1.1 Problemstellung In vorgangigen Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des Forschungsprojektes "Trag-und Bruchverhalten von Mauerwerksscheiben" die Grundlagen fUr eine sichere und wirtschaftliche Bemessung von Scheiben unter Normalkraft, Biegung und Schubkraft erarbeitet. An sogenannten "Kleinkkorperversuchen" aus Backstein, Kalksandstein und Zementstein wurden die Bruchbe- dingung und das Verformungsverhalten des Mauerwerks unter einem beliebigen zweiachsigen Spannungszustand untersucht [1,2,3]. An den "Wandversuchen" aus Backstein wurde das Trag- verhalten von Mauerwerksscheiben untersucht [4]. Die theoretische Bruchbedingung, das Trag- verhalten und das Bemessungsverfahren wurden umfassend in einer Dissertation dargestellt [5]. Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Untersuchung des Tragverhaltens von Mauerwerksscheiben aus Zementstein. Das theoretische Tragmodell soIl Uberprtift werden. 1.2 Versuchsprogramm Das experimentelle Programm ist in der Tabelle 1 zusammengestellt. Die Mauerwerksscheiben waren zwischen zwei Betonplatten gelagert und wurden durch eine konstante, gleichmassig verteilte Normalkraft zentrisch bela stet. Anschliessend wurden der obere Scheibenrand durch eine Schubkraft, die durch die obere Betonplatte in die Wand eingeleitet wurde, belastet und die Horizontalverschiebung stufenweise bis zum Bruch der Wand gesteigert. Es wurden zwei Lastniveaus untersucht. Das untere resp. obere Niveau entspricht ca. der Last im untersten Geschoss eines vierstockigen resp. achtstockigen Gebaudes. Die Wande waren an beiden Enden durch einen Flanschen seitlich stabilisiert. Bei einer Wand wurden die Flanschen weggelassen, urn den Einfluss derselben festzustellen.

Im Rahmen des Forschungsprojektes "Wandartige Tragwerke aus Stahlbeton" wurden am Institut fur Baustatik und Konstruktion der Eidgenoessischen Technischen Hochschule Zurich Versuche an zehn quadratischen Stahl- betonscheiben durchgefuhrt. Die Versuche hatten zum Ziel, das Trag- und das Bruchverhalten von bewehrten Betonscheiben unter Normal- und Querkraftbeanspruchung, nachfolgend und im Bericht als Vertikal- und als Horizontal kraft bezeichnet, zu untersuchen. Die Scheiben wurden an ihrem oberen Rand belastet. Der untere Rand war eingespannt. Die Vertikal kraft blieb wahrend der Dauer eines Versuchs konstant. Die Horizontalkraft wurde stufenweise monoton oder zyk- lisch erhoeht, bis der Bruch eintrat. Die folgenden Groessen wurden als Versuchsparameter gewahlt: Ausfuh- rung der vertikalen Scheibenrander mit oder ohne Flansche, Aussparung in der Scheibendruckzone, Anordnung und Menge der Bewehrung sowie Betrag der Vertikalkraft. Fur die Untersuchung des Tragverhaltens wurden die aufgebrachten Krafte und Verschiebungen, die lokalen Deformationen der Betonoberflache und der Beweh- rungsstabe sowie die Rissweiten gemessen. Die Rissentwicklung wurde photographisch festgehalten. Die Versuchsergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: - Im allgemeinen trat der Bruch durch seitliches Aufspalten des Betons und durch Abplatzen der Ueberdeckung in der Druckecke der Scheibe auf. Die mit hoher Vertikal kraft beanspruchten Scheiben wiesen eine uber ihre ganze Lange gehende horizontale Zerstoerungszone auf. - Bei den Versuchen mit geringer Vertikal kraft bildeten sich die ersten Risse bei 20% bis 35% der Maximal- last. Die Scheiben mit hoher Vertikal kraft blieben bis zu einer Horizontalkraft von ungefahr zwei Dritteln des Maximums ungerissen.

