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Die Einführung des EC 7 Teil 1 Die Einführung des EC 7, Teil 1 ÖNORM EN 1997-1 ÖNORM B 1997-1-1

VERANKERUNGEN

K. Breit, L. Martak, M. Suppan

2009-06-04

Verankerungen

Verankerungen von

Bauwerkswänden,

Bauwerkssohlen,

Böschungen,

Zuggliedern, etc.

2

2

Verankerungen

Um das gängige Sicherheitsniveau nicht zuunterschreiten werden

geeignete Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen γE(Beanspruchungen γG , γQ ) und Widerstände γR (γa)

Einwirkungen (Beanspruchungen) in Abhängigkeit der Bemessungssituationen BS1, BS2 und BS3 definiert

Widerstände in Abhängigkeit der Schadensfolgeklassen CC1, CC2 und CC3 festgelegt

Anpassungswerte η (Abhängig von Schadensfolgeklassen CC1 bis CC3)siehe Tabelle 12 des NAD als Faktor des Bemessungswertes des Materialwiderstandes des Zuggliedes eingeführt

3

Verankerungen

derzeit gültig:– ÖNORM EN 1537 Verpressanker – ÖNORM EN 1537 Verpressanker

oft verwendet:– ÖNORM B 4455 „Vorgespannte Anker für Festgestein und

Lockergestein“

neu:– ÖNORM EN 1997-1 und ÖNORM B 1997-1-1

zusätzlich:– ÖNORM prEN ISO 22477-5 „Geotechnische Erkundungen-

Prüfungen von Geotechnischen Bauwerken und Bauwerksteilen-Teil 5: Ankerprüfungen“

4

3

Nachweisführung der Grenzzustände GEO und STR gemäß ÖNORM B 1997-1-1:2007

Verankerungen

5

Verankerungen EBoden,m mittlerer Steifemodulltf ÷ l freie Stahllänge ÷ Stauchungslänge

des Bodens

Verankerungen

des BodensP0 ≥ h · γW - σBeton Festlegekrafth Anstieg des

BerechnungswasserstandesγW Wichte des GWσBeton Vertikalbelastung der BodenplattePp = 1,25 · Pk PrüfkraftPk charakteristischer Wert der

AnkerbelastungpW Porenwasserdruck

6

4

Verankerungen Lastfall 1Lastfall 1

Verankerungen

OPoBetonvtotalLT +Σ+=σσ 1

weffvtotal p+′= σσ

7

Lastfall 2 Lastfall 2

Verankerungen

weffv ptotal

+′= σσ( ) 12 vtotalLTwwoBetonvtotalLT hhP σγγσσ ≡∗+∗−Σ+=

Die Festlegekraft PDie Festlegekraft Poo ändert sich ändert sich

nicht, solange der Auftrieb nicht, solange der Auftrieb

NICHT die Größe von h*NICHT die Größe von h*γγw w

überschreitetüberschreitet

8

5

Verankerungen

Bild 2 der ÖNORM B 4455

Ausgabe August 1992

9

Ostermayer, H.:

Verankerungen

y ,1974:

Conference on Diaphragm Walls and Anchorages, London

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6

ÖNORM B 4455, Ausgabe August 1992bodenphysikalische Randbedingungen

Verankerungen

p y g gRichtlinien für den Entwurf, Punkt 6.8 der Einbau von Dauerankern ohne besondere Maßnahmen ist nicht gestattet

(1)wenn bestimmte Bodenverhältnisse im Bereich des Verpresskörpers vorliegen:

• organische Böden

• bindige (feinstkörnige) Böden mit einer Konsistenzzahl Ic < 0.90

• bindige (feinstkörnige) Böden mit einer Fliesgrenze wl > 50% und

• lockere Sande (mit einer auf den Porenanteil bezogenen Lagerungsdichte D < 0.30)

(2)wenn Wasser (Grundwasser) oder Böden anstehen, die Beton „stark“ oder „sehr

stark“ angreifen (siehe ÖNORM EN 1008)11

Vornorm zum Eurocode 7/1, die ENV 1997-1:1996 Abschnitt 8.8.3 „Konstruktive Gesichtspunkte“,

Verankerungen

(3) die folgenden Kriterien werden als Richtwerte angesehen, bei derenÜberschreitung besondere Vorkehrungengegen Wasseraggressivität am Beton und am erhärtenden Zementmörtel notwendig sind:

pH-Wert weniger als 5.5

Kohlensäure CO2 mehr als 40 mg/lKohlensäure CO2 mehr als 40 mg/l

Ammonium NH4 mehr als 30 mg/l

Magnesium mehr als 1000 mg/l

Sulphat SO4 mehr als 200 mg/l

Härte (dH) weniger als 30 mg CaO/l 12

7

ÖNORM EN 1537:2000-09-01; Abschnitt D Bemessung von Verpresskörpern (informativ) D.5.1 Ankerbeiwert γq : 0,8 ≤ γq ≤ 1,1

