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Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten von Spannbetonträgern mit Spanngliedern im sofortigen und nachträglichen Verbund

ORCID
0000-0002-8686-930X
Affiliation/Institute
Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (IBMB)
Remitz, Jörn

Ermüdungsbeanspruchte Spannbetonträger, z. B. im Brückenbau, unterliegen teilweise hohen zyklischen Belastungen. Für den Nachweis eines ausreichenden Ermüdungswiderstands ist eine möglichst genaue Kenntnis über das Ermüdungsverhalten der Spannbetonträger und der eingebauten Spannglieder erforderlich.
Die Ermüdung von Spannbetonträgern und der Spannglieder im sofortigen und nachträglichen Verbund wurde in verschiedenen internationalen Forschungsarbeiten behandelt, die sich jedoch häufig auf den Zeitfestigkeitsbereich konzentrierten. Zum Ermüdungsverhalten im häufig relevanten Langzeitfestigkeitsbereich liegen jedoch nur wenige Untersuchungen und Erkenntnisse vor. Zudem fehlen systematische Auswertungen bisheriger Versuchsergebnisse hinsichtlich verschiedener Einflüsse auf die Ermüdungsfestigkeit eingebauter Spannglieder.
Im Zuge dieser Arbeit werden die derzeit vorliegenden Erkenntnisse zum Ermüdungsverhalten von Spannbetonträgern und Spanngliedern im sofortigen und nachträglichen Verbund zusammenfasst und die Versuchsergebnisse in einer Datenbank zusammengestellt. Ein Vergleich der Ergebnisse mit normativen Wöhlerlinien zeigt, dass die Ermüdungsfestigkeit von Spanngliedern insbesondere im Langzeitfestigkeitsbereich durch die Wöhlerlinien weder abgebildet noch auf der sicheren Seite erfasst werden.
Anhand eigener Versuche an einbetonierten Spannstählen und Spannbetonträgern mit Spanngliedern im sofortigen und nachträglichen Verbund wird die Ermüdungsfestigkeit der Spannglieder im Detail untersucht und analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass einbetonierte bzw. in Spannbetonträgern eingebaute Spannglieder im Langzeitfestigkeitsbereich eine abgeminderte Ermüdungsfestigkeit aufweisen, die auf die Beanspruchungsverhältnisse im Bauteil (Reibeffekte etc.) und damit verbundene Einflussparameter (Beton, Bewehrungsgrad, Umlenkbelastung etc.) zurückzuführen ist.
Im Anschluss erfolgen theoretische Untersuchungen, die sowohl das Ermüdungstragverhalten von Spannbetonträgern als auch die Ermüdungsfestigkeit der Spannglieder in Abhängigkeit wesentlicher Einflussparameter umfassen.
Auf Grundlage der experimentellen und theoretischen Untersuchungen werden Vorschläge und Empfehlungen für die Bestimmung des Ermüdungswiderstands von Spannbetonträgern erarbeitet, die die wesentlichen Einflussgrößen bei Spanngliedern im sofortigen und nachträglichen Verbund berücksichtigen und als Grundlage für den Ermüdungsnachweis herangezogen werden können.

Prestressed concrete girders e.g. in bridge construction are subject to high cyclic loads. For the verification of sufficient fatigue resistance, a precise knowledge about the fatigue behaviour of prestressed concrete beams and the embedded tendons is required.
The fatigue of prestressed concrete beams and the embedded pre- and post-tensioned tendons has been dealt with in different international research works. However, only few investigations and findings exist on the high-cycle fatigue behaviour. In addition, systematic evaluations of previous test results with regard to various influences on the fatigue strength of embedded tendons are missing.
In this work, currently available findings on the fatigue behaviour of prestressed concrete beams and embedded pre- and post-tensioned tendons are summarised and the test results are compiled in a database. A comparison of the results with normative S-N curves shows that the fatigue strength of prestressing steel, especially in the high-cycle fatigue area, is neither represented nor safely covered by the S-N curves.
Within own fatigue tests on embedded prestressing strands as well as on pre- and post-tensioned concrete beams, the fatigue behaviour of tendons is investigated and analysed in detail. The results show that the fatigue strength of tendons embedded in concrete or embedded in prestressed concrete beams is reduced especially in the high-cycle fatigue area. This is explained by specific stress conditions in concrete beams (e.g. friction effects) and related structural influencing parameters (concrete, reinforcement ratio, lateral loads etc.).
For further analysis, theoretical considerations are carried out which include both the fatigue load-bearing behaviour of prestressed concrete girders and the fatigue strength of the tendons considering the main influencing parameters.
Based on the experimental and theoretical investigations, proposals and recommendations for the determination of the fatigue resistance of prestressed concrete girders are developed. These take into account the main influencing parameters for pre- and post-tensioned tendons and can be used as a basis for the fatigue verification.

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