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Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton

Proske, Tilo :
Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton
Language: German
Abstract:

Das Hauptziel dieser Arbeit bestand darin, die maßgeblichen Einflussparameter auf den Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton (SVB) zu verifizieren und darauf aufbauend einen Vorschlag zur Berücksichtigung dieses Lastfalls bei der Bemessung von Schalungen abzuleiten. Der Berechnungsvorschlag sollte dabei den Anforderungen hinsichtlich des baupraktischen Einsatzes Rechnung tragen. Im Rahmen der Untersuchungen wurden hauptsächlich lotrechte Schalungen behandelt sowie Grundlagen erarbeitet, welche Aussagen zum Frischbetondruck auf geneigte Schalungen ermöglichen. Es wurde zunächst aufgezeigt, dass die bisher vorhandenen Normen und Regelwerke keine geeigneten Angaben enthalten, um den Frischbetondruck Selbstverdichtender Betone wirklichkeitsnah berechnen zu können. Vorgestellt wurden weiterhin die bisher vorliegenden prinzipiellen Modelle zur Berechnung des Frischbetondrucks auf Schalungen, die auch ein allgemeines Verständnis für die Einwirkungen bei Verwendung von SVB ermöglichen. Die Ergebnisse eigener Druckmessungen an schlanken Stützen zeigten einen signifikanten Einfluss der Betoniergeschwindigkeit, des Setzfließmaßes und der Bewehrung auf den horizontalen Frischbetondruck. Ebenfalls wurde eine deutliche Minderung des Frischbetondrucks durch die Bewehrung festgestellt. Bei den Messungen an Wänden wurde der Einfluss des Ansteif- und Erstarrungsverhaltens auf den horizontalen Frischbetondruck deutlich. Im Kernstück der vorliegenden Arbeit werden die theoretischen und experimentellen Untersuchungen zu den relevanten Materialkenngrößen von SVB dargestellt. Die Untersuchungsergebnisse liefern wichtige Aussagen zur zeitlichen Entwicklung der inneren Reibung des Betons bzw. des Seitendruckbeiwertes. Des Weiteren wurden wertvolle Erkenntnisse zum Reibungsverhalten zwischen dem Frischbeton und der Schalungsoberfläche sowie zwischen dem Frischbeton und der Bewehrung gewonnen. Es wurde festgestellt, dass sowohl die Mischungszusammensetzung als auch verschiedene Randbedingungen, wie zum Beispiel die Erschütterungen und der Einbauzeitpunkt, die einzelnen Materialparameter signifikant beeinflussen können. Als integrale Größe zur Beschreibung der zeitlichen Entwicklung der Materialeigenschaften und damit des Frischbetondrucks wurden die Erstarrungszeiten identifiziert. Hinsichtlich der Entwicklung des Seitendruckbeiwertes und damit des Frischbetondrucks wurde weiterhin ein signifikanter Einfluss der Erschütterungen sowie der Schalungsverformungen nachgewiesen, wobei sich die erste Größe insbesondere auf den maximalen Frischbetondruck auswirkt und der zweite Parameter auf die Druckentwicklung nach dem Erstarrungsbeginn. Anhand der Reibungsversuche wurde aufgezeigt, dass der Reibungswiderstand zwischen einer glatten Schalungsoberfläche und dem Frischbeton signifikant geringer ist als der Widerstand bei einer Relativverschiebung von Frischbeton und Bewehrung. Erschütterungen können je nach Ansteif- und Erstarrungszustand den Reibungswiderstand deutlich reduzieren oder sogar vollständig aufheben. Auf Grundlage der durchgeführten experimentellen und theoretischen Untersuchungen wurde ein neuartiges analytisches Modell zur Berechnung des Frischbetondrucks auf lotrechte Schalungen erarbeitet. Es basiert auf der Silotheorie und ist in der Lage, die zeitlich veränderlichen Eingangsparameter Reibung und Seitendruckbeiwert wirklichkeitsnah abzubilden. Zur Berechnung des Frischbetondrucks bei Selbstverdichtendem Beton wurden Vorschläge zum Ansatz der Modelleingangsparameter unterbreitet. Die analytischen Berechnungen zeigen, dass der auf die Schalungen einwirkende maximal mögliche Frischbetondruck im Wesentlichen durch die Betoniergeschwindigkeit, die Erstarrungszeiten sowie die Frischbetonwichte beeinflusst wird. Weiterhin bestehen signifikante Auswirkungen der Querschnittsabmessungen im Zusammenhang mit dem Bewehrungsgehalt des Bauteils. Die Eignung des abgeleiteten analytischen Modells zur Bestimmung des maximalen Frischbetondrucks von SVB auf lotrechte Schalungen wurde anhand eigener Lastmessungen und veröffentlichter Messergebnisse nachgewiesen. Die Verifizierung verschiedener Anwendungsgrenzen des analytischen Modells erfolgte weiterhin anhand von Simulationsrechungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FE-Methode). Während das analytische Modell sehr präzise den Druckzustand bis zum Erreichen des Maximaldrucks beschreibt, kann mit der Finiten-Element-Methode insbesondere der Druckzustand zum späteren Zeitpunkt, unter Berücksichtigung der eingeprägten Vorverformungen von Schalung und Frischbeton, abgebildet werden. Durch die Anwendung der FE-Methode bestand auch die Möglichkeit, geneigte Schalungen in die Untersuchungen einzubeziehen. Die Ergebnisse der analytischen und numerischen Untersuchungen münden in einen praxisgerechten Vorschlag zur Bestimmung der Einwirkungen durch SVB bei der Bemessung von Schalung und Rüstung.