Stahlfaserbeton (eBook)

Prof. Dipl.-Ing. Bernhard Wietek ist an der HTL Innsbruck tätig.

Vorwort zur 2. Auflage 5
Vorwort zur 1. Auflage 6
Dank des Autors 7
Inhaltsverzeichnis 8
1 Einleitung 13
1.1 Geschichtliches 13
1.1.1 Vorwort aus Vitruv – De Architectura 27 v. Chr. 13
1.1.2 Seit wann gibt es Beton? 14
1.1.3 Seit wann gibt es Stahlbeton? 15
1.1.4 Seit wann gibt es Stahlfaserbeton? 15
1.2 Umweltverträglichkeit 16
1.3 Korrosion der Stahlfasern 17
1.4 Normen und Richtlinien 18
1.4.1 Normen 18
1.4.2 Richtlinien 19
2 Zeichendefinition 20
Kräfte und Momente sowie Faserrichtungen mit Großbuchstaben 20
Spannungen mit griechischen Kleinbuchstaben 20
Längen mit Kleinbuchstaben 21
Flächen in Großbuchstaben bzw. Kleinbuchstaben 21
Materialspannungen mit indizierten Kleinbuchstaben 22
Winkel mit griechischen Kleinbuchstaben 22
Faktoren mit indizierten Kleinbuchstaben 22
Verhältnisse bzw. Sicherheiten mit griechischen Kleinbuchstaben 23
3 Baustoff 24
3.1 Beton 24
3.1.1 Betonarten 24
3.1.2 Betonklassen 25
3.2 Zement 26
3.3 Gesteinskörnungen (Zuschlag) 28
3.4 Wasser 30
3.5 Betonzusätze 30
3.5.1 Betonzusatzstoffe 30
3.5.2 Betonzusatzmittel 30
3.6 Betoneigenschaften 31
3.6.1 Betonarten 31
3.6.2 Einwirkungen auf den Beton 32
3.6.3 Konsistenz 34
3.6.4 Kurzbezeichnungen 34
3.7 Stahlfasern 35
3.7.1 Hakenform 37
3.7.2 Wellenform 37
3.7.3 Gestauchte Form 37
3.7.4 Zugfestigkeit 38
3.8 Bewehrungsstahl 38
3.9 Spannstahl 39
4 Verarbeitung 41
4.1 Übliche Betonsorten 41
4.2 Zusatzstoffe für Pumpbeton 41
4.3 Übliche Dosierungen 41
4.4 Zugabe der Stahlfasern 42
4.5 Mischvorgang 43
4.6 Igelbildung 44
4.7 Einbauen von Stahlfaserbeton 45
4.8 Besonderheiten für Stahlfaserspritzbeton 49
5 Materialkennwerte 53
5.1 Betoneigenschaften 53
5.2 Stahlfasern 58
5.3 Abbindevorgang 59
5.4 Verbundwirkung der Stahlfaser 62
5.4.1 Ausgangssituation 63
5.4.2 Versuchsanordnung 64
5.4.2.1 Einfacher Biegebalken 64
5.4.2.2 Einfacher Biegebalken mit Kerbe 65
5.4.2.3 Standardbiegebalken 67
5.4.3 Versuchsablauf 69
5.4.4 Auswertung der Messdaten 71
5.4.5 Ergebnisse der Versuchsreihen 77
5.4.6 Ermittlung der Faserkennwerte 78
5.4.7 Materialkennwerte Stahlfaserbeton 80
6 Bemessung 83
6.1 Bemessungsverfahren 83
6.1.1 Gebrauchslastverfahren 84
6.1.2 Traglastverfahren 84
6.1.3 Bemessung mit Teilsicherheitsfaktoren 85
6.2 Zuverlässigkeitskonzepte 86
6.2.1 Deterministisches Zuverlässigkeitsprinzip 86
6.2.2 Probabilistisches Zuverlässigkeitsprinzip 87
6.2.3 Semiprobabilistisches Zuverlässigkeitsprinzip 87
6.2.3.1 Nachweis der Tragsicherheit 87
6.2.3.2 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit 88
7 Bemessungstheorie 89
7.1 Bemessung für Materialwahl – Dosierung 89
7.1.1 Biegung 89
7.1.1.1 Zustand 1 89
7.1.1.2 Zustand 1–2 91
7.1.1.3 Zustand 2 92
