Modelle für das nichtlineare Verformungsverhalten von Verbunddübelleisten mit Ausstanzversagen

Bei der Bemessung von Verbundkonstruktionen ist neben der Schubtragfähigkeit das duktile Verformungsverhalten der Verbundmittel von entscheidender Bedeutung. Eurocode 4 lässt für Verbundträger eine Teilverdübelung und eine äquidistante Verbundmittelanordnung lediglich bei Verwendung duktiler Verbundmittel mit einem Verformungsvermögen von mindestens 6 mm zu. Für Verbunddübelleisten sind bisher keine Berechnungsansätze zur Beschreibung des nichtlinearen Verformungsverhaltens vorhanden, so dass grundsätzlich zeit- und kostenintensive Abscherversuche zur Charakterisierung benötigt werden. Im vorliegenden Beitrag werden daher Modelle für die Berechnung des Verformungsvermögens und die Beschreibung der Schubkraft-Schlupfbeziehung von Verbunddübelleisten vorgeschlagen, in die die mechanischen Kenngrößen Schubtragfähigkeit und elastische Dübelsteifigkeit einfließen. Die Modelle werden anhand einer umfassenden Versuchsdatenbank von in der Literatur dokumentierten Schubkraft-Schlupfbeziehungen kalibriert und validiert. Sie ermöglichen das nichtlineare Verformungsverhalten von Verbunddübelleisten mit Puzzle- oder Klothoidenform unabhängig von experimentellen Untersuchungen vorherzusagen und ihre Duktilität zu bewerten. Anhand der Modelle werden die in der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung für Verbunddübelleisten angegebenen Konstruktionsregeln zur Sicherstellung eines duktilen Verformungsverhaltens systematisch überprüft und angepasst.

Models for the nonlinear deformation behavior of composite dowels with pry-out failure.
When dimensioning steel and concrete composite structures, both the shear connectors' strength and their ductile deformation behavior have crucial impact. According to Eurocode 4, the use of ductile shear connectors (deformability > 6 mm) is the prerequisite for the design of composite beams with partial shear connection and for equidistant arrangement of the shear connectors. However, approaches for describing the non-linear deformation behavior of composite dowels are lacking, so far. Consequently, today still expensive and time-consuming shear tests are required to characterize the load-slip behavior of composite dowels. Therefore, the present paper proposes models for the calculation of the deformation capacity and the description of the shear force-slip relationship, considering the composite dowels' shear capacity and elastic connector stiffness. The models are calibrated and validated by means of a comprehensive test database of shear force-slip relationships documented in the literature. They allow to predict the nonlinear deformation behavior and to evaluate the ductility of composite dowel connectors with puzzle or clothoid shape independently of experimental investigations. Using the developed models, the design rules to ensure a ductile deformation behavior given in the technical approval for composite dowels are systematically checked and adapted.