Massivbau

Einfluss des Gleitmechanismus auf das Tragverhalten zyklisch beanspruchter Stahlbetonwände

Die erdbebensichere Aussteifung erfolgt bei den meisten Gebäuden durch Wände aus Stahlbeton. Für die Bemessung dieser Wände können verformungsbasierte Verfahren eingesetzt werden, die das nichtlineare Materialverhalten berücksichtigen. Unter Biegung und Schub ist dieses Materialverhalten weitgehend bekannt. Bisher wenig erforscht ist das Verhalten unter Gleitschub. Insbesondere an Betonierfugen kann es bei gerungenen Wänden zum Gleiten kommen, wenn der Widerstand aus Kornverzahnung des Betons und die Dübelwirkung der Bewehrung überschritten wird. Das vorzeitige Gleiten führt dann zur Reduktion des plastischen Arbeitsvermögens und somit zu einem geringeren Erdbebenwiderstand.

Mit Hilfe von Kleinkörperversuchen wurde das Gleitverfahren an der Betonierfuge einer zyklisch belasteten Wand untersucht. Der Kleinkörper spiegelt dabei den Ausschnitt der Druckzone in der Wand wieder. Im Rahmen einer Versuchsserie wurden 13 Kleinkörper untersucht, bei denen der Bewehrungsgrad, die Rissbreite und der Belastungszyklus variiert wurden. Abbildungen 3 bis 6 zeigen den Versuchskörper bei verschiedenen Verschiebungszuständen.

Die Versuchsergebnisse fliessen in die Ableitung des Gleitschubmodells ein, das ein Teil des Wandmodells ist. Die Interaktion aus Biegung, Schub und Gleiten kann bei der Berechnung der Last-Verformungskurve berücksichtigt werden. Die Versagensart wird mit dem Modell berechenbar.

Durchstanzwiderstand von Platten ohne Durchstanzbewehrung: Normenvergleich SIA 262:2013 zu DIN EN 1992-1-1:2004 + AC:2010

Im Rahmen einer Parameterstudie wird das Durchstanzmodell der Schweizer Norm SIA 262 mit dem Modell der Europäischen Norm EC 2 verglichen. Während die Schweizer Norm ein mechanisches Modell mit empirischen Anpassungsfaktoren verwendet, ist im Eurocode 2 ein vollständig empirischer Ansatz zu finden. Obwohl die Modelle deutlich verschiedene Ansätze aufweisen, bleibt der Unterschied im Ergebnis klein. In Bild 1 rechts ist der Unterschied des Durchstanzwiderstands bei verschieden Biegebewehrungsgraden dargestellt. Bei einer typischen Innenstütze aus dem Hochbau beträgt der maximale Unterschied ca. 5%.

Untersuchungen zum Fassadenmauerwerk des Erweiterungsbaus Kunstmuseum Basel: Ausziehversuche von Bewehrungsstäben und KE-Doppelgelenkanker

Das Kunstmuseum Basel ist eines der weltweit führenden Kunstmuseen und erhielt 2016 aufgrund des gestiegenen Platzbedarfs einen Erweiterungsbau. Der Entwurf der Architekten Christ & Gantenbein sieht ein fugenloses Fassadenmauerwerk vor, das sich unter Temperatureinwirkung ausdehnt resp. zusammenzieht. Es entstehen deutliche laterale Differenzverschiebungen zwischen dem Fassadenmauerwerk und der stützenden Betonwand. Der Fachbereich Massivbau der FHNW analysierte in Ausziehversuchen das Verankerungsverhalten von verschiedenen Ankersystemen. Die Untersuchung umfasste abgebogene Bewehrungsstäbe und KE-Doppelgelenkanker, die in unterschiedlichen Mauerwerkstypen eingebunden waren.

Publikationsliste

Heute - 2016

• Trost, B., Schuler, H. & Stojadinovic, B. Sliding Deformation Model for Reinforced Concrete Shear Walls under Seismic Loading. In: 16^th World Conference on Earthquake Engineering, Santiago, Chile, 2017.
• Schuler, H. & Trost, B. Sliding Shear Resistance of Squat Walls under Reverse Loading: Mechanical Model and Parametric Study.  ACI Structural Journal, 2016, 711-721.

2015 - 2011

• Trost, B., Schuler, H. & Stojadinovic, B. Experimental Investigation of Sliding of Walls on Compact Sliding Specimens. In: 15^th European Conference on Earthquake Engineering, Istanbul, Turkey, 2014.
• Schuler, H. & Trost, B. Sliding resistance at the joint between a structural wall and the basement ceiling: A mechanical model. In: 15^th European Conference on Earthquake Engineering, Istanbul, Turkey, 2014.
• Schuler, H. Durchstanzwiderstand von Platten ohne Durchstanzbewehrung: Normenvergleich SIA 262:2013 zu DIN EN 1992-1-1:2004 + AC:2010. Beton- und Stahlbetonbau 109, 2014, 1: 24-29.
• Schuler, H., BauForum - Bauwerke und Erdbeben, Organisation und Moderation, Muttenz, 15. Mai 2013.