Verankerungen

Beanspruchung des Untergrundes vorwiegend in Ankerachse

Ankersicherung:

die Anker sind durch

Zug beansprucht

Erd- und Wasserdruck:

Anker sind vorwiegend durch

Zug beansprucht

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ÖNORM EN 1537:2000-09-01; Abschnitt D Bemessung von Verpresskörpern (informativ) D.5.1 Ankerbeiwert γq : 0,8 ≤ γq ≤ 1,1

Verankerungen

Untergrund wird in Ankerachse und seitlich dazu beansprucht

Geländebruch:

die Verschiebung erfolgt ±rechtwinkelig zur Ankerachse

Hang-/Felssicherung:

die Verschiebung erfolgt sehr schiefzur Ankerachse

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8

Verankerungen

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Verankerungen

Bemessung nach B 1997-1-1, EN 1997-1e essu g ac 99 , 99

• Verfahren 2 gemäß ÖNORM EN 1997-1:2006

• Bemessungssituationen : BS1, BS2, BS3

» BS1 : alle Einwirkungen aus normalem Betrieb, ständige Lasten, regelm. NL + Verkehrslasten,g , g ,also Schnee, Grundwasser, Wind

» BS2 : zeitl. begrenzte Zustände, z.B. Bauzustände» BS3 : Außergewöhnliche Situationen

Brand, Explosion, Erdbeben etc.

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9

Verankerungen

Bemessung nach B 1997-1-1, EN 1997-1Bemessung nach B 1997 1 1, EN 1997 1

• Schadensfolgeklasse CC1, CC2, CC3

» CC1 : keine Gefährdung für Mensch, geringe FolgenGebäude untergeord. Bedeutung

» CC2 : Gefährdung von Menschenleben,Hangsicherungen im Verkehrswegebau

» CC3 : Gefährdung vieler MenschenStaudämme, Infrastruktur hoher Bedeutung

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Teilsicherheitsbeiwerte für Beanspruchungen (γE)

WertSymbol Beanspruchung

Verankerungen

Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände vorgespannter Anker gegen Herausziehen für alle Bemessungssituationen (γR)

BS 1 BS 2 BS 3

ungünstig γG 1,35 1,20 1,00

günstig γG 1,00 1,00 1,00

ungünstig γQ 1,50 1,30 1,00

günstig γQ 0 0 0

ständig

veränderlich

yp g

Modellfaktor ηCC 1 CC 2 CC 3

γa;t 1,05 1,25 1,40

γa;p 1,05 1,25 1,40Daueranker

WertSymbol Widerstand

Kurzzeitanker

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10

Modellfaktor

Verankerungen

Modellfaktor η

CC 1 CC 2 CC 3

η 1,00 1,10 1,20

η 1,00 1,10 1,20Daueranker

WertSymbol Modellfaktor

Kurzzeitanker

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Verankerungen

– Erforderliche Nachweise

• Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit

• Nachweis für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

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11

Verankerungen

STR: Inneres Versagen oder große Verformungen von Bauteilen, wobei die Festigkeiten der Baustoffe für den Widerstand entscheidend sind

GEO: Versagen oder große Verformungen des Baugrunds, wobei dessen Festigkeit für den Widerstand entscheidend ist

Nachweis

Ed ≤ Rd

it

Nachweisverfahren 2

Ed = γE · E {Frep; Xk; ad }

Rd = R {Frep; Xk; ad }/γR

mit

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Verankerungen

– Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit

1. Errechnung des Bemessungswertes der Ankerkraft

2. Dimensionierung des Verpresskörpers

3 Dimensionierung des Stahlzuggliedes3. Dimensionierung des Stahlzuggliedes

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12

– Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit

Verankerungen

g g

1. Errechnung des Bemessungswertes der Ankerkraft Pd

Pd wird unter Verwendung der Teilsicherheitsbeiwerte und Variation der Bemessungssituationen ermittelt

Maßgebend ist jene Kombination, die ein maximales Pd = f(BS1,BS2,BS3) ergibt

Zusätzlich ist aus dem statischen Modell die minimal erforderliche freie Stahllänge zu ermitteln

→ Pd, ltf

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2. Dimensionierung des Verpresskörpers