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The thesis deals with experimental studies and modelling regarding the lateral concrete pressure on vertical formwork exerted by Self-Compacting-Concrete (SCC). In the last 10 years the application of High-Workability-Concretes including SCC has increased significantly. SCC can be placed from below by pumping or from above. Designing the formwork the lateral concrete pressure is of high importance. The formwork has to stabilize the concrete from the start of casting until the self-stabilisation of the concrete which is normally reached at the final setting time. The final setting time can be measured with the Vicat-Penetration-Test according to DIN EN 480-2. In this state the concrete has a compressive strength higher than 1,0 N/mm². A number of parameters influence the lateral formwork pressure. Beside the setting behaviour the velocity of placing (rising), the total filling height, the consistency, the concrete density, the geometry of the formwork and the compaction technique have to be mentioned. Systematic measurements on slender columns showed that the time dependent behaviour of SCC in combination with the friction between the fresh concrete and the formwork surface as well as the friction between the concrete and the reinforcement bars influence the lateral pressure on the formwork. Therefore an appropriate proposal for the calculation of the pressure on formwork was developed based on the Silo-Theory of Janssen. In the model the time-dependent properties of the SCC can be considered. The required time-dependent model parameters were determined in extensive experimental tests. An extra designed testing machine allowed the determination of the friction between the fresh concrete and the formwork surface as well as the friction between the fresh concrete and the reinforcement. Further the placing process was simulated and the ratio between the lateral pressure and the exerted vertical pressure determined. The influences of the mixture design as well as external impacts and the formwork deformation on the model parameters were investigated. It was pointed out that the development of the material parameters is first of all influenced by the time after placing and the final setting time of the concrete. Further a significant influence of frequent shock and vibration, reinforcement and formwork deformation on the model parameters was found. On the base of the test results practicable analytical relations for the parameters friction and pressure ratio of SCC were developed. The validity of the analytical model was verified analysing published pressure measurements on slender concrete elements. Further on Finite-Element-Method calculations pointed out the suitability of the analytical model. Also recommendations for the calculation of inclined formwork were given. For the calculation in practice several pressure distributions over the height of the formwork were developed. Further on partial safety factors for the design of the formwork were calibrated.English
Uncontrolled Keywords: SCC, formwork pressure, self-compacting concrete, friction, inner friction
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
SCC, formwork pressure, self-compacting concrete, friction, inner frictionEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:53
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000940
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-9404
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Reinhardt, Prof. Dr.- Hans-Wolf and Motzko, Prof. Dr.- Christoph and Garrecht, Prof. Dr.- Harald
Advisors: Graubner, Prof. Dr.- Carl-Alexander
Refereed: 25 May 2007
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/940
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