Befestigungen im Beton nach DIN EN 1992-4 · Technischen Produktspezifikation angegeben sein...

Befestigungen im Beton nach DIN EN 1992-4Dr.-Ing. Jochen Buhler

Adolf Würth GmbH & Co. KG

© Adolf Würth GmbH & Co. KG, Künzelsau, 04.04.20192 Dr.-Ing. Jochen Buhler - Befestigungen im Beton nach DIN EN 1992-4

ETAG 001, Anhang CETAG … European Technical Approval Guideline / Richtlinie für die Europäisch technische Zulassungen

1997


Concrete Capacity -Verfahren

© Adolf Würth GmbH & Co. KG, Künzelsau,

Bemessungsverfahren für Dübel in BetonHistorischer Überblick: Mechanische Dübel

04.04.20194 Dr.-Ing. Jochen Buhler - Befestigungen im Beton nach DIN EN 1992-4

1998 1999 2000 20172001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 20161997 2018 2019 2020

ETAG 001, Anh. C

1. Ergänzung

2. Ergänzung

3. Ergänzung


Versagensart: HerausziehenMechanische Dübel und VerbunddübeL



Bemessungsverfahren für Dübel in BetonHistorischer Überblick: VerbunddübeL


TR 029

1. Ergänzung

ETAG 001, Anh. C

1. Ergänzung

2. Ergänzung

3. Ergänzung

1998 1999 2000 20172001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 20161997 2018 2019 2020


Bemessungsverfahren für Dübel in BetonHistorischer Überblick: Aussergew. EInwirkungen


TR 029

1. Ergänzung

ETAG 001, Anh. C

1. Ergänzung

2. Ergänzung

3. Ergänzung

1998 1999 2000 20172001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 20161997 2018 2019 2020

TR 020: Brand




TR 029

1. Ergänzung

ETAG 001, Anh. C

1. Ergänzung

2. Ergänzung

3. Ergänzung

1998 1999 2000 20172001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 20161997 2018 2019 2020

TR 020: Brand

TR 045: Erdbeben


BauPRL (CPD) wird ersetzt durch BauPVO (CPR)

2013


Richtlinien werden an Mitgliedstaaten gerichtet und sind für diese hinsichtlich des zu erreichenden Ziels verbindlich. Sie müssen durch den jeweiligen Mitgliedsstaat in nationale Gesetze erst noch umgesetzt werden.

Verordnungen haben allgemeine Geltung. Sie sind in allen Teilen verbindlich und gelten unmittelbar in jedem Mitgliedstaat.




TR 029

1. Ergänzung

ETAG 001, Anh. C

1. Ergänzung

2. Ergänzung

3. Ergänzung

CEN/TS 1992 - 4 Reihe

1998 1999 2000 20172001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 20161997 2018 2019 2020

TR 020: Brand

TR 045: Erdbeben




TR 029

1. Ergänzung

ETAG 001, Anh. C

1. Ergänzung

2. Ergänzung

3. Ergänzung

CEN/TS 1992 - 4 Reihe

DIN EN 1992 - 4

1998 1999 2000 20172001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 20161997 2018 2019 2020

TR 020: Brand

TR 045: Erdbeben


Was ist neu?

Gibt es Unterschiede?


DIN EN 1992-4

• Bestandteil der Norm für die Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und

Spannbetontragwerken

• Ist ein Bemessungsverfahren für Befestigungselemente (Verbindung von

tragenden und nichttragenden Bauteilen mit tragenden Bauteilen), die zum Übertragen von

Einwirkungen auf den Beton verwendet werden


Kopfbolzen Ankerschienen

Nachträglich Montierte BefestigungsmittelSpreiz- und Hinterschnitt Dübel

Betonschraube Verbunddübel

Quelle: Erläuterungen zu DIN EN 1992-4 (Entwurf)


