Neues zum Eurocode 2 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Josef Hegger

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1 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Josef Hegger RWTH Aachen Lehrstuhl und Institut für Massivbau 3. DAfStb-Jahrestagung Stuttgart

2 Überblick Aktuelle Anwendung in Europa Mandat M/515 EN Organisationsstruktur Stand der Bearbeitung (Task Group 4) Ausblick 2

3 Aktuelle Anwendung in Europa 3

4 Aktuelle Anwendung in Europa CEN Mitglieder (33 Staaten) EN 1992 NA CEN members affiliated members [Quelle: deviantart.com] 4

5 Aktuelle Anwendung in Europa Nationale Anwendungsregeln zu EN Nationale Anhänge = National festlegbare Parameter (NDP) + zusätzliche nationale Informationen (NCI) 128 NDPs in EN Ca. weitere 70 NDPs in EN , EN und EN Verschiedene Arten von NDPs in EN [Quelle: DAfStb2013] 5

6 Aktuelle Anwendung in Europa Nationale Anwendungsregeln zu EN Empfohlene Werte übernommen Empfohlene Werte übernommen, aber Anwendungsgrenzen modifiziert Abweichende Werte festgelegt Abschnitt nicht angewendet Abschnitt im NA nicht aufgeführt / Informationen unvollständig oder uneindeutig [Quelle: DAfStb2013] 6

7 Aktuelle Anwendung in Europa Nationale Anwendungsregeln zu EN [Quelle: PRB/DAfStb2013] 7

8 Aktuelle Anwendung in Europa Nationale Anwendungsregeln zu EN A: Vereinheitlichung durch Festschreiben des empfohlenen Wertes B: Vereinheitlichung durch Einführung von Klassen C: hohes Vereinheitlichungspotenzial D: mittleres Vereinheitlichungspotenzial E: Vereinheitlichung sehr schwierig [Quelle: DAfStb2013] 8

9 Anzahl der NSB-Kommentare 9

10 Mandat M/515 EN 10

11 Mandat M/515 EN Hauptziele Anwenderfreundliche Modelle / Ease of Use Reduzierung der Anzahl an NDPs Keine konkurrierenden Modelle, wenn möglich mechanische Modelle Straffung des Textes Einheitliche Modelle für neue Bauwerke und Bestandsbauwerke Wirtschaftlichkeit Neue Bauweisen und Werkstoffe 11

12 Mandat M/515 EN Zeitliche Entwicklung von EN 1992 Mandat M/515 EN 2013b Beginn systematische Überprüfung EN Antworten systematische Überprüfung EN Beginn Project Team (PT) WG Entwurf Background Document des PT Entwurf Background Document des PT 2018 Übergabe Final Document to NEN 2019 Entwurf 2. Generation EN / Abstimmung über 2. Generation EN Veröffentlichung 2. Generation EN

13 Organisationsstruktur 13

14 Organisationsstruktur Europa EU (CEN) TC 250 alle Eurocodes SC0 Eurocode 0 SC1 Eurocode 1 SC2 Eurocode 2 WG1 Koordination Überarbeitung Input Input Report Project Team 6 Personen Muttoni (CH), Leader Hegger (D) Menegetto (I) Perez Caldentey (ES) Shave (GB) Vill (AU) TG1 TG2 TG10 14

15 Organisationsstruktur Spiegelung in Deutschland EU (CEN) TC 250 alle Eurocodes TC 250/SC2 Eurocode 2 TC 250/SC2/WG1 Koordination Überarbeitung TC 250/SC2/WG1/TG 1: FVK Bewehrung 2: Stahlfaserbeton 3: Bauen im Bestand 4: Querkraft 5: Heißbemessung 6: Schnittgrößen 7: Zeitabhängigkeit 8: Ermüdung 9: Brücken Normativ Deutschland (DIN) KOA 01 alle Eurocodes FB 07 Beton und Stahlbeton AA Eurocode 2 Teil 1 (Hochbau) AA Eurocode 2 Teil 2 (Brücken) AA AK 10: FVK Bewehrung 2: Stahlfaserbeton 3: Bauen im Bestand 4: Querkraft 5: Heißbemessung 6: Schnittgrößen 7: Zeitabhängigkeit 8: Ermüdung 9: Brücken Pränormativ (DAfStb, PRB) 15

16 Stand der Bearbeitung (Task Group 4) Querkraft 16

17 Stand der Bearbeitung (TG4) - Querkraft Bauteile ohne Querkraftbewehrung Deutscher Vorschlag Beibehaltung des bisherigen Modell von der Praxis gewünscht Biegeschubformel nach MODEL CODE 1990: V Rd, c V Rd, c,min 0,18 3 = k l ck 15 γc 1 ( 100 ρ f ) + 0, σ b d Maßstabseinfluss: Mindestquerkrafttragfähigkeit: [ v 0,15 ] b d = σ min cp cp 200 k = 1+ 2,0 d w w c fck vmin = (, 0525 γ ) k für d 600 mm ck vmin = (, 0375 γ c ) k f für d > 800 mm 17

