Zum Trag- und Verformungsverhalten von Stahlbetonbalken unter Torsionsbeanspruchung

Bei der statischen Berechnung von Tragsystemen des Massivbaus werden zur Schnittgrößenermittlung und zur Verformungsprognose zunehmend numerische Gesamtmodelle verwendet. Bei solchen Modellen kommt vor allem bei komplexeren Strukturen aufgrund der statisch oft hochgradigen Unbestimmtheit einer möglichst wirklichkeitsnahen Abbildung der Steifigkeitsverhältnisse besondere Bedeutung zu. Das gilt aufgrund des großen Steifigkeitsabfalls beim Übergang in den Zustand II insbesondere auch dann, wenn sich torsionsbeanspruchte Stahlbetonbalken maßgeblich am Lastabtrag beteiligen oder/und deren Steifigkeit einen entsprechenden Einfluss auf die Schnittgrößenverteilung im System besitzt. Die zu erwartende reduzierte Torsionssteifigkeit kann dabei gemäß DAfStb Heft 240 für die Schnittgrößenermittlung mit etwa 30 % abgeschätzt werden, während Heft 239 [1] im gerissenen Zustand II einen Wert von 10 % der Steifigkeit der ungerissenen Querschnitte (Zustand I) vorschlägt [2]. Um diese Ansätze kritisch zu hinterfragen und praxistaugliche Empfehlungen für die numerische Berechnung zu geben, werden im vorliegenden Beitrag zunächst an Einzelbalken dokumentierte Versuche der Literatur ausgewertet und bis zur jeweiligen Versagenslast mithilfe des Finite-Elemente-Programms ABAQUS systematisch nachgerechnet. Darüber hinaus werden mittels nichtlinearer Berechnungen unterschiedliche Lagerungsbedingungen in Balkenlängsrichtung untersucht, um den Einfluss einer behinderten Längsdehnung und den damit verbundenen anteiligen Lastabtrag über Wölbkrafttorsion genauer zu beurteilen. Abschließend werden zur Verifizierung der nichtlinearen numerischen Analysen eigene Torsionsversuche durchgeführt und diskutiert.