DIN EN 1992-4



• Ist ein Bemessungsverfahren für Befestigungselemente (Verbindung von tragenden

und nichttragenden Bauteilen mit tragenden Bauteilen), die zum Übertragen von


• Gilt für sicherheitsrelevante Anwendungen, bei denen das Versagen von

Befestigungselementen in einem völligen oder teilweisen Einsturz des Bauwerks

resultieren kann, Risiken für menschliches Leben verursacht oder zu erheblichem

wirtschaftlichem Schaden führt. Unter diesen Gesichtspunkten behandelt sie auch

nichttragende Bauteile



DIN EN 1992-4Inhalt

1. Anwendungsbereich

2. Normative Verweisungen

3. Begriffe, Symbole und Abkürzungen

4. Grundlagen der Bemessung

Die Entwurfsnutzungsdauer des Befestigungselementes darf nicht geringer sein als die des

Anbauteils. Den Teilsicherheitsbeiwerten für den Widerstand und die Dauerhaftigkeit in dieser

Europäischen Norm liegt eine Bemessungsnutzungsdauer der Befestigung von 50

Jahren für die Befestigung zugrunde.



DIN EN 1992-4Inhalt





5. Dauerhaftigkeit

Die Bedingungen für … gleichen den Expositionsklassen …• Befestigungselemente unter trockenen Innenraumbedingungen: X0 und XC1• Befestigungselemente, die äußeren atmosphärischen oder dauerhaft feuchten Innenraumbedingungen

ausgesetzt sind: XC2, XC3 und XC4• Befestigungselemente mit hoher Korrosionsbeanspruchung durch Chloride und

Schwefel: XD und XS



DIN EN 1992-4Inhalt





5. Dauerhaftigkeit

6. Ableitung der Lasteinwirkungen auf die Befestigungselemente – Berechnung

Im Allgemeinen darf die Verteilung der Lasten auf die einzelnen Befestigungselemente nach der

Elastizitätstheorie erstellt werden, im Grenzzustand der Tragfähigkeit und im Grenzzustand der

Gebrauchstauglichkeit.



DIN EN 1992-4Inhalt



DIN EN 1992-4Inhalt





5. Dauerhaftigkeit

6. Ableitung der Lasteinwirkungen auf die Befestigungselemente – Berechnung

7. Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit

8. Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit Bei Ermüdungsbeanspruchung

9. Nachweis für seismische Beanspruchung

10. Nachweis für den Feuerwiderstand

11. Nachweis für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit



DIN EN 1992-4Zulassungen / Technische Bewertungen

• Die charakteristischen Werte, die für die Bemessung

von Befestigungselementen verwendet werden, müssen

durch die entsprechenden Europäischen

Technischen Produktspezifikationen

bereitgestellt sein. Die Merkmale müssen für

Befestigungselemente unter statischer Beanspruchung

angegeben werden. Für die Bemessung von

Befestigungselementen unter Ermüdungsbeanspruchung

und unter Erdbebeneinwirkungen sind zusätzliche

Merkmale erforderlich.



DIN EN 1992-4Inhalt: Die Anhänge

Anhang A: Zusätzliche Regeln für den Nachweis von Betonbauteilen unter den durch

Befestigungen aufgebrachten Lasten (normativ)

Anhang B: Dauerhaftigkeit (informativ)

Anhang C: Bemessung von Befestigungselementen unter Erdbebeneinwirkungen (normativ)

Anhang D: Brandeinwirkung — Bemessungsverfahren (informativ)

Anhang E: Merkmale für die Bemessung von Befestigungselementen, die in der Europäischen

Technischen Produktspezifikation angegeben sein müssen (normativ)

Anhang F: Annahmen für Bemessungsregeln bezüglich der Ausführung von Befestigungen

(normativ)

Anhang G: Bemessung von nachträglich montierten Befestigungselementen – vereinfachte

Verfahren (normativ)



DIN EN 1992-4Inhalt: Die Anhänge

Anhang F: Annahmen für Bemessungsregeln bezüglich der Ausführung von Befestigungen