18 Stand der Bearbeitung (TG4) - Querkraft Bauteile ohne Querkraftbewehrung Deutscher Vorschlag Maßstabseffekt wird im EC2 unterschätzt EC2 steht im Widerspruch zu mechanischen Maßstabstheorien Aktueller Hauptkritikpunkt am EC2 Modell 18

19 Stand der Bearbeitung (TG4) - Querkraft Bauteile ohne Querkraftbewehrung Schweizer Vorschlag Dehnungsbasiertes Modell (Critical Shear Crack Theory) 19

20 Stand der Bearbeitung (TG4) - Querkraft Bauteile ohne Querkraftbewehrung Vorschlag Spanien Mechanisches Modell Minimum shear capacity V Rd,min 20

21 Stand der Bearbeitung (TG4) - Querkraft Bauteile ohne Querkraftbewehrung Datenbankvergleich Stahlbetonbalkenbalken ohne Querkraftbewehrung: 784 Versuche Deutschland Schweiz Spanien 3,5 3,5 γ mod = V u,test / V Rk,c [-] 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 n = 784 σ cp = 0 ρ w = 0 γ mod = V u,test / V Rk,c [-] 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 n = 784 σ cp = 0 ρ w = 0 0,5 0,5 0, , effective depth d [mm] effective depth d [mm] µ = 1,289 COV = 23,0 % 5% Quantil = 0,89 µ = 1,125 COV = 24,7 % 5% Quantil = 0,76 µ = 1,164 COV = 18,8 % 5% Quantil = 0,85 21

22 Stand der Bearbeitung (TG4) - Querkraft Bauteile mit Querkraftbewehrung Deutscher Vorschlag V ccd V Rd,cc β r β r F cd F sd z V Rd = VRd, sy + α c V c V Rd,sy z cotβ r Fachwerkmodell mit Betontraganteil V c V = c f ( V ; V ;... ),cc ccd Rd Betontraganteil aus Druckzone, Rissreibung, Dübelwirkung Vorschlag AK4: Unterschiedliche Betontraganteile für Neubau und Bestandsbauwerke (Nachrechnung) 22

23 Stand der Bearbeitung (TG4) - Querkraft Bauteile mit Querkraftbewehrung Deutscher Vorschlag Fachwerkmodell mit Betontraganteil Nachweis der Zugstreben: V Rd, sy = Asw s f yd z cotθ Nachweis der Druckstreben: V Rd V Rd,max bw z ν fcd = cot θ + tan θ Druckstrebenwinkel Betontraganteil DIN EN ,2 1,4 σcp f 1,0 cot θ 1 V V Rd, cc Ed cd 3,0 V Rd, cc 1 3 ck = 0,24 f 2 ( 1+ 1, σ f ) b z cp cd w Proposal 1 1,2 1,4 σcp 1,0 cot θ 1 V V Rd, c f Ed cd 3,0 V Rd, c = 0,07 0, 75 f cd b w z Proposal 2 1,2 1,4 σ cp 1,0 cotθ 1 V V Rd, c f Ed cd V Rd, c 0,18 3 = k l ck 15 γc 1 ( 100 ρ f ) + 0, σ b d cp w 23

24 Stand der Bearbeitung (TG4) - Querkraft Deutscher Vorschlag statistische Auswertung Datenbankauswertung: Spannbetonbalken mit Bügeln DIN EN Proposal 1 Proposal 2 5,0 5,0 5,0 4,0 4,0 4,0 V u,test / V Rk 3,0 2,0 V u,test / V Rk 3,0 2,0 V u,test / V Rk 3,0 2,0 1,0 1,0 1,0 0, ρ w [ ] 0, ρ w [ ] 0, ρ w [ ] µ = 2,05 COV = 0,42 n tests = 117 n tests < 1,0: 8,5 % 5% Quantil (log) = 0,64 µ = 1,63 COV = 0,31 n tests = 117 n tests < 1,0: 11,1 % 5% Quantil (log) = 0,95 µ = 1,41 COV = 0,18 n tests = 117 n tests < 1,0: 6,0 % 5% Quantil (log) = 1,04 24

25 Stand der Bearbeitung (TG4) - Querkraft 25

26 Stand der Bearbeitung (TG4) - Querkraft Bauteile mit Querkraftbewehrung Vorschlag Spanien Mechanisches Modell Bauteile mit Querkraftbewehrung V min confinement factor 26

27 Stand der Bearbeitung (TG4) - Querkraft Bauteile mit Querkraftbewehrung Datenbankvergleich Stahlbetonbalkenbalken mit Querkraftbewehrung: 170 Versuche Deutschland Schweiz Spanien γ mod = V u,test / V Rk,c [-] 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 n = 170 σ cp = 0 ρ w 0 γ mod = V u,test / V Rk,c [-] 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 n = 170 σ cp = 0 ρ w 0 0,5 0,5 0, statische Nutzhöhe d [mm] 0, statische Nutzhöhe d [mm] µ = 1,384 COV = 17,6 % 5% Quantil = 1,01 µ = 1,163 COV = 22,1 % 5% Quantil = 0,78 µ = 1,120 COV = 16,5 % 5% Quantil = 0,85 27