22 RESUME 24 SUMMARY 25 VERDANKUNGEN 26 BEZEICHNUNGEN 29 TABELLEN 31 BILDER 97 ANHANG 1 1. Einlei tung 1.1 Problemstellung und Zielsetzung Gemauerte Wandscheiben, eingebunden in Stahlbetondecken, sind in der Schweiz ein im Hochbau bewahrtes und haufig verwendetes Konstruktionsprinzip. Sie verbinden gute bauphysikalische Eigenschaften mit grosser Steifigkeit und Tragfahigkeit unter Vertika1- und Horizontallasten. Trotz ihres grossen Marktanteils ist das Verhalten von Mauerwerksscheiben unter Horizontallasten wenig erforscht. Der Sicherheitsnachweis beruht auf dem Vergleich von elastisch gerechneten Spannungen mit normierten zulassigen Spannungen. Die zulassigen Spannungen basieren auf empirischen Formeln. Es fehlt also ein physikalisches Tragmodell, das die wesentlichen Einflusse auf das Tragverhalten der Mauerwerksscheiben richtig erfasst. Ziel des Forschungsprojektes "Trag- und Bruchverhalten von Mauerwerksscheiben" ist das Bereitstellen von Grundlagen fur die rechnerische Erfassung des Verhaltens von Scheiben unter Normalkraft, Biegung und Quer- kraft in der Wandebene. Dazu wurden im ersten Teil des Forschungsprojektes Versuche am Mauerwerks-Element, sogenannte "K1einkoerper-Versuche" [1], durchgefuhrt. Ziel dieser Versuche war die Ermittlung der Bruch- bedingung und des Stoffgesetzes von Mauerwerk unter einem beliebigen zweiachsigen Spannungszustand. Ziel des zweiten Teils des Forschungsprojektes ist die Ermittlung des Tragverhaltens von Mauerwerksscheiben. Aufgrund dieser "Wand-Versuche" soll ein theoretisches Tragmodell uberpruft und verbessert werden. Werden Bruchbedingungen und Stoffgesetze in dieses Tragmodell eingesetzt, lassen sich Bruchlast und Verformungen der Mauerwerksscheibe berechnen. Das Forschungsprojekt soll Grundlagen fur ein neues Verfahren bereitstellen, das eine sichere und wirt- schaftliche Bemessung von Mauerwerksscheiben auf die Grenzzustande der Tragfahigkeit und der Gebrauchs- fahigkeit erlaubt.

1.1 Problemstellung Als Grundlage zur Bemessung von Baukonstruktionen werden heute vermehrt Grenzzustande des Widerstandes und der Gebrauchsfahigkeit herangezogen. Wahrenddem das elastische Ver- halten von Bauwerken unter Einwirkung dynamischer Gebrauchslasten mit den heute zur Ver- fugung stehenden Methoden im allgemeinen recht zuverlassig berechnet werden kann, ist man bei Beanspruchungen von Bauwerken im unelastischen Bereich noch weitgehend auf An- nahmen bezuglich der Wahl von Widerstands-Verformungs-Modellen angewiesen. Dynamische Be- rechnungen an une last ischen Systemen - die dank moderner Computermethoden grundsatzlich moeglich geworden sind - beruhen bis heute oft auf sehr vereinfachten und willkurlichen Annahmen uber das Verhalten der einzelnen Bauteile. Ziel des Forschungsprojektes "Dynamisches Verhalten von Tragwerken im une last ischen Be- reich" ist die Entwicklung von geeigneten physikalischen Bauteil-Modellen und die Ueber- prufung der Zuverlassigkeit verschiedener Berechnungsmethoden. Schwerpunkt der theoreti- schen und experimentellen Untersuchungen bildet dabei das unelastische Verhalten von Bau- teilen. Bezuglich der Tragwerksysteme wurde eine Beschrankung auf rahmen- und scheiben- artige Tragwerke vorgenommen. 1.2 Zielsetzung Die vorliegenden experimentellen Untersuchungen befassen sich mit zyklisc und progressiv beanspruchten, schlaff bewehrten Stahlbeton-Balken. Berichte uber ahnliche Versuche, die bereits in betrachtlicher Zahl vorliegen, vermoegen oft das Bedurfnis nach klar dokumen- tierter Detailinformation nicht voll zu befriedigen. Deshalb wurde hier versucht, die experimentellen Daten umfassend so darzustellen. dass damit Eichungen analytischer Bau- teilmodelle durchgefuhrt und deren Zuverlassigkeit abgeschatzt werden koennen. Diese er- sten Versuche im Rahmen des Forschungsprojektes wurden als Grundversuche konzipiert. um das Biegeverhalten zu erfassen. Als Versuchsparameter wurden folgende Groessen gewahlt: - Langsbewehrungsgehalt - Verformungsgeschichte.