1. Löcher werden, senkrecht zur Oberfläche des Betons gebohrt

2. Das Bohren wird unter Berücksichtigung der Montageanweisungen des Herstellers durchgeführt

3. Es werden Hammerbohrer verwendet, die mit ISO-Normen (z. B. ISO 5468) oder Nationalen Normen übereinstimmen

4. Der Durchmesser des Segmentes für das Diamantkernbohren stimmt mit dem vorgeschriebenen Durchmesser überein

5. Löcher sind entsprechend der Montageanweisungen des Herstellers, die typischerweise in der Europäischen

Technischen Produktspezifikation angegeben sind, gereinigt

6. Nicht vollständig gebohrte oder ungenutzte Bohrlöcher sind mit nichtschwindendem Mörtel gefüllt, der eine Festigkeit

besitzt, die mindestens gleich dem Verankerungsgrund und ≥ 40 N/mm2 ist

7. Überprüfung und Abnahme der korrekten Montage der Befestigungselemente wird von einer ausreichend

qualifizierten Person ausgeführt

8. Die Bewehrung in der Nähe des Bohrloches sollte während des Bohrens nicht beschädigt werden



ZUGlasten


DIN EN 1992-4Änderungen gegenüber ETAG und TR

Berechnung des charakteristischen Widerstandes für die Versagensarten bei Zuglast

Stahlbruch des Befestigungselements

Kegelförmiger Betonausbruch

Herausziehen oder Kombiniertes Versagen

Spalten des Betons

Lokaler Betonausbruch

Versagen der Zusatzbewehrung


DIN EN 1992 - 4





Verwendung der Zylinderdruckfestigkeit fck statt der Würfeldruckfestigkeit fck,cube



Concrete Capacity -Verfahren


Ver

sag

ensl

ast

F uzE

(NRu

) in

kN

Verankerungstiefe hef in mm

Quelle: Eligehausen, Mallée – Befestigungstechnik im Beton- Und Mauerwerksbau

1,5

vWN

E

u hβ13,5F

Mittlere Versagenslast im ungerissenen Beton

1988:

1,5

efcubeck,

0

cRk, hf10,1N

5% Fraktilwert der Versagenslast im ungerissenen Beton

1997:







Bemessungsgrundwert:

𝑁𝑅𝑘,𝑐0 = 𝑘9 ∙ 𝑓𝑐𝑘,𝑐𝑢𝑏𝑒 ∙ ℎ𝑒𝑓

1.5

Verankerung in der gerissenen Zone des Betons:

𝑘9 = 𝑘𝑐𝑟,𝑁 = 7.2

Verankerung in der unggerissenen Zone des Betons:

𝑘9 = 𝑘𝑢𝑐𝑟,𝑁 = 10.1

ETAG 001, Anh. C







Bemessungsgrundwert:

𝑁𝑅𝑘,𝑐0 = 𝑘9 ∙ 𝑓𝑐𝑘,𝑐𝑢𝑏𝑒 ∙ ℎ𝑒𝑓

1.5

Verankerung in der gerissenen Zone des Betons:

𝑘9 = 𝑘𝑐𝑟,𝑁 = 7.2

Verankerung in der unggerissenen Zone des Betons:

𝑘9 = 𝑘𝑢𝑐𝑟,𝑁 = 10.1

ETAG 001, Anh. C

DIN EN 1992 - 4𝑁𝑅𝑘,𝑐0 = 𝑘9 ∙ 𝒇𝒄𝒌 ∙ ℎ𝑒𝑓

1.5

𝑘9 = 𝑘𝑐𝑟,𝑁 = 7.7

𝑘9 = 𝑘𝑢𝑐𝑟,𝑁 = 11.0




C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60







𝑁𝑅𝑘,𝑐 = 𝑁𝑅𝑘,𝑐0 ∙𝐴𝑐,𝑁

𝐴𝑐,𝑁0 ∙ 𝜓𝑠,𝑁 ∙ 𝜓𝑟𝑒,𝑁 ∙ 𝜓𝑒𝑐,𝑁

ETAG 001, Anh. C






Auswirkung einer Druckkraft zwischen Anbauteil und Beton, in Fällen von Biegemomenten mit oder

