Tech-News Nr. 2013/04 (Stand )

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1 Tech-News Nr. 2013/04 (Stand ) Massivbau Dr.-Ing. Hermann Ulrich Hottmann Prüfingenieur für Bautechnik VPI Taubentalstr. 46/ Schwäbisch Gmünd DIN EN (EC2) Massivbau Betonstahl nach DIN EN Allgemeines Auf den Betonstahl wird im Rahmen des EC2 [1] im Abschnitt 3.2 eingegangen. Gemäß dem nationalen Anhang [2] wird das Bauprodukt Betonstahl in DIN 488 [3] oder über allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen geregelt. Diese DIN- Norm besteht aus 6 Teilen. Dort wird u.a. auch auf Gitterträger eingegangen (Teil 4 [3]). In Deutschland ist aber die Verwendung von Gitterträgern nach NA [2] nur mit einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung möglich. Durch die Beschränkung auf DIN 488 bzw. auf allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen wird der Anhang C zum EC2 in Deutschland von der Verwendung ausgeschlossen. 2. Stabdurchmesser Im EC2 bzw. DIN 488 sind die lieferbaren Nenndurchmesser d = 6,0 mm bis d = 40,0 mm geregelt. Für Stäbe d > 28 mm sind die zusätzlichen Regeln bei großen Stabdurchmessern in Abschnitt 8.8 des EC2 zu beachten. Stabdurchmesser d > 40 mm können nur im Rahmen einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung verwendet werden. 3. Betonstahlsorten DIN 488 regelt 2 Betonstahlsorten, die mit neuen Bezeichnungen versehen wurden: B500A -früher BSt 500 (A) -Werkstoffnummer normalduktil B500B -früher BSt 500 (B) -Werkstoffnummer hochduktil Neben den Betonstählen der Klasse A und B gibt es noch Betonstähle der Klasse C mit sehr hohen Duktilitätseigenschaften. Für die Verwendung der Klasse C ist in Deutschland eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung notwendig. Die Eigenschaften der Betonstähle gelten gleichermaßen für Zug- und Druckbeanspruchungen. Prinzipiell vorhandene Unterschiede, z.b. der Bauschinger- Effekt [5], werden vernachlässigt. Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 1

2 4. Materialfestigkeit Für Deutschland gelten die Anwendungsregeln für Betonstähle mit der Streckgrenze: bzw. mit 0,2%-Dehngrenze Das Herstellverfahren f yk = 500 N/mm 2 (= R e nach DIN 488-1) f 0,2k = 500 N/mm 2 (= R p0,2 nach DIN 488-1) - warmgewalzt ohne Nachbehandlung - warmgewalzt und wärmebehandelt - warmgewalzt und kaltgereckt - kaltverformt bleibt in diesem Rahmen dem Herstellerwerk überlassen sofern die Nachweise nach DIN erbracht werden. 5. Duktilität Die Bewehrung muss eine angemessene Duktilität aufweisen [1]. Als Merkmal wird das Verhältnis von Zugfestigkeit (f t bzw. R m ) zur Streckgrenze (f y bzw. R e ): k = (f t / f y ) k bzw. mit den Bezeichnungen aus DIN 488 = R m / R e und die Dehnung bei Höchstlast ε uk = A gt definiert. Es werden 2 Duktilitätsklassen gebildet: - A k > 1,05; ε uk 2,5 % - B k > 1,08; ε uk 5,0 % (Duktilitätsklasse C nur mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung) A: 525 N/mm 2 B: 540 N/mm 2 = 500 N/mm 2 Spannungs- Dehnungsdiagramme analog [1] Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 2

3 6. Schweißeignung Sämtliche geregelten Betonstähle müssen schweißbar sein. Für nähere Informationen hierzu wird auf EC2 Abschnitt und die Tabelle 3.4 verwiesen. 7. Zusammenstellung der Materialeigenschaften Kurzname B500A B500B B500B Werkstoff Oberfläche (gerippt) 3 Rippenreihen 2 Rippenreihen 4 Rippenreihen Streckgrenze 500 N/mm N/mm N/mm 2 f yk Duktilität /Streckgrenzenverhältnis normal 1,05 hoch 1,08 hoch 1,08 Zugfestigkeit * 525 N/mm N/mm N/mm 2 f tk Dehnung bei Höchstlast 2,5 % 5,0 % 5,0 % E-Modul E S N/mm N/mm N/mm 2 Dichte 7850 kg/m kg/m kg/m 3 /* Der Wert für die Zugfestigkeit wurde aus den erforderlichen Streckgrenzenverhältnissen aus der Duktilitätsanforderung rückgerechnet. Für die bei der Bemessung tatsächlich anzusetzenden Werte siehe unten. Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 3

