Hochfeste Bewehrung SAS 670 Eigenschaften, Einsatzgebiete und Anwendungen

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1 Hochfeste Bewehrung SAS 670 Eigenschaften, Einsatzgebiete und Anwendungen 57. Forschungskolloquium des DAfStb

2 Arbeitsintensiv Komplizierter/unmöglicher Einbau der Bewehrung Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 2

3 Herkömmliche Bewehrung BSt 500: Günstig Gute mechanische Eigenschaften Bieg- und schweißbar geringe Spannungsrisskorrosionsgefahr Reaktorstahl BSt 1100: DIBt-Zulassung Verwendet für die gesamte Konstruktion des Deutschen KKW Isar II (am Netz seit 1988, app MW) Dual-design : Gewöhnliche Lastfälle: Design Festigkeit = 500 N/mm² Außergew. Lastfälle: Design Festigkeit = 1100 N/mm² Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 3

4 HSR (S 670) Anforderungen Kombiniert Vorteile von normaler Bewehrung und Reaktorstahl: Hohe Streck- und Zugfestigkeit Gute Verbundeigenschaften Bieg- und schweißbar Hohe Duktilität Kein Spannungsrisskorrosionsrisiko Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 4

5 Definition von hochfester Bewehrung Spannstahl Hochfeste Bewehrung Herkömmliche Bewehrung Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 5

6 Anwendungsbereiche Bewehrung im Zugbereich (Volle Ausnutzung möglich) Normal- und hoch bewehrte Bereiche Gebrauchstauglichkeit maßgebend (E BSt 500 / E S 670 1) Bewehrung im Druckbereich (Volle Ausnutzung möglich) Normal- und hoch bewehrte Bereiche Bei Druck: e c2 = -2,0 (-2,2 ) Erhöhung notwendig! Bei Biegedruckbeanspruchung: e cu = -3,5 Schubbeanspruchung (Ausnutzung eingeschränkt) Schubbewehrung: event. Begrenzung von f ywk auf 500 N/mm² ohne Schubbewehrung: Begrenzung der Schubschlankheiten Außergewöhnliche Lastfälle (Volle Ausnutzung möglich) Verringerte Sicherheiten kein Gebrauchstauglichkeitsnachweis Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 6

7 Zulassungen SAS 670 ETA-13/0840 DIBt Z DIBt Z Druckbewehrung bis Ø63.5mm und C60/75 Zubehör: Muffen, Ankerstücke Bewehrungsstäbe bis Ø43mm und C80/ Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 7

8 High Performance Compression Members (HPCM) Hohe Festigkeit und geringere Kosten Hochfeste Bewehrung Normalfester Beton Optimierte Querschnitte Geringerer Bewehrungsgrad Kleinere Querschnitte / Abmessungen Größere Geschoßflächen Konstante Stützengeometrien Einsparungen in Bewehrungsmenge Lohnkosten Betonmenge Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 8

9 Warum hochfeste Bewehrung? 3000 kn 3000 kn 3000 kn Dimension: 32 x 32 [cm] Dimension: 32 x 32 [cm] Dimension: 20 x 20 [cm] Betongüte: C 35/45 Betongüte: C 35/45 Betongüte: C 35/45 Bewehrungsgrad: m = 9% Stahlgüte: BSt Ø 32 2 Ø 40 Bewehrungsgrad: m = 3.9% Stahlgüte: SAS Ø 35 Substitution Bewehrungsgrad: m = 17% Stahlgüte: SAS Ø 43 Minimierung Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 9

10 Warum hochfeste Bewehrung? Vergleich einer Stütze 1.2m x 1.2m 64 Ø 35mm, S Ø 35mm, S Ø 63mm, SAS t/geschoss 1.8 t/geschoss 1.2 t/geschoss SAS 670 spart 1.3 tons (52% Reduktion) gegenüber S 420 je Stütze und Geschoss! Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 10