ohne Axialkraft



𝐴𝑐,𝑁0 ∙ 𝜓𝑠,𝑁 ∙ 𝜓𝑟𝑒,𝑁 ∙ 𝜓𝑒𝑐,𝑁 ∙ 𝜓𝑀,𝑁

DIN EN 1992 - 4






𝜓𝑀,𝑁 = 1 füra) randnahe Befestigungen 𝑐 < 1.5 ℎ𝑒𝑓

DIN EN 1992 - 4

ℎ𝑒𝑓 = 70mm


GrundlageAusbruchkegel


he

f

ca. 1,5 hef

c






𝜓𝑀,𝑁 = 1 für

a) randnahe Befestigungen 𝑐 < 1.5 ℎ𝑒𝑓

b) randferner Befestigung 𝑐 > 1.5 ℎ𝑒𝑓 wenn

b1)𝐶𝐸𝑑

𝑁𝐸𝑑< 0.8

b2) 𝑧

ℎ𝑒𝑓> 1.5

DIN EN 1992 - 4


s

hef

MSd

NSd


35°

NEd

s

hef


35°

NEd

CEd

z

s

hef

b1)𝐶𝐸𝑑

𝑁𝐸𝑑< 0.8

b2) 𝑧

ℎ𝑒𝑓> 1.5






𝜓𝑀,𝑁 = 1 für

a) randnahe Befestigungen 𝑐 < 1.5 ℎ𝑒𝑓b) randferner Befestigung 𝑐 > 1.5 ℎ𝑒𝑓 wenn

b1)𝐶𝐸𝑑

𝑁𝐸𝑑< 0.8

b2) 𝑧

ℎ𝑒𝑓> 1.5

𝜓𝑀,𝑁 = 2 − 𝑧(1.5ℎ𝑒𝑓)

≥ 1 für alle anderen Fälle

DIN EN 1992 - 4


35°

NEd

CEd

z

s

hef


𝜓𝑀,𝑁 = 2 − 𝑧(1.5ℎ𝑒𝑓)

≥ 1

𝜓𝑀,𝑁 = 2 − 117.1135 = 1.13 ≥ 1

𝝍𝑴,𝑵= 𝟏. 𝟏𝟑







ohne Axialkraft 𝝍𝑴,𝑵





Zusatzbewehrung / Stahl- und Verbundbruch der Bewehrung

Nachweis für den kegelförmigen Betonausbruch muss nicht geführt werden.




Versagensart: HerausziehenMechanische Dübel und VerbunddübeL









Kombiniertes Versagen durch Herausziehen und Betonbruch bei Verbunddübel

Einführung eines produktabhängigen Faktors 𝜓𝑠𝑢𝑠, der den Einfluss einer Dauerlast auf die

Verbundfestigkeit berücksichtigt









𝑁𝑅𝑘,𝑝 = 𝑁𝑅𝑘,𝑝0 ∙𝐴𝑝,𝑁

𝐴𝑝,𝑁0 ∙ 𝜓𝑔,𝑁𝑝 ∙ 𝜓𝑠,𝑁𝑝 ∙ 𝜓𝑟𝑒,𝑁 ∙ 𝜓𝑒𝑐,𝑁𝑝

𝑁𝑅𝑘,𝑝0 = 𝜏𝑅𝑘 ∙ 𝜋 ∙ 𝑑 ∙ ℎ𝑒𝑓

ETAG 001, Anh. C


GrundlageKriechenverhalten unter Dauerlast, konst. Temp.