20 RESUME 22 SUMMARY 24 VEROANKUNGEN 26 LITERATURVERZEICHNIS 27 BEZEICHNUNGEN 28 BILDER 1 bis 105 31 1. EINLEITUNG Im Rahmen des Forschungsprojektes "Vorgespannte Platten" wurden theoretische und experi- mentelle Arbeiten uber das Tragverhalten von Stahl- und Spannbetonplatten durchgefuhrt. Bis heute wurden folgende Probleme untersucht: - Biegeverhalten von vorgespannten Platten ohne Verbund - Fliessbedingungen fur Stahlbeton mit Berucksichtigung der Betonzugfestigkeit - Schubtragverhalten von Stahlbetonplatten. Die Resultate dieser Untersuchungen sind in den bereits veroeffentlichten Berichten [1]. [2]. [3]. ["4] und [5] zusammengestellt. Im Hinblick auf ein besseres Verstandnis des .Tragverhaltens von Flachdecken im Bereich von Innenstutzen wurden als Fortsetzung des Projektes gezielte Versuche an Plattenausschnitten geplant. 1.1 Problemstellung Das Phanomen des Durchstanzens von Platten. die durch Einzellasten beansprucht sind. ist den Ingenieuren seit langer Zeit bekannt. Auf diesem Gebiet wurde schon intensiv ge- forscht und bisher sind zahlreiche Versuche durchgefuhrt worden. Trotzdem wird regelmas- sig festgestellt. dass bei Einsturzen von Flachdecken meistens das Durchstanzen eine aus- loesende Wirkung hatte. Trotz zahlreicher experimenteller Untersuchungen und einiger theoretischer Arbeiten wur- de bis heute keine "Durchstanztheorie" entwickelt. mit der das Schubtragverhalten von Stahl- und Spannbetonplatten zufriedenstellend dargestellt und geloest werden kann. Mit Ausnahme der bekannten Durchstanztheorie von Kinnunen und Nylander [6] wurden bisher vor- wiegend halb-empirische Bemessungsformeln entwickelt. die jedoch nur einige Parameter be- rucksichtigten. Mit Hilfe von Korrekturfaktoren wurde eine Uebereinstimmung der Versuchs- resultate mit den Bemessungsformeln gesucht [7]. Alle diese "Durchstanzformeln" lassen aber das physikalische Tragverhalten der Platte. das Zusammenwirken der inneren Krafte und deren Umlagerung wahrend der Belastung nicht erkennen.

1.1 Problemstellung FGr die Berechn ng von Stahlbetonplatten liegen heute verschiedene Methoden und Com- puterprogramme vor. Bei der theoretischen Untersuchung des Tragverhaltens auf Biegung von vorgespannten Platten zeigt es sich, dass ein wesentlicher Unterschied im Verhal- ten bei Vorspannung mit Verbund oder ohne Verbund besteht. Ist Verbund vorhanden, kann das Biegeverhalten mit den heute bekannten Methoden der Elastizitats- und Plastizi- tatstheorie gut erfasst werden. FGr vorgespannte Platten ohne Verbund fehlen aber all- gemein gGltige Berechnungsverfahren, und es sind nur wenige experimentelle Unter- suchungen bekannt. Die Zugkraft im Vorspannstahl kann nicht mehr, wie Gblich, aufgrund der Annahme Gber das Ebenbleiben des Querschnittes und mit Gleichgewichtsbetrachtungen in einem Querschnitt berechnet werden. Das Tragverhalten von vorgespannten Platten ohne Verbund wird mit einem im Anhang A dargestellten theoretischen Modell untersucht, welches eine eingehende rechnerische Behandlung ermoeglicht. Durch einige gezielte Versuche sollte das theoretische Modell verifiziert und der Einfluss wesentlicher Parameter auf das Tragverhalten von vorge- spannten, nichtinjizierten Platten auf Biegung experimentell untersucht werden.

1.1 Problemstellung und Zielsetzung Das Verhalten von Stahlbeton- und Spannbetonbalken mit vollen oder geschlossenen Querschnitten ist bisher experimentell eingehend untersucht worden. Am Institut fur Baustatik. Abt. Massivbau. der Eidgenoessischen Technischen Hochschule (ETH) in Zurich erschienen daruber die vier Berichte [2]. [3]. [4] und [5]. Fur Balken mit offenen Querschnitten hingegen fehlen .entsprechende Untersuchungen. obwohl in jungster Zeit die Anwendung offener Querschnitte eine starke Verbreitung erfahren hat (offene Brucken. Kerne von Hochhausern. vorfabrizierte Dachschalen. etc.). Aus diesem Grund lauft zur Zeit am Institut fur Baustatik der Eidgenoessischen Technischen Hochschule (ETH) in Zurich ein Forschungsprogramm. welches sich mit dem Verhalten von Stahlbeton- und Spannbetonbalken mit offenen Querschnitten befasst. Das Ziel dieses Programms besteht darin. ein theoretisches Modell fur die Berechnung von Stahlbeton- und Spannbetonbalken mit offenen Querschnitten zu entwickeln und durch gezielte Versuche zu uberprufen. 1.2 Versuchsprogramm Fur das vorliegende Versuchsprogramm wurde ein -Querschnitt mit vernunftig grossen Abmessungen gewahlt. Als Grundform drangte sich ein r-1 mit konstanten Seitenlangen von 50 cm auf. um Teile der in [1] beschriebenen Versuchsanlage verwenden zu koennen. Das experimentelle Versuchsprogramm ist in Bild 1 zusammengestellt. Es wurde versucht. mit moeglichst wenig Aufwand eine aussagekraftige Parametervaria- tion zu erhalten. Um gute Vergleichsmoeglichkeiten zu schaffen. wurden die Versuchs- balken so gewahlt. dass zwischen zwei Balken A und B jeweils nur ein Parameter ander- te. Dies dokumentiert die nachstehende. Zusammenstellung.