Verankerungen

Ekd PP γ⋅=

a

ka;

γR

Ra;d =

Pd ≤ Ra;dPk charakteristischer Wert der Ankerbelastung

Pd Bemessungswert der Ankerbelastung

Ra;k charakteristischer Herauszieh-Widerstand

Ra;d Bemessungswert des Herauszieh-Widerstandes

γE Teilsicherheitsbeiwert für Beanspruchungen

T il i h h it b i t fü Wid tä dγa Teilsicherheitsbeiwert für Widerstände vorgespannter Anker gegen Herausziehen

→ Ra,d→ LFixed kann gewählt werden

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3. Dimensionierung des Stahlzuggliedes

Verankerungen

Ra;d ≤ Rt;d (ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.3)

Pd ≤ Ra;d ≤ Rt;d

R f A (1/ )

Aa;erf erforderliche Querschnittsfläche des Ankerzuggliedes

fpd Bemessungswert der Stahlspannung

fp0,1k Spannung bei 0,1%-Dehngrenze des St hl li dRt;d = fpd · Aa,erf · (1/η)

fpd = fp0,1k/γs

Stahlzuggliedes

γs Teilsicherheitsbeiwert des Stahlzuggliedes (γs=1,15 gemäß ÖNORM B 1992-1-1)

η Faktor in Abhängigkeit von den Schadensfolgeklassen

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– Nachweis der Gebrauchstauglichkeit

Verankerungen

• Die Gebrauchstauglichkeit eines JEDEN Ankers ist zumindest mit der Abnahmeprüfung nachzuweisen.

• Prüfkräfte entsprechend Kapitel 4.6.1 ÖNORM B 1997-1-1:2007, die Durchführung der Prüfung selbst erfolgt gemäß ÖNORM EN 1537ÖNORM EN 1537.

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• Prinzipiell 3 Arten von Ankerprüfungen

Verankerungen

p p g

– Untersuchungsprüfungen

– Eignungsprüfungen

– Abnahmeprüfungenp g

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Verankerungen

• Untersuchungsprüfungen

– Nur bei ausgewählten Bauprojekten

– Als Ergebnis erhält man den maximalen Herauszieh-Widerstand

Nachteil : Anker können nicht als Bauwerksanker – Nachteil : Anker können nicht als Bauwerksanker verwendet werden und großer Zeitbedarf

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• Eignungsprüfung

Verankerungen

– In Österreich gängige Praxis, die für die statischen Berechnungen zu Grunde gelegten Annahmen hinsichtlich des Herausziehwiderstandes mittels Eignungsprüfung zu überprüfen.

– Anzahl : 3 Anker pro Baustelle

– Prüfkraft BS1, BS2 Pp = 1,25 Pk

BS3 Pp = 0.90 Pd

– Durchführung und Prüfintervalle gemäß ÖNORM EN 1537

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Verankerungen

– Nachweis der Gebrauchstauglichkeit

• Abnahmenprüfung

– An JEDEM Anker

– Prüfkräfte analog Eignungsprüfungen

BS1, BS2 Pp = 1,25 Pk

BS3 Pp = 0.90 Pd

– Durchführung und Prüfintervalle gemäß ÖNORM EN 1537

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Beispiel 1Schadensfolgeklasse CC 2

Beispiel 1

Bodenart:schluffiger Sand, dicht gelagert

Ankerbelastung Bemessungssituation 1 (ständige BS)

Bemessungsituation 2 (vorübergehende BS)

Ständige Ankerbelastung PG,k [kN] 300 300

Veränderliche Ankerbelastung PQ,k [kN] 10031

1. Ermittlung des Bemessungswertes der Ankerbelastung Pd

Gesucht ?

2. Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit

- Dimensionierung des Verpresskörpers

- Dimensionierung des Stahlzuggliedes

3. Ermittlung der Prüfkraft Pp für die Eignungs- und Abnahmeprüfung

4. Nachweis für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

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Bemessungswert der Ankerbelastung Pd

Bemessungssituation 1

fü ( ) Ö OTeilsicherheitsbeiwerte für Beanspruchungen (γE): ÖNORM B 1997-1-1, Tabelle 9ständig ungünstig: BS 1 γG = 1,35

Pd = PG,k·γG

Pd = 300·1,35 = 405,00 kN

Bemessungssituation 2

Teilsicherheitsbeiwerte für Beanspruchungen (γE): ÖNORM B 1997-1-1, Tabelle 9ständig ungünstig: BS 2 γG = 1,20veränderlich ungünstig: BS 2 γQ = 1,30