11 Parameter HSR S 670 EC 2, Duktilitätskl. B Geometrie Streckgrenze f yk [N/mm²] 670 < 600 Bruchfestigkeit f tk [N/mm²] 800 k = (f t /f y ) k [-] > Gleichmaßdehnung e uk [%] > 5 5 Biegefähigkeit Biege- und Rückbiegetest Dauerfestigkeit σ fat [N/mm²] Bez. Rippfenfläche f R [-] > 0.07 > Verbundfestigkeit f bk [N/mm²] 7.2 (test) 5.6 (calc EC 2) Bewehrungsgrad < 20% < 4%/8% Stauchung bei f yd 0.291% 0.217% bzw % Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 11

12 Parameter HSR S 670 EC 2, Duktilitätskl. B Geometrie Streckgrenze f yk [N/mm²] 670 < 600 Bruchfestigkeit f tk [N/mm²] 800 k = (f t /f y ) k [-] > Gleichmaßdehnung e uk [%] > 5 5 Biegefähigkeit Biege- und Rückbiegetest Dauerfestigkeit σ fat [N/mm²] Bez. Rippfenfläche f R [-] > 0.07 > Verbundfestigkeit f bk [N/mm²] 7.2 (test) 5.6 (calc EC 2) Bewehrungsgrad < 20% < 4%/8% Stauchung bei f yd 0.291% 0.217% bzw % Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 12

13 Tragfähigkeit einer Stütze A = 1m² Florian Hude: S Der neue Weg im Betonbau? 13

14 Umlagerung für volle Ausnutzung f yd =583 N/mm² s +45% f yd =400 N/mm² f cd De c+s ***) f f f yd e yd f f E yd S ck cd z.b. für C 30/37: c cd fyk fck c S N / mm² N / mm² Abhängig von der Betongüte (hier für f ck 50 N/mm²): *) Maximale zentrische Betonstauchung **) Maximale Betonstauchung ***) Stauchung zufolge Schwinden und Kriechen e yd =2,84 e cu2 =3,5 + De c+s e c2 =2,0 *) e cu2 =3,5 **) e Florian Hude: S Der neue Weg im Betonbau? 14

15 Silesian Museum, Katowice Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 15

16 Silesian Museum, Katowice Dimension: Ø 90 [cm] Betongüte: C 40/50 Stahlgüte: BSt Ø 40 Bars have to be replaced! Dimension: Ø 90 [cm] Betongüte: C 40/50 Stahlgüte: BSt Ø 40 NOT all Bars can be replaced! Dimension: Ø 90 [cm] Betongüte: C 40/50 Stahlgüte: SAS Ø 63.5 Bars can easily be installed Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 16

17 HSR in Deutschland Opernturm, Tanzende Türme, Taunusturm, 50hertz Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 17

18 HSR in Deutschland Opernturm, Tanzende Türme, Taunusturm, 50hertz Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 18

19 Tanzende Türme, Hamburg Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 19

20 Tanzende Türme, Hamburg Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 20

21 HSR in USA 432 Park Avenue, MoMA, 520 Park Avenue Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 21

22 HSR in USA 432 Park Avenue, MoMA, 520 Park Avenue Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 22

23 MoMA, New York City Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 23

24 MoMA, New York City Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 24

25 MoMA, New York City Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 25

26 MoMA, New York City Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 26

27 Zusammenfassung Eigenschaften Gewindestahl Hochfeste Bewehrung ist Bewehrung Einsatzgebiete Optimal als Druckbewehrung Zugbewehrung wenn ULS maßgebend Anwendungen Deutschland, USA, Polen, Korea usw. Und nun? Hochfeste Bewehrung SAS Florian Hude 27

28 a m [cm] w m [mm] Balkenversuche ,00 0,05 0,10 0,15 relative rib area f R [-] 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,00 0,05 0,10 0,15 relative rib area f R [-] Florian Hude: S Der neue Weg im Betonbau? 28

29 Bondstress [N/mm²] Bondstress [N/mm²] Rissbreitenberechnung Verbundspannungs-Schlupf-Beziehung Allgemein τ b x = A + C s x α König, Tue τ b x = f cm s x 0.30 Eigene Versuche τ b x = f cm s x test according paper PO test according paper PO according [8] 25 according [8] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 Slip[mm] 0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 Slip [mm] Florian Hude: S Der neue Weg im Betonbau? 29

30 Rissbreitenbeschränkung Florian Hude: S Der neue Weg im Betonbau? 30

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