7.1.2 Biegung mit Längskraft 94
7.1.2.1 Kleine Ausmitte 94
7.1.2.2 Mittlere Ausmitte 95
7.1.2.3 Große Ausmitte 97
7.1.3 Druckstäbe 98
7.1.4 Schubnachweis 100
7.1.5 Ausbruch eines Auflagers 102
7.2 Bemessung für Querschnittswahl – Höhe 105
7.2.1 Biegung 105
7.2.2 Biegung mit Längskraft 106
7.2.2.1 Kleine Ausmitte 107
7.2.2.2 Mittlere Ausmitte 108
7.2.3 Druckstäbe 109
7.2.4 Schubnachweis 111
7.2.5 Ausbruch eines Auflagers 114
8 Bemessungsanwendung 115
8.1 Bemessung für Materialwahl – Dosierung 115
8.1.1 Allgemeines 115
8.1.2 Biegung 116
8.1.2.1 Platten und Decken 116
8.1.2.2 Träger 121
8.1.3 Biegung mit Längskraft 125
8.1.3.1 Kellerwände 125
8.1.3.2 Wandscheibe mit Biegung 127
8.1.3.3 Stütze mit Biegung 129
8.1.4 Druckstäbe 133
8.1.5 Querkraft 135
8.1.5.1 Querkraft bei Träger 135
8.1.5.2 Durchstanzen eines Auflagers 137
8.1.6 Ausbruch eines Auflagers 140
8.1.6.1 Auflager bei Träger 140
8.1.6.2 Auflager bei Platte 142
8.2 Bemessung für Querschnittswahl – Höhe 146
8.2.1 Allgemeines 146
8.2.2 Biegung 146
8.2.3 Biegung mit Längskraft 150
8.2.4 Druckstäbe 153
8.2.5 Querkraft 155
8.2.6 Ausbruch eines Au.agers 157
9 Beilagen 160
9.1 Mohr-Coulomb Beziehungen 160
9.1.1 Eindimensionale Beanspruchung 160
9.1.2 Dreidimensionale Beanspruchung 165
9.2 Materialkennwerte 174
9.2.1 Faser FE 65/35 von ArcelorMittal 176
9.2.2 Faser HE 55/35 von ArcelorMittal 183
9.3 Bemessungsdiagramme für Platten 190
9.3.1 Fasern von Arcelor-Mittal 191
9.3.2 Fasern von Krampe-Harex 197
10 Berechnung mit Tabellenkalkulation 198
10.1 Bemessung für Materialwahl – Dosierung 200
10.1.1 Biegebemessung 200
10.1.1.1 Dateneingabe 200
10.1.1.2 Berechnung in Einzelschritten 202
10.1.1.3 Berechnungsergebnis 211
10.1.2 Biegung mit Druckkraft 214
10.1.2.1 Dateneingabe 214
10.1.2.2 Berechnung in Einzelschritten 216
10.1.2.3 Berechnungsergebnis 219
10.1.3 Knicken 221
10.1.3.1 Dateneingabe 221
10.1.3.2 Berechnung in Einzelschritten 224
10.1.3.3 Berechnungsergebnis 226
10.1.4 Schubbemessung 228
10.1.4.1 Dateneingabe 228
10.1.4.2 Berechnung in Einzelschritten 231
10.1.4.3 Berechnungsergebnis 232
10.2 Bemessung für Querschnittswahl – Höhe 234
10.2.1 Biegebemessung 234
10.2.1.1 Dateneingabe 234
10.2.1.2 Berechnung in Einzelschritten 237
10.2.1.3 Berechnungsergebnis 239
10.2.2 Biegung mit Druckkraft 240
10.2.2.1 Dateneingabe 240
10.2.2.2 Berechnung in Einzelschritten 243
10.2.2.3 Berechnungsergebnis 245
10.2.3 Reine Druckbelastung – Knicken 246
10.2.3.1 Dateneingabe 246
10.2.3.2 Berechnung in Einzelschritten 249
10.2.3.3 Berechnungsergebnis 251
10.2.4 Schub – Durchstanzen 252
10.2.4.1 Dateneingabe 252
10.2.4.2 Berechnung in Einzelschritten 255
10.2.4.3 Berechnungsergebnis 257
Anhang 258
Tabellenverzeichnis 259
Abbildungsverzeichnis 260
Literaturverzeichnis 268
Sachverzeichnis 269