28 Stand der Bearbeitung (Task Group 4) Durchstanzen 28

29 Stand der Bearbeitung (TG4) - Durchstanzen Deutscher Vorschlag (ohne Durchstanzbewehrung) Design proposal according to Eurocode 2 V V CRk, c, c = k 100 l γc CRk c c,, = k 100ρlf γc 1 3 ( ρ f ) + k σ u d Rd ck 1 cp 2. 0d Rd 2d a 1 3 ( ) u d ck crit crit for flat slabs for column bases Need for improvement? - Two design equations for flat slabs and column bases - Different a crit for flat slabs and column bases Idea: uniform design method V Rd CRk, c, c = k 100 γ C 1 3 ( ρ f ) u d l ck control 29

30 Stand der Bearbeitung (TG4) - Durchstanzen Deutscher Vorschlag (ohne Durchstanzbewehrung) Determination of control perimeter V Rd CRk, c, c = k 100 γ C 1 3 ( ρ f ) u d l ck a control =? d control column bases Analyzing the COV of V test / V calc flat slabs COV decreases for flat slabs a control COV has local minimum for column bases Uniform design method a control = 0.5d a control 30

31 Stand der Bearbeitung (TG4) - Durchstanzen Deutscher Vorschlag (ohne Durchstanzbewehrung) Differentiation between flat slabs and column bases u 0 a λ d d a λ u 0 Significant differences? - effective depth d - shear slenderness a λ /d - ratio of column perimeter and effective depth u 0 /d Idea: Differentiation by a λ /d and u 0 /d 31

32 Stand der Bearbeitung (TG4) - Durchstanzen Deutscher Vorschlag (ohne Durchstanzbewehrung) Derivation of design equation 32 C ( 100 f ) 1 3 Rk, c Rd, c k ρl γc v = v C Rk, c Rd, c = 100ρl γc f d ck ck CRk, c u0 aλ Rd, c = 100ρl γc d d v f d ck 1 3

33 Stand der Bearbeitung (TG4) - Durchstanzen 33 Deutscher Vorschlag (mit Durchstanzbewehrung) Maximum punching shear resistance Multiple of punching shear resistance without shear reinforcement: v V = β Ed,0,5d Ed vrd,max = 1,5vRd, c u0,5dd ( stirrups) Punching shear resistance with shear reinforcement Variable concrete and steel contribution: v A = α CvRd, c + S u v αc = v Rd, c+ s α α S = v sw f 0,5d Ed Rd, c Rd, c yd, eff d 1.0 α C respectively α S 2,00 1,50 1,00 0,50 ved 0, ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 v Ed / v Rd αc αs

34 Stand der Bearbeitung (TG4) - Durchstanzen Schweizer Vorschlag (ohne Durchstanzbewehrung) Proposal Proposal CRk,c k ψ failure CRk,c criterion 128 tests v Rd, c = 34 k k ψ ψ fck γc 0,7 = ψ rs ψ = 1.2 d f E yd s dk dg m m sd Rd 3 2 V Rd, c = V V Rd, c0 V flex, d f 45η yd dg d r s 1/ 3 V Rd, c0 0,55 fck VEd = u0 d ; V flex, d = mrd γ m Rd, c0 v c sd

35 Stand der Bearbeitung (TG4) - Durchstanzen Schweizer Vorschlag (ohne Durchstanzbewehrung) Determination of r s and m sd Simplified method (regular flat slabs): r s = 0,22 L or 0, 22 L m sd = V Ed m = m sd V Ed sd x / 8 / 4 y (inner columns) (edge columns) = V 8 + M / b V / 2 (corner columns) Ed / Ed sr Ed Standard method (LoA III MC 2010): r s and m sd may be calculated using a linear elastic (uncracked) model Significant differences depending on FE analysis 35

36 Stand der Bearbeitung (TG4) - Durchstanzen Schweizer Vorschlag (Analogie zum deutschen Vorschlag) A. Muttoni, Proposal for punching shear provisions based on mechanical models, Präsentation TG4-meeting Stockholm ( ) 36

37 Stand der Bearbeitung (TG4) - Durchstanzen Datenbankauswertung ohne Durchstanzbewehrung Schweizer Vorschlag Deutscher Vorschlag 37 Datenbanken aus: C. Siburg, Dissertation, RWTH Aachen, Institut für Massivbau, 2014

38 Stand der Bearbeitung (TG4) - Durchstanzen Datenbankauswertung mit Durchstanzbewehrung Schweizer Vorschlag Deutscher Vorschlag 38 Datenbanken aus: C. Siburg, Dissertation, RWTH Aachen, Institut für Massivbau, 2014

39 Ausblick 39

40 Ausblick Beginn Project Team (PT) WG1 1. Entwurf Background Document des PT 2. Entwurf Background Document des PT Übergabe Final Document to NEN 2019 Entwurf 2. Generation EN 1992 Die nächsten Jahre sind entscheidend! 40

41 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Univ.-Prof. Dr.-Ing. Josef Hegger RWTH Aachen Lehrstuhl und Institut für Massivbau