Bemessungsmodell für Kopfbolzen als Verbundmittel unter zusätzlicher Zugbeanspruchung

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Kopfbolzen werden als Verbundmittel in der Verbundfuge zwischen Stahl und Beton primär auf Schub beansprucht. Folglich wurde zunächst in den Bemessungsregeln eine Zugbeanspruchung der Kopfbolzen nicht explizit berücksichtigt. Im Fall von Konstruktionen mit randnahen Kopfbolzen, wie z. B. im Verbundbrückenbau, werden die Kopfbolzen u. U. zusätzlich auf Zug beansprucht. Für randnahe Kopfbolzen wird in aktuellen Bemessungsregeln ein durch eine Zugbeanspruchung verursachtes mögliches Versagen durch Herausziehen durch Vorgabe von verschiedenen geometrischen Randbedingungen verhindert, sodass rechnerisch teilweise sehr lange Kopfbolzen erforderlich sind, was zu unwirtschaftlichen oder nicht praktikablen Einbindelängen der Kopfbolzen führt. Da inzwischen für die Regelungen der Befestigungstechnik mit DIN EN 1992-4 eine eigene europäische Norm existiert, bezieht sich der kommende Eurocode 4 bei der Bemessung zugbeanspruchter Kopfbolzen in Verbundträgern darauf. Die Befestigungstechnik erlaubt eine direkte Bemessung der Kopfbolzen unter Zugbeanspruchung für verschiedene Versagensarten unter Berücksichtigung des Einflusses der Bewehrung und der Betonfestigkeit. Dieser Idee folgend, wird in diesem Beitrag ein Bemessungsmodell für Kopfbolzen im Verbundbau unter Schub- und zusätzlicher Zugbeanspruchung auf Grundlage von experimentellen und numerischen Untersuchungen unter Einbeziehung neuerer Entwicklungen in der Befestigungstechnik vorgestellt.

Design model for headed studs as shear connectors under additional tensile loading
Headed studs are primarily subjected to shear when used as shear connectors in usual steel-concrete composite structures. Consequently, initial design rules for shear connectors in composite structures did not address tensile forces directly. In case of horizontally lying headed studs embedded in a thin concrete slab such as in composite bridges, the headed studs may be subjected to tensile forces. For horizontally lying studs, current design rules consider a possible failure caused by a tensile load due to pull-out by specifying geometric boundary conditions. As a consequence, relatively long shear connectors are required, which lead to uneconomical or impractical embedment lengths of the shear connectors. As meanwhile European code rules for fasteners under shear and tension (EN 1992-4) have been developed, the upcoming Eurocode 4 refers to them for the design of shear connectors under combined tension and shear in composite structures. The fastening technology allows a direct design for tensile loading for different failure mechanisms, considering the influence of the reinforcement and concrete strength. Following this idea, this paper presents a design model for shear connectors in steel-concrete composite structures under additional tensile loading based on experimental and numerical investigations considering recent developments in fastening technology.