Zum Verbundverhalten ausbetonierter Hohlprofilstützen mit massivem Stahlkern unter erhöhten Temperaturen

Frau Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann zur Vollendung ihres 60. Lebensjahres gewidmet
In diesem Beitrag werden experimentelle Untersuchungen zum Verbundverhalten von ausbetonierten Hohlprofilstützen mit massivem Stahlkern beschrieben. Da der innen liegende Stahlkern bei diesem Stützentyp den wesentlichen Anteil des Lastabtrags übernimmt, ist die Lasteinleitung und -verteilung von besonderer Bedeutung für die konstruktive Durchbildung der Stütze. Dabei ist es erstrebenswert, einen Teil der Lasten über die Verbundwirkung zwischen Baustahl und Beton zu übertragen und nur möglichst wenige mechanische Verbundmittel anzuordnen. Derzeit sind jedoch in Ermangelung einer experimentellen Datenbasis weder für Raumtemperaturbedingungen noch erhöhte Temperaturen Bemessungswerte der Verbundfestigkeit normativ erfasst. Die im Folgenden beschriebenen Untersuchungen können als Basis für die Entwicklung entsprechender Bemessungsvorschläge dienen. Es werden drei Serien von Push-out-Versuchen sowohl unter Raumtemperaturbedingungen als auch erhöhten Temperaturen hinsichtlich der gemessenen Verbundfestigkeit, der Reibfestigkeit sowie des Kurvenverlaufs der Verbundspannung-Relativverschiebungskurven analysiert. Die Parameter der Versuchsreihen umfassen dabei den Stahlkerndurchmesser sowie die Betondeckung. Die Versuchsergebnisse offenbaren einerseits für Raumtemperaturbedingungen eine deutlich höhere Verbundfestigkeit als Daten von anderen Verbundstützentypen. Andererseits zeigt sich eine signifikante Reduktion der Verbund- und Reibfestigkeit bei erhöhten Temperaturen. Dabei dominiert die temperaturabhängige thermische Ausdehnung der Baustoffe das resultierende Verbundverhalten. Dieser Effekt ist in der Bemessung für den Brandfall zu berücksichtigen.

Investigations on the composite behaviour of concrete-filled tubular columns with massive steel core at high temperatures.
This paper deals with experimental investigations concerning the composite behaviour of concrete-filled tubular columns with embedded massive steel core. As the inner profile provides the main load-bearing capacity, the load introduction and transfer is of particular interest for the structural detailing of such columns. It is desirable to transfer part of the load via composite action between steel and concrete instead of applying mechanical shear connectors. Due to a lack of experimental data, currently, no specific design regulations regarding the shear strength are available - neither for room temperature nor fire design. The presented investigations provide a basis for design recommendations on reliable shear stresses. Three series of push-out tests at room temperature and high temperatures are analysed in terms of ultimate shear strength, bond strength and shear strength-displacement-curve shape. The test parameters involve the steel core diameter and concrete cover. On the one hand, the test data reveal higher bond strength at room temperature conditions than observed for other composite column types. On the other hand, a distinctive reduction in both ultimate shear and bond strength for high temperatures was observed. Thereby, the thermal elongation has a mayor influence on the resulting composite behaviour. These effects need to be considered in the design for fire situations.