Validierungsstudien zur Stahlbeton-Ertüchtigung

Dieser Artikel fasst die Validierungsstudien des Moduls zur Stahlbeton-Ertüchtigung und deren Ergebnisse zusammen. Die Formeln wurden mit einer unabhängigen Implementierung und Handrechnungen verglichen, ihre Auswirkungen wurden anhand von Analyseergebnissen an Beispiel-Stahlbetongebäuden (Varianten mit Rahmen, mit Wandscheiben und mit Ausfachungswänden) verfolgt.

1. Unveränderte Ergebnisse bei deaktivierter Ertüchtigung

tipp

Selbst wenn Ertüchtigungsdaten definiert sind, wurden bei deaktivierter Hauptoption die Ergebnisse der Leistungsbewertung aller Bauteile des Beispielgebäudes Zeile für Zeile mit den Ergebnissen vor der Einführung des Ertüchtigungsmoduls verglichen, und es wurde keine Abweichung festgestellt. Dieser Vergleich wird bei jeder Edition wiederholt.

2. Formeln nach ANHANG 15B und LP-Kette

Validierung	Methode	Ergebnis
κa, εf, ρf, fl, fcc, εcc (durchgehende und streifenweise Umwicklung, Kreis, Ellipse, einschließlich Überschreitung des Seitenverhältnisses, 7 Fälle)	Vergleich mit unabhängiger Implementierung	Größte relative Abweichung 3,3·10⁻¹³ %
Vf (durchgehend, streifenweise, einschließlich Fall mit nicht erfüllter Streifenabstandsbedingung, 5 Fälle)	Vergleich mit unabhängiger Implementierung	1,7·10⁻¹³ %
Vf in der Analysekette	LP an 12 Stützen und 17 Trägern	Querkraftbeitrag des Trägers stimmt exakt mit dem Wert im Einheitentest überein (281,0 kN)
Querschnittswirkung	LP an 12 Stützen des 1. Geschosses	Nur die Ergebnisse dieser Stützen änderten sich; Krümmungstragfähigkeit +3,6 % (erwartete Wirkung der Idealisierung nach ANHANG 15B)
Übergreifungslänge (15B.9–15B.11)	Handrechnung	Erforderliche LP-Dicke und Zwischengrößen stimmen exakt überein; ist der vorhandene Bügel ausreichend, ist die erforderliche Dicke null

3. Stützenmantel, Stahl- und Stahlbeton-Umschnürung, außen angebrachte Bügel

Validierung	Ergebnis
Steifigkeit: 10 cm Mantel auf 4 Seiten an 12 Stützen des 1. Geschosses	Erste Periode 0,3252 → 0,2811 s; beim Deaktivieren der Option kehrt sie exakt zurück
Tragfähigkeit: dieselben Stützen	Bei ummantelten Stützen beträgt das Verhältnis der Fließmomente höchstens 1,34 (50×50 → 70×70 cm, mit Faktor 0,9)
Längsbewehrung des Mantels: 8Ø16	Stabanordnung und Flächen stimmen mit der Handrechnung überein; Verhältnis der Fließmomente der Stütze (mit/ohne Bewehrung) im Mittel 1,36; die U-, L- und Einzelkanten-Anordnung bei Mänteln auf 3, 2 und 1 Seite wurde von Hand bestätigt
Mantelmodelle (Verbund, Normbuchstabe, Nur Mantel; 8 Fälle)	Umgerechnete Querschnittseigenschaften stimmen mit der unabhängigen Berechnung bei einer relativen Abweichung ≤ 4·10⁻¹⁵ überein; Kontrollen per Handrechnung konsistent. Reihenfolge von Periode und Tragfähigkeit wie erwartet
Bügel des Mantels	Querkraftbeitrag stimmt mit der Handrechnung überein (Ø10/100, 2-schnittig: 435,4 kN, mit Faktor 0,9)
Einseitiger Mantel	Beim asymmetrischen Querschnitt werden die ± Tragfähigkeiten getrennt berechnet und der kleinere Wert angesetzt; beim Mantel auf 4 Seiten stimmen die Ergebnisse mit dem symmetrischen Fall überein
Stahlummantelung (Vj) und außen angebrachte Bügel (Vw)	Berechnete Werte stimmen mit der Formel überein; Vj stimmt exakt mit dem Wert in der Fensterzusammenfassung überein
Stahlbeton-Umschnürung	Querkrafttragfähigkeit ×0,9; Biegung und Steifigkeit ändern sich nicht