Pd = PG,k·γG + PQ,k·γQ

Pd = 300·1,20 + 100·1,30 = 490,00 kN33

St hlb t

Grenzzustand der Tragfähigkeit –Dimensionierung des Verpresskörpers

Stahlbeton b/l = 2,0/2,0 m

Litzenanker

2,00

0,80

t = ?

t = LFree + LFixed

LFree = 0,80 + 4,00 = 4,80 mLFree freie AnkerlängeLFixed Krafteintragunglänge

34

18

Bemessungswert des Herauszieh-Widerstandes:


a

ka;RγRa;d =

Pd ≤ Ra;d

a

k;ad

RP

γ≤ (ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.2)

(ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.1)

Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände vorgespannter Anker gegen Herausziehen (γR) für alle Bemessungssituationen:Tabelle 11, ÖNORM B 1997-1-1: Daueranker, CC 2: γa = 1,25

kN 50,612R25,1

RkN 490 k,a

k;a ≥→≤

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Herauszieh-Widerstand (Untersuchungsprüfung)

Gemessene Kraft-Verschiebungslinien aus der Untersuchungsprüfung

kopf

vers

chie

bung

[mm

]An

kerk

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Herauszieh-Widerstand (Ostermayer)

Ra,k = 700 kN (Bruch) Bodenart:schluffiger Sand, dicht gelagert

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Herauszieh-Widerstand

Definition Bruch: Kriechmaß 2 mm (ÖNORM EN 1537)

Ra;k = 0,97·700 = 679,00 kNa;k , ,

kN 20,543kN 00,490 <

Pd ≤ Ra;d

Ra;d = kN 20,54325,1

679R

a

ka; ==γ

Ankerlänge t:t = LFree + LFixed = 4,80 + 5,00 = 9,80 m

Ausnutzungsgrad: μ = 90,020,54300,490

RE

d

d ==

38

20

Grenzzustand der Tragfähigkeit –Dimensionierung des Stahlzuggliedes

Ra;d ≤ Rt;d (ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.3); ;


Pk·γE ≤ ≤ Rt;d

Rt;d = fpd · Aa;erf · (1/η)

a

ka;Rγ

fpd = fp0,1k/γs

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Gewählt: Spannstahl-Litze 0,60″ (15,2 mm ∅) , 1″ = 2,54 cmStahlgüte St 1570/1770

Mechanische Eigenschaften

Streckgrenze fyk = 1570 N/mm2

Zugfestigkeit fpk = 1770 N/mm2

0,1%-Dehngrenze fp0,1k = 0,9· fpk = 1593 N/mm2

E-Modul Ep = 195000 N/mm2

Nennquerschnitt Ap = 140 mm2

40

21



Ra;d = 543,20 kN = 543200 N

543,20 kN ≤ Rt;d

Rt;d = fpd · Aa;erf · (1/η)

Ra;d ≤ fpd · Aa;erf · (1/η)

fpd = fp0,1k/γs = 1593/1,15 = 1385 N/mm2

Tabelle 12: Daueranker, CC 2: η = 1,10

543200 N ≤ 1385 N/mm2 · Aa,erf · (1/1,10) → Aa;erf ≥ 431 mm2

→ 4 Spannstahl-Litzen 0,60″ (140 mm2), Stahlgüte St 1570/177041

Prüfkraft für Eignungs- und Abnahmeprüfung

ÖNORM B 1997-1-1: BS 1 und BS 2: Pp = 1,25 · Pk

BS 3 P 0 90 PBS 3: Pp = 0,90 · Pd

Bemessungssituation 2:

PG,k = 300,00 kN

PQ,k = 100,00 kN

Pk = PG,k + PQ,k = 300,00 + 100,00 = 400,00 KN

Pp = 1,25 · Pk = 1,25 · 400,00 kN = 500,00 kN

42

22

Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

ÖNORM B 1997-1-1:

Abnahmeprüfung:

Die Gebrauchstauglichkeit jedes Einzelankers ist mit der

Abnahmeprüfung nachzuweisen.

Pp = 1,25 · Pk = 1,25 · 400,00 kN = 500,00 kN

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Bodenkennwerte (charakteristisch):ϕk = 35°γ = 18 0 kN/m3

Beispiel 2

γk = 18,0 kN/m3

δk = 2/3·ϕkErddruck: 50% Ea, 50% E0

Schadensfolgeklasse CC 2

LastenBemessungssituation 1

(ständige BS)Bemessungsituation 2 (vorübergehende BS)

Ständige Last pk [kN/m²] - -

Veränderliche Last qk,1 [kN/m²] 20 20

Veränderliche Last qk,2 [kN/m²] 30 44

23

1. Ermittlung der Ankerbelastung Pk und Pd

Gesucht?

2. Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit

- Dimensionierung des Verpresskörpers

- Dimensionierung des Stahlzuggliedes

3. Ermittlung der Prüfkraft Pp für die Eignungs- und Abnahmeprüfung

4. Nachweis für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

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Ankerbelastung Pk und Pd

Ankerkraft P [kN/m] BS 1 BS 2

Ankerbelastung pro Meter

Ankerkraft P [kN/m] BS 1 BS 2

charakteristische Ankerkraft Pk 203,47 224,55

Bemessungswert der Ankerkraft Pd 281,22 275,92

Mit einem gewählten Ankerabstand von 2,00 m ergibt sich die Ankerbelastung

Ankerkraft P [kN] BS 1 BS 2

charakteristische Ankerkraft Pk 406,94 449,10

Bemessungswert der Ankerkraft Pd 562,44 551,84

46

24


Bemessungswert des Herauszieh-Widerstandes:

Pd ≤ R d (ÖNORM EN 1997-1 Gl 8 1)

a

ka;RγRa;d =

Pd ≤ Ra;d

a

k;ad

RP

γ≤

Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände vorgespannter Anker gegen

(ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.2)

(ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.1)

kN 05,703R25,1

RkN 44,562 k,a

k;a ≥→≤

Herausziehen (γR) für alle Bemessungssituationen:Tabelle 11, ÖNORM B 1997-1-1: Daueranker, CC2: γa = 1,25

47

Herauszieh-Widerstand

Nachweis:

kN 00,780kN 44,562 <

Pd ≤ Ra;d

Nachweis:

Ausnutzungsgrad: μ = 72,000,78044,562

RE

d

d ==Ra;d =

Ra,k = 975 kN (Bruch)

kN 00,78025,1

975R

a

ka; ==γ

48

25


Ra;d ≤ Rt;d (ÖNORM EN 1997-1, Gl. 8.3); ;


Pk·γE ≤ ≤ Rt;d

Rt;d = fpd · Aa,erf · (1/η)

a

ka;Rγ

fpd = fp0,1k/γs

49


Gewählt: Spannstahl-Litze 0,60″ (15,2 mm ∅) , 1″ = 2,54 cmStahlgüte St 1570/1770

Mechanische Eigenschaften

Streckgrenze fyk = 1570 N/mm2

Zugfestigkeit fpk = 1770 N/mm2

0,1%-Dehngrenze fp0,1k = 0,9· fpk = 1593 N/mm2

E-Modul Ep = 195000 N/mm2

Nennquerschnitt Ap = 140 mm2

50

26



Ra;d = 780 kN = 780000 Na;d 80 80000

780 kN ≤ Rt;d

Rt;d = fpd · Aa,erf · (1/η)

Ra;d ≤ fpd · Aa,erf · (1/η)

fpd = fp0,1k/γs = 1593/1,15 = 1385 N/mm2

Tabelle 12: Daueranker, CC 2: η = 1,10

780000 N ≤ 1385 N/mm2 · Aa,erf · (1/1,10) → Aa,erf ≥ 619 mm2

→ 5 Spannstahl-Litzen 0,60″ (140 mm2), Stahlgüte St 1570/177051

Länge des Verpressankers: Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge

Bruch in der tiefen Gleitfuge nach Kranz (Bild EB 44 1)Bruch in der tiefen Gleitfuge nach Kranz (Bild EB 44-1)

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27

Länge des Verpressankers: Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfugemaximaler charakteristischer Ankerwiderstandes Ra,k

Nachweis:

Pd ≤ Ra,d Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände von Stützbauwerken (γR):ÖNORM B 1997-1-1, Tabelle 11Erdwiderstand BS 1: γR;e = 1,40

e;R

k,ad,a

RR

γ=

53

Prüfkraft für Eignungs- und Abnahmeprüfung

ÖNORM B 1997-1-1: BS 1 und BS 2: Pp = 1,25 · Pk

BS 3: Pp = 0,90 · Pd

Bemessungssituation 2:

Pk = 449,10 KN

P = 1 25 · Pk = 1 25 · 449 10 kN = 561 38 kNPp 1,25 Pk 1,25 449,10 kN 561,38 kN

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28

Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

ÖNORM B 1997-1-1:

Abnahmeprüfung:

Die Gebrauchstauglichkeit jedes Einzelankers ist mit der

Abnahmeprüfung nachzuweisen.

Pp = 1,25 · Pk = 1,25 · 449,10 kN = 561,38 kN

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