichnungen und Einheiten Stichwortverzeichnis

7 Seite 7 Vorwort Die moderne Befestigungstechnik gewinnt im Bauwesen immer mehr an Bedeutung. Verwendet werden Einlegeteile, die in die Schalung eingelegt und einbetoniert werden, sowie Systeme für nachträgliche Befestigungen, die in erhärtetem Beton oder in Mauerwerk montiert werden. Die angreifende Last wird über mechanische Verzahnung, Reibung, Verklebung oder eine Kombination dieser Wirkungsweisen in den Ankergrund eingeleitet. Unabhängig von der Art der Lasteinleitung nutzen Befestigungen die Zugtragfähigkeit des Ankergrundes Beton oder Mauerwerk. Jedes Befestigungsmittel hat optimale Einsatzgebiete, für bestimmte Anwendungsbereiche kann es dagegen wenig oder ungeeignet sein. Um für eine vorgegebene Aufgabe das richtige Befestigungsmittel auswählen und die Befestigung bemessen zu können, sind daher eingehende Kenntnisse über das Tragverhalten der verschiedenen Befestigungssysteme erforderlich. Dieses wird durch zahlreiche Parameter beeinflußt. Weiterhin können Umweltbedingungen sowie gegebenenfalls eine Brandbeanspruchung von Einfluß sein. Obwohl Jahr für Jahr Befestigungen millionenfach ausgeführt werden, sind die Kenntnisse über diese Technik in der Praxis oft nur gering. Dieses Buch soll deshalb den derzeitigen Stand der Befestigungstechnik darlegen. Es werden die auf dem Markt befindlichen Befestigungssysteme und deren Anwendungen beschrieben sowie die Kenntnisse über deren Tragverhalten unter Kurzzeit-, Dauer- und nichtruhender Belastung in Abhängigkeit von den Belastungsrichtungen und den Versagensarten zusammengefaßt. Außerdem wird ausführlich auf die Bemessung von Befestigungen eingegangen. Die Anwendung der beschriebenen Bemessungsverfahren erfolgt anhand von Beispielen. Das Tragverhalten von Befestigungen hängt wesentlich von der Art des Ankergrundes (Beton, Mauerwerk) ab. Deshalb werden Befestigungen in Beton und Mauerwerk in getrennten Hauptabschnitten (Teile A und B) behandelt. Bei Befestigungen in Beton wird zusätzlich zwischen ungerissenem und gerissenem Beton unterschieden. Teil C behandelt Kriterien zur Auswahl von Befestigungsmitteln. Dieses Buch baut auf dem Beitrag Eligehausen, Mallee, Rehm (1997) auf, er wurde jedoch deutlich erweitert. Es beruht wesent- lich auf Forschungsergebnissen, die im Rahmen des Forschungs schwerpunktes Befestigungstechnik an der Universität Stuttgart gewonnen wurden. Dieser Forschungsschwerpunkt wurde von Herrn Professor (em.) Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. (mult.) Gallus Rehm in den 70er Jahren initiiert und bis zu seiner Emeritierung 1989 wesentlich geprägt. Die Verfasser betrachten sich als seine Schüler und verdanken ihm viel. Ohne die Unterstützung von verschiedenen Seiten ist ein solches Buch nicht zu erstellen. Wir danken den Herren Dr.-Ing. W. Fuchs, Dipl.-Ing. B. Lehr, Dipl.-Ing. J. Meszaros, Dr.-Ing. habil. J. Ozbolt, Dipl.-Ing. T. Pregartner und Dipl.-Ing. M. Reick, die Ergebnisse aus ihren bisher unveröffentlichten Forschungsvorhaben zur Verfügung gestellt haben. Weiterhin danken wir den Herren Dr.-Ing. J. Asmus, Dr.-Ing. T. Sippel für die Bereitstellung mehrerer Bilder. Besonderer Dank gebührt Herrn Dipl.-Ing. S. Lettow, der eine große Anzahl von Bildern grafisch aufbereitet hat. Stuttgart und Waldachtal im März 2000 Rolf Eligehausen Rainer Mallée

8 Seite 8 Prof. Dr.-Ing. Rolf Eligehausen hat an der Technischen Universität Braunschweig Bauingenieurwesen studiert und 1979 an der Universität Stuttgart bei Professor Rehm promoviert. Nach einem zweijährigen Aufenthalt an der University of California in Berkley als Versuchsingenieur wurde er 1984 als Professor für Befestigungstechnik an die Universität Stuttgart berufen. Er ist Mitarbeiter in zahlreichen nationalen und internationalen Sachverständigenausschüssen auf dem Gebiet der Befestigungstechnik und des Stahlbetonbaus und ist Vorsitzender der Arbeitsgruppe Fastenings to Concrete and Masonry Structures im fib (Fédération Internationale du Béton). Er hat über 170 Fachaufsätze veröffentlicht. Dr.-Ing. Rainer Mallée studierte Bauingenieurwesen an der Technischen Universität Braunschweig und promovierte 1980 an der Universität Stuttgart bei Professor Rehm. Von 1980 bis 1987 leitete er das Ingenieurbüro Professor Rehm in München. Von 1988 bis 1995 war er Entwicklungsleiter Befestigungselemente bei den fischerwerken in Waldachtal und leitet seit 1996 die Forschung der Unternehmensgruppe fischer. Er ist Mitglied der Arbeitsgruppe Fastenings to Concrete and Masonry Structures" im fib (Fédération Internationale du Béton), des Sachverständigenausschusses Verankerungen und Befestigungen (A) des Deutschen Instituts für Bautechnik und arbeitet in der EOTA (European Organization for Technical Approvals) an Leitlinien für Europäische Technische Zulassungen mit. Außerdem ist er Lehrbeauftragter für Befestigungstechnik an der Universität für Bodenkultur Wien und an der Hochschule Technik + Architektur Luzern.