Dauerlast entsprechende Verbundspannung: τsust = 12,12N/mm²Temperatur: 21°C

Versuch Extrpolation auf Nutzungsdauer


GrundlageKriechenverhalten unter Dauerlast, Frost-Tau


Dauerlast entsprechende Verbundspannung: τsust = 12,12N/mm²










𝑁𝑅𝑘,𝑝0 = 𝜓𝑠𝑢𝑠 ∙ 𝜏𝑅𝑘 ∙ 𝜋 ∙ 𝑑 ∙ ℎ𝑒𝑓

DIN EN 1992 - 4





Dauernd wirkende Anteile der Belastung im Verhältnis zu der Gesamtbelastung

Produktabhängiger Grundwert


𝛼𝑠𝑢𝑠 =𝐸𝑑,𝑠𝑢𝑠𝐸𝑑

𝜓𝑠𝑢𝑠0

𝜓𝑠𝑢𝑠0 = 0.6 falls keine Angaben in der Produktspezifikation


GrundlageLastkombinationen nach DIN EN 1990

Qk, Gk … charakteristischer Wert

ψ0 … Kombinationswert

ψ2 … Kombinationswert für den quasi-ständigen Wert



𝐸𝑑 =

𝑗≥1

𝛾𝐺,𝑗 ∙ 𝐺𝑘,𝑗 + 𝛾𝑃 ∙ 𝑃 + 𝛾𝑄,1 ∙ 𝑄𝑘,1 +

𝑖>1

𝛾𝑄,𝑖 ∙ 𝜓0,𝑖 ∙ 𝑄𝑘,𝑗

𝐸𝑑,𝑠𝑢𝑠 =

𝑗≥1

𝛾𝐺,𝑗 ∙ 𝐺𝑘,𝑗 +

𝑖>1

𝜓2,𝑖 ∙ 1.2 ∙ 𝑄𝑘,𝑗DIN EN 1992 - 4










𝑁𝑅𝑘,𝑝0 = 𝜓𝑠𝑢𝑠 ∙ 𝜏𝑅𝑘 ∙ 𝜋 ∙ 𝑑 ∙ ℎ𝑒𝑓

𝜓𝑠𝑢𝑠 = 1 für 𝛼𝑠𝑢𝑠 ≤ 𝜓𝑠𝑢𝑠0

𝜓𝑠𝑢𝑠 = 𝜓𝑠𝑢𝑠0 + 1 − 𝛼𝑠𝑢𝑠 für 𝛼𝑠𝑢𝑠 > 𝜓𝑠𝑢𝑠

0

DIN EN 1992 - 4




Versgen durch lokalen Betonausbruch

bei Kopfbolzen und Hinterschnittdübel



Querlasten



Berechnung des charakteristischen Widerstandes für die Versagensarten bei Querlast

Stahlbruch des Befestigungselements mit und ohne Hebelarm

Betonausbruch auf der lastabgewandten Seite

Betonkantenbruch

Versagen der Zusatzbewehrung


DIN EN 1992 - 4




Stahlbruch – Querlast ohne Hebelarm

Gewindestangen 𝑉𝑅𝑘,𝑠 = 0.6 ∙ 𝐴𝑠 ∙ 𝑓𝑢𝑘 für 𝑓𝑢𝑘 < 500𝑁

𝑚𝑚2

𝑉𝑅𝑘,𝑠 = 0.5 ∙ 𝐴𝑠 ∙ 𝑓𝑢𝑘 für 500𝑁

𝑚𝑚2< 𝑓𝑢𝑘 < 1000

𝑁

𝑚𝑚2

Stützende Wirkung eines Mörtelbetts ≤ 40mm.

Nachweis Querlast mit Hebelarm nicht erforderlich

Nur sehr begrenzt einsetzbar

Nur für ungerissenen Beton und

Anwendungen ohne Biegemomente und Zugkräfte





Zusatzbewehrung / Stahl- und Verbundbruch der Bewehrung

Nachweis für den Betonkantenbruch muss nicht geführt werden.




Kombinationzug und Quer



Nachweise: Kombinierte

Zug- und Querlasten




Verankerung vongerippten

BetonstähleN


DIN EN 1992-4



• Ist ein Bemessungsverfahren für Befestigungselemente (Verbindung von

tragenden und nichttragenden Bauteilen mit tragenden Bauteilen), die zum Übertragen von



Kopfbolzen Ankerschienen





DIN EN 1992-4

Kapitel 1.2

Nachträglich montierte gerippte Betonstähle, die zur Verbindung der Betonbauteile verwendet

werden, sind von einer Europäischen Technischen Produktspezifikation abgedeckt






DIN EN 1992-4versus DIN EN 1992-1-1, Kapitel 8

• Kapitel 8: ALLGEMEINE BEWEHRUNGSREGELN


Dübeltheorie Bewehrungsregeln

Norm EN 1992-4 EN 1992-1

Lastrichtung Zug, Quer und Kombination Tension

Lastübertragung im Bauteil Ausnutzung der BetonzugfestigkeitLokales und globales Gleichgewicht

mittels Fachwerkmodellen

Versagensarten alle kein Betonausbruch

Bemessungsergebnis Tragfähigkeit Verankerungslänge

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