2010 - 2006

• Greulich, S., Döge, T., Richter, R. & Schuler, H. Dimensioning and damage assessment of one-dimensional structures. In: 3. Workshop BAU-PROTECT Buildings and Utilities Protection: Sicherheit der baulichen Infrastruktur vor außergewöhnlichen Einwirkungen, 2008.
• Schuler, H. Elemente der Werkstoffformulierung für Beton und deren Verwendung in der Kurzzeitdynamik. Beton- und Stahlbetonbau 102, 2007, 11: 742-749. 
• Fuchs, M., Keuser, M., Schuler, H. & Thoma, K. Faserbeton unter hochdynamischer Einwirkung. Beton- und Stahlbetonbau 102, 2007, 11: 759-769.
• Schuler, H. Columns under explosion loadings. In: 2^nd Security Research Conference, Karlsruhe, 2007.
• Schuler, H. Evaluation of an experimental Method via numerical Simulations. In: International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures 6, Catania, 2007.
• Schuler, H., Mayrhofer, C. & Thoma, K. Spall experiments for the measurement of the tensile strength and fracture energy of concrete at high strain rates. International Journal of Impact Engineering 32, 2006, 1635-1650.
• Schuler, H. & Hanson, H. Fracture Behaviour of High Performance Concrete (HPC) investigated with a Hopkinson-Bar, In: DYMAT 2006, 8^th International Conference on Mechanical and Physical Behaviour of Materials under Dynamic Loading, Dijon, France, 2006. / Journal de physique IV, 134: 1145-1151.
• Mayrhofer, C., Landmann, F., Greulich, S., Keuser, M., Mangerig, I. & Schuler, H. Flächentragwerke aus Beton und Stahlbeton unter hochdynamischen Lasten. In: 2. Workshop BAU-PROTECT, Sicherheit der baulichen Infrastruktur vor außergewöhnlichen Einwirkungen, UniBW München, 2006.

2005 - 2001

• Schuler, H. & Thoma, K. Damage evolution of concrete under impact loading - Characterization and modeling. In: 8^th US National Congress on Computational Mechanics, San Diego, 2005.
• Schuler, H. Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Schädigung von stoßbeanspruchtem Beton. Schriftenreihe Forschungsergebnisse aus der Kurzzeitdynamik. PhD Thesis. Fraunhofer IRB Verlag, 2004.
• Schuler, H. Simulation of dual Stage Warheads Impact on Concrete, ongoing Experiments to the SHB technique. In: FOI-Meeting (Swedish Defense Research Agency), Stockholm, 2001.
• Schuler, H., Heider, N., Riedel, W., Hiermaier, S., & Thoma, K. Simulation of Dual Stage Warheads Impact on Concrete. In: 10^th International Symposium on Interaction of the Effects of Munitions with Structures, San Diego, California, 2001.

Projektliste 2016 - 2007

• Neubau "Kunstmuseum Basel, Erweiterungsbau", Experimentelle Untersuchungen zum Fassadenmauerwerk, 2014. (Laborversuche und Beratung)
• "Einfluss des Gleitmechanismus auf das Tragverhalten zyklisch beanspruchter Stahlbetonwände", Experimentelle Untersuchungen an Kleinkörpern, Josef + Margrit Killer-Schmidli Stiftung, 2014. (Koordination der experimentellen Untersuchungen)
• Neubau "Universitäres Zentrum Zahnmedizin Basel & Umweltwissenschaften der Universität Basel", Projektwettbewerb des Hochbauamts Kanton Basel-Stadt, 2014. (Fachexperte Tragwerk)
• Neubau Büro- und Laborgebäude "Department of Biosystems Science and Engineering (D-BSSE)", Projektwettbewerb des Hochbauamts Kanton Basel-Stadt, 2013. (Fachexperte Tragwerk)
• Neubau "Biozentrum der Universität Basel", Projektwettbewerb des Hochbauamts Kanton Basel-Stadt, 2009. (Fachexperte Tragwerk + Beratung im Vor- und Bauprojekt)
• "Entwicklung von innovativen Schalsystemen", Erne AG, 2008. (Simulationsstudie)
• "Schwingungsanalyse Eingangstreppe der Gewerbeschule Muttenz", Rapp Infra AG, 2008. (Experimentelle Untersuchung und Bewertung)
• Neubau "Roche Bau 1 Basel", F. Hoffmann-La Roche AG, 2008-2010. (Beratung zum Lastfall kurzzeitdynamischer Einwirkungen)