Betongelenk

Ein Betongelenk ist ein Festkörpergelenk bzw. ein Fließgelenk aus (Stahl-)Beton, es umfasst den Bereich der Einschnürung eines (Stahl-)betonquerschnittes, die eine Verdrehung ohne nennenswerte Biegebeanspruchung zulässt. Diese für Betonquerschnitte hohe Verdrehbarkeit resultiert einerseits aufgrund der kontrollierten Zugrissbildung, anderseits auch aufgrund von Kriechen. Es wird insbesondere im Brückenbau als monolithische, einfache und preiswerte Alternative zu einem unverschieblichen Linienkipplager verwendet.

Betongelenk

Betongelenk mit Stirnseitenkerben

Probekörper eines Betongelenks bei der Talbrücke Weißenbrunn

Gelenkhals des Probekörpers

Die Kontaktstellen in den Längsfugen von Tübbings werden auch als Betongelenke betrachtet.

Ein Betongelenk besteht aus dem Einschnürungsbereich (Gelenkhals) und den angrenzenden Verteilbereichen (Gelenkköpfe).

Geschichte und heutige Regelwerke

Betongelenke erfand Freyssinet. Leonhardt formulierte in den 1960er Jahren Bemessungsrichtlinien, die bis heute angewendet werden. Janßen führte ihre Anwendung im Tunnelbau ein. Gladwell entwickelte ein weiteres Bemessungsmodell, das eine steifere Vorhersage für die Verformungen macht als das Leonhardt/Janßen-Modell. Marx und Schacht übertrugen Leonhardts Regelwerke erstmals in das semipropabilistische Sicherheitskonzept. Schlappal, Kalliauer und Koautoren erbrachten erstmals Gebrauchstauglichkeits- wie auch Tragfähigkeitsnachweise. Das Tragverhalten mit einem mechanisch konsistenten Modell auf Basis der Plastizitätstheorie beschreiben erstmals Kaufmann, Markić und Bimschas.

Spannungen, Verdrehbarkeit, Traglast

Die Tragwirkung beruht darauf, dass im Gelenkhals die Festigkeit des Betons aufgrund dreiachsiger Druckbeanspruchung wesentlich höher ist als bei einachsiger Druckbeanspruchung, wo eine Querdehnung möglich ist. So erlaubt der Eurocode 2 für übliche Betongelenksabmessungen Normalspannungen, die in etwa dem Doppelten der einaxialen Druckfestigkeit entsprechen.

Während der Gelenkhals unbewehrt sein kann, benötigen die Gelenkköpfe aufgrund der senkrecht zur Normalkraft auftretenden Spaltzugkräfte eine entsprechende Bewehrung.

Bekannte Brücken

Betongelenke werden in Deutschland insbesondere bei Brücken bis 15 Meter Stützweite angewendet.

Bekannte Großbrücken mit Betongelenken sind unter anderem

• das Hardturmviadukt in Zürich,
• die Maintalbrücke Gemünden,
• die Elbebrücke Mühlberg,
• die Talbrücke Weißenbrunn am Forst
• die Taminabrücke.

Literatur

• Fritz Leonhardt: Vorlesungen über Massivbau – Teil 2 Sonderfälle der Bemessung im Stahlbetonbau. Springer-Verlag, Berlin 1986, ISBN 3-540-16746-3, S. 123–132.
• VPI: Der Prüfingenieur. Ausgabe April 2010, S. 15–26, bvpi.de (PDF; 2,3 MB).

Weblinks

Commons: Betongelenk – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

1. Johannes Kalliauer, Thomas Schlappal, Markus Vill, Herbert Mang, Bernhard Pichler: Bearing capacity of concrete hinges subjected to eccentric compression: multiscale structural analysis of experiments. In: Acta Mechanica. Band 229, Nr. 2. Springer Nature, 1. Februar 2018, ISSN 1619-6937, S. 849–866, doi:10.1007/s00707-017-2004-3 (amerikanisches Englisch, link.springer.com [PDF] Zeitstempel 6. März 2018). 
2. Experimente bis teilweise über 50 mrad wurden von Schlappal et al. durchgeführt, s. Fig. 11: T. Schlappal, M. Schweigler, S. Gmainer, M. Peyerl, B. Pichler: Creep and cracking of concrete hinges: insight from centric and eccentric compression experiments. In: Materials and structures. Band 50, Nummer 6, 2017, S. 244, doi:10.1617/s11527-017-1112-9, PMID 29213209, PMC 5700241 (freier Volltext).
3. Johannes Kalliauer, Thomas Schlappal, Herbert A. Mang, Bernhard Pichler: Parameter identification as the basis for Finite Element simulations of Ultimate Limit States of concrete hinges. In: Günther Meschke, Bernhard Pichler, Jan G. Rots (Hrsg.): Computational Modelling of Concrete Structures: Proceedings of the Conference on Computational Modelling of Concrete and Concrete Structures (EURO-C 2018), February 26 – March 1, 2018, Bad Hofgastein, Austria. Euro-C2018. CRC Press, 2018, S. 689 (amerikanisches Englisch, crcpress.com [abgerufen am 6. März 2018]). 
4. Thomas Schlappal, Michael Schweigler, Susanne Gmainer, Martin Peyerl, Bernhard Pichler,: Creep and cracking of concrete hinges: insight from centric and eccentric compression experiments. In: Materials and structures. Band 50, Nr. 6. Springer, 2017, S. 244, doi:10.1617/s11527-017-1112-9, PMC 5700241 (freier Volltext) – (amerikanisches Englisch). 
5. Eugène Freyssinet: Le pont de Candelier (The bridge of Candelier). In: Ann Ponts Chaussées. Band 1, 1923, S. 165 f. (französisch). 
6. Eugène Freyssinet: Naissance du béton précontraint et vues d’avenir. In: Travaux, Juni. 1954, S. 463–474 (französisch). 
7. Fritz Leonhardt, Horst Reimann: Betongelenke: Versuchsbericht; Vorschläge zur Bemessung und konstruktiven Ausbildung. Kritische Spannungszustände des Betons bei mehrachsiger, ruhender Kurzzeitbelastung. Ernst, 1965. 
8. Pieter Janßen: Tragverhalten von Tunnelausbauten mit Gelenktübbings. Dissertation, Technische Universität Braunschweig, 1983. 
9. Walter Kaufmann, Tomislav Markić, Martin Bimschas: Betongelenke – Stand der Technik und Entwicklungspotential. Institut für Baustatik und Konstruktion, ETH Zürich, Februar 2017 (ethz.ch [PDF]). 
10. Johannes Kalliauer: Insight into the structural behavior of concrete hinges by means of Finite Element simulations. TU Wien - Vienna University of Technology, Wien 29. April 2016 (amerikanisches Englisch).