1 Einleitung (S. 1)

Beschäftigt man sich mit einem Baustoff und setzt ihn in der Praxis bei einem Bauwerk ein, so ist es interessant und auch notwendig zu wissen, wie der Baustoff entstanden ist, wie er sich im Umfeld verhält und auch wie er von der Fachwelt bewertet wird und somit auch eine allgemeine Anerkennung findet. In den folgenden Passagen sollen diese allgemein nützlichen Wissensteile angesprochen werden.

1.1 Geschichtliches

Meist wird in diesem Bereich dem Leser mit Jahreszahlen und Er.ndern die erste Lust am Weiterlesen vermiest, hier soll auf eine andere Art dieses Kapitel abgehandelt werden, das möglicherweise so manchen auch zum Nachdenken bringt. Einleitend soll hier ein über 2.000 Jahre altes Vorwort wiederholt werden, das an Aktualität nichts verloren hat, sondern eher noch mehr in der heutigen Zeit gilt:

1.1.1 Vorwort aus Vitruv – De Architectura 27 v. Chr.

VITRUV (Marcus Vitruvius Pollio)

Römischer Architekturtheoretiker des 1. Jahrhunderts vor Christi, Verfasser des auf eigenen Erfahrungen als Baumeister (Tempel in Fanum – Fano) und auf intensivem Studium griechischer Quellen beruhenden zehnbändigen Werks (Marcus Vitruvius Pollio)

Berümte Sportler, die Olympia, an den Pythen, Istmien und Nemeen Siege errungen hatten, haben die Vorfahren der Griechen mit so hohen, ehrenvollen Auszeichnungen bedacht, dass sie nicht nur in der Festversammlung mit Siegespalme und Siegeskranz stehend Ruhm ernten, sondern auch, wenn sie siegreich in ihre Stadt zurückkehren, im Triumpfzug auf einem Viergespann in ihre Heimatstadt und zu ihrem Vaterhaus gefahren werden und in den Genuss eines von der Bürgerschaft beschlossenen lebenslangen Ehrensoldes kommen.

Wenn ich dies also bedachte, muss ich mich wundern, warum die gleichen ehrenvollen Auszeichnungen und sogar noch größere nicht auch den Schriftstellern zuteil geworden sind, die aller Welt für alle Ewigkeit unendliche, gute Dienste leisteten.

Es wäre nämlich würdiger gewesen, diese Einrichtung zu treffen, weil die Sportler durch Training ihre eigenen Körper stählen, die Schriftsteller aber nicht nur ihren eigenen Geist, sondern das allgemeine Geistesleben bereichern, da sie durch ihre Bücher Lehren bereithalten, damit man durch sie Kenntnisse erwirbt und den Geist schärft. Was nützen nämlich Milon aus Kreton, weil er unbesiegbar geblieben ist, oder die übrigen, die auf demselben Gebiet Sieger waren, den Menschen?

Nur zu ihren Lebzeiten genossen sie unter ihren eigenen Mitbürgern Wertschätzung. Die auf das tägliche Leben bezüglichen Lehren des Pythagoras aber auch des Demokrit, des Platon, des Aristoteles und der übrigen Philosophen, die mit unermüdlichem Fleiß gepflegt, bringen nicht nur ihren Mitbürgern, sondern auch der ganzen Menschheit frische und lieblich duftende Früchte hervor.

Diejenigen, die sich von frühester Jugend an aus diesen Schriften mit einem Übermaß gelehrten Wissens erfüllen, haben die besten, klugen Gedanken und werden in ihren Gemeinden zu den Schöpfern menschlich-sittlichen Verhaltens, der Rechtsgleichheit, der Gesetze, ohne die kein Staat sicher bestehen kann.

Da also von den weisen Schriftstellern den Menschen sowohl im privaten wie im öffentlichen Leben so bedeutungsvolle Gaben geschenkt sind, muss man ihnen nach meiner Meinung nicht nur Palmen und Kränze verleihen, es müssten ihnen sogar Triumphe beschlossen werden, und sie müssten für würdig befunden werden, dass man ihnen einen Platz unter den Göttern anweise. Wie sich die Zeiten doch nicht ändern! Nehmen wir heute jeden beliebigen Supersportler her und vergleichen ihn mit Mitterhofer oder auch Madersperger – was, Sie kennen diese Herren nicht? Mitterhofer (1822–1893): Er.nder der Schreibmaschine, starb verarmt – was würden wir heute ohne Schreibmaschine als Vorgänger der heutigen Computer machen? Madersperger (1786–1850), Erfinder der Nähmaschine, starb verarmt – was wären unsere Kleider ohne Nähmaschine?

Diese Abschweifung soll etwas zum Nachdenken anregen und die Dinge in unserer raschlebigen Zeit doch etwas zurechtrücken. In der Öffentlichkeit wird nicht immer das Wesentliche erkannt. Wir sind aufgerufen, dazu ein wenig für einen Ausgleich beizutragen. Nun aber wieder zurück zu unserem Thema: Das Bauwesen ist seit dem ersten Bauwerk eine Fachrichtung im menschlichen Handeln, das seit jeher immer schon allwissende Pfuscher hatte, die Schäden produzierten und so sich selbst ihr Denkmal setzten.