4. Neue Ertüchtigungs-Wandscheibe

Im Beispielgebäude mit Wandscheiben wurde eine Wandscheibe als „neue Ertüchtigungs-Wandscheibe“ gekennzeichnet:

Lauf	Perioden	Wandscheibe
Nicht gekennzeichnet (normale Wandscheibe)	T1 = 0,3175 s	Normale Wandscheibe
Gekennzeichnet, Option deaktiviert	T1 = 0,4087 s	Im Modell vor der Ertüchtigung nicht vorhanden
Gekennzeichnet, Option aktiviert	Exakt wie im nicht gekennzeichneten Lauf	Verankerungsbeanspruchung q = 332,4 N/mm, Tragfähigkeit qr = 367,2 N/mm, Verhältnis 0,905

tipp

Anhand der Massenaufstellungen wurde bestätigt, dass bei deaktivierter Option das Eigengewicht der Wandscheibe vom Geschossgewicht, vom Gebäudegewicht und von den Massen der finiten Elemente abgezogen wird und dass die auf der Wandscheibe aufliegende Deckenlast unter Erhalt der Gesamtsumme auf die benachbarten Auflager verteilt wird. Die Verankerungswerte stimmen mit der Handrechnung überein.

5. Ertüchtigung von Ausfachungswänden (ANHANG 15C)

In der Variante des Gebäudes mit Wandscheiben wurde eine Wand in eine Ausfachungswand umgewandelt (654 × 260 cm netto, 24 cm dick, Stützen 50×50), und es wurden zwei Verfahren berechnet:

Lauf	Programm	Handrechnung
Putz mit Stahlmattenbewehrung (30 mm, 2 Seiten)	ad = 911,2 mm; kd = 77 678,6 kN/m; Vd = 1294,9 kN	ad = 911 mm; kd = 77,66 MN/m; Vd = min(1825; 1295) = 1295 kN
LP-Diagonalstreifen	ad = 931,7 mm; kt = 1627,5 kN/m; Tf = 34,4 kN; Vd = 313,9 kN	kt = 1627,5 kN/m; Tf = 34,4 kN; Vd = 313,9 kN
Putz mit Stahlmattenbewehrung, Option deaktiviert	Ergebnisse exakt wie beim Gebäude ohne Ertüchtigung	—

info

Bei der Pushover-Analyse wurde die einseitige Stabanordnung mit der symmetrischen Paaranordnung verglichen: gleiche Anzahl von Ereignissen und eine Abweichung der Basisquerkraft von weniger als 0,01 % (die gesamte horizontale Steifigkeit ist gleich; der Unterschied liegt nur in der Verteilung der Stabkräfte). Die Ereignisse, bei denen die Diagonalstäbe ihre Tragfähigkeit erreichen, wurden per Handrechnung bestätigt: Die Druckstrebe wurde bei N = Vd / cos θ, das LP-Zugband bei T = Tf aus dem Modell entfernt.

In einem Testmodell mit Eingaben, die die Normbedingungen nicht erfüllen (kleiner Eckradius, dünne Umschnürung, kurze Übergreifung, unzureichende Verankerung, dünner Putz und hoher Öffnungsanteil), erschienen die erwarteten Fehler- und Warnzeilen ohne Wiederholungen in der Projektprüfliste.

6. Vergleich vorher / nachher

Am Beispielgebäude wurde zunächst bei deaktivierter Option (vorher) analysiert, anschließend nach Anbringen eines Mantels an 12 Stützen bei aktivierter Option (nachher). Der Vergleichsblock hat das Gebäudeniveau, die Kriterienprozentsätze, die 12 ertüchtigten Bauteile und die Schadensverteilung korrekt ausgewiesen. Zwischen dem Ausführen beider Läufe nacheinander in derselben Sitzung und dem getrennten Ausführen wurde kein Unterschied bei Schaden, Versagensart und Gebäudeniveau gefunden.

7. Oberfläche und Speicherung

• Die Registerkarte Ertüchtigung in den drei Eigenschaftenfenstern wurde hinsichtlich Mehrfachauswahl, Aktivierung der Optionen je nach Bauteiltyp und der Zustände mit verbliebenen Werten des vorherigen Bauteils geprüft.
• Die Ertüchtigungsdaten wurden sowohl im Text- als auch im Binärprojektformat gespeichert, erneut geöffnet und exakt gleich gelesen. Alte Projektdateien werden ohne Ertüchtigung geöffnet.

hinweis

Grundsätzlich müssen alle mit der Software erzeugten Ergebnisse vom verantwortlichen Ingenieur kontrolliert werden.