4 8. Spannungs- Dehnungslinien für die Querschnittsbemessung Die Querschnittsbemessung wird mit den Bemessungswerten (Index d ) der Materialkennwerte (Streckgrenze und Zugfestigkeit) durchgeführt. Es wird dabei ein bilinearer Verlauf zugrunde gelegt. Nach dem Erreichen der Streckgrenze des Betonstahles kann wahlweise ein horizontaler Verlauf oder ein weiter ansteigender Verlauf gewählt werden. (Bemerkung: Die Bezeichnungen A und B hier haben nichts mit den Duktilitätsklassen A und B zu tun.) Der mit A gekennzeichnete Verlauf ist der charakteristische Verlauf, der jeweils mit B gekennzeichnete Verlauf stellt die Design- Werte dar. Der Bereich unterhalb der Streckgrenze bleibt ohne Abminderung durch den Sicherheitsbeiwert γ s. Die Dehnungsgrenze für die Bemessung wird mit ε ud = 0,025 = 25 festgelegt. f tk,cal = 525 N/mm 2 für B500A und B500B f yk = 500 N/mm 2 B f tk,cal / γ S E S = N/mm 2 Dehnungsgrenz = 25 Analog Bild 3.8 aus [1] Die rechnerische Zugfestigkeit f tk,cal bei ε ud = 0,025 = 25 für B500A und B500B ist gemäß NA [2] festgelegt auf f tk,cal = 525 N/mm 2. Damit wird bei der Bemessung zwischen den Betonstählen B500A (normalduktil) und B500B (hochduktil) nicht unterschieden. Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 4

5 9. Spannungs- Dehnungslinien für die Schnittgrößenermittlung Nach EC2 [1] Abschn. 5.7 dürfen Schnittgrößen unter Verwendung nichtlinearer Verfahren ermittelt werden. Es ist dann eine wirklichkeitsnahe Spannungs- Dehnungslinie mit ε S ε uk zu verwenden: (f t / f y ) k f y f y Idealisierter Verlauf analog Bild NA aus [2] = 25 bei B500A = 50 bei B500B Vereinfachend darf auch wie oben dargestellt eine bilinear idealisierte Spannungs- Dehnungslinie angenommen werden. Für f y darf nach Abschnitt 5.7 bzw. NA zu diesem Abschnitt der Rechenwert f yr = 1,1 f yk = 1,1 500 = 550 N/mm 2 angesetzt werden. Weiteres, z.b. zum einheitlich anzusetzenden Teilsicherheitsbeiwert γ R siehe [1,2], Abschnitt 5.7. Die Spannungen σ S sind auf die Nennquerschnittsfläche des Betonstahls A S = π d S 2 /4 bezogen. Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 5

6 5. Literatur [1] DIN EN : : Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. [2] DIN EN /NA: : Nationaler Anhang National festgelegte Parameter - Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. [3] DIN 488: Betonstahl DIN 488-1: : Teil 1: Stahlsorten, Eigenschaften, Kennzeichnung DIN 488-2: : Teil 2: Betonstabstahl DIN 488-3: : Teil 3: Betonstahl in Ringen, Bewehrungsdraht DIN 488-4: : Teil 4: Betonstahlmatten DIN 488-5: : Teil 5: Gitterträger DIN 488-6: : Teil 6: Übereinstimmungsnachweis [4] Fingerloos, Hegger, Zilch: EUROCODE 2 für Deutschland. Kommentierte Fassung. Beuth Verlag. Ernst und Sohn. 1. Auflage 2012 [5] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton. Heft 600. Erläuterungen zu DIN EN und DIN EN /NA (Eurocode 2). Ausgabe Beuth Verlag. Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 6