TRAGVERHALTEN GEMAUERTER KREUZGEWÖLBE Zur Erlangung d e s akademischen Grades e i n e s DOKTOR - INGENIEURS von der F a k u l t ä t für A r c h i t e k t u r der U n i v e r s i t ä t Karlsruhe (TH) genehmigte DISSERTATION von Dipl.-Ing. Rainer Barthel Tag der mündlichen Prüfung: Referent: Korreferent: 17.07.1991 Prof. Dr.-Ing. Fritz Wenzel Prof. Dr.-Ing. Karl Schweizerhof TRAGVERHALTEN GEMAUERTER KREUZGEWÖLBE Inhalt Seite 1 EINLEITUNG 1 1.1 1.2 1.3 Problemstellung und Zielsetzung Zum Stand des Wissens Vorgehensweise 1 1 3 2 BEGRIFFE, EINTEILUNG UND BESCHREIBUNG DER GEWÖLBE 6 2.1 Begriffe 6 2.1.1 Begriff Gewölbe 6 2.1.2 Teile und Merkmale der Gewölbe 8 2.2 Form 14 2.2.1 2.2.2 14 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7 2.3 Allgemeine Einteilung der Gewölbe Einteilung der Gewölbe nach der Form Vierteilige Kappengewölbe über rechteckigem Grundriß Kreiszylindrisches Kreuzgewölbe Kreuzgewölbe mit geraden Scheiteln Kreuzgewölbe mit gebusten Kappen Kuppelartiges Kreuzgewölbe Konstruktion 2.3.1 2.3.2 2.3.3 Gewölbekappen Rippen Auflagerbereich 38 39 40 2.4 Material 41 3. GEWÖLBESCHÄDEN 42 3.1 Risse in den Kappen 43 3.2 Schäden an den Rippen 61 4 TRAGVERHALTEN UND BERECHNUNGSMETHODEN. LITERATURAUSWERTUNG 67 4.1 Qualitative Aussagen zum Tragverhalten 67 4.2 Geschichtliche Entwicklung der Berechnungsmethoden 80 2.2.3 15 15 19 24 29 34 38 4.3 Berechnung der Auflagerkräfte 83 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 Tabelle von Ungewitter Mohrmann Verfahren nach Heyman Verfahren nach Pieper Anwendungen in der Praxis 83 86 88 91 4.4 Stützlinienmethode 95 4.4.1 4.4.2 4.4.3 Grundlage und Annahmen Anwendungen in der Praxis Berechnung des kreiszylindrischen Kreuzgewölbes 95 98 105 4.5 Traglastverfahren 108 4.5.1 4.5.2 4.5.3 Grundlage und Annahmen Grenzzustände am Tonnengewölbe Grenzzustände am kreiszylindrischen Kreuzgewölbe 108 110 4.6 FE-Methode 115 4.6.1 4.6.2 Aspekte bei der Berechnung gemauerter Schalen Anwendungen 115 122 5. BERECHNUNGEN 126 5.1 Annahmen 128 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.1.5 Geometrie Konstruktion Material Verwendetes FE-Programm Darstellung und Interpretation der Ergebnisse 128 129 130 132 5.2 Tonnengewölbe 145 5.2.1 5.2.2 145 5.2.3 Lastfall Eigengewicht Lastfall Eigengewicht plus Auflagerverschiebung Zweilagiger Bogen 147 154 5.3 Kreiszylindrisches Kreuzgewölbe 158 5.3.1 5.3.2 5.3.3 Vorstudien, Idealisierung Ergebnisse Lastfall Eigengewicht Ergebnisse Lastfall Eigengewicht plus Auflagerverschiebung 158 159 112 138 169 5.4 Kreuzgewölbe mit geraden Scheiteln 174 5.4.1 5.4.2 5.4.3 Idealisierung Ergebnisse Lastfall Eigengewicht Ergebnisse Lastfall Eigengewicht plus Auflagerverschiebung, Spannweite/ Breite s/b = 3/2 Ergebnisse Lastfall Eigengewicht, s/b = 1/1 Ergebnisse Lastfall Eigengewicht, s/b = 2/1 . , 174 178 5.4.4 5.4.5 186 190 195 5.4.6 Resultierende Auflagerkräfte im Vergleich 195 5.5 Kreuzgewölbe mit gebusten Kappen 201 5.5.1 5.5.2 Idealisierung Ergebnisse Lastfall Eigengewicht, s/b = 3/2 Ergebnisse Lastfall Eigengewicht plus Auflagerverschiebung, s/b = 3/2 Kuppelartiges Kreuzgewölbe 201 5.5.3 5.6 5.6.1 5.6.2 207 213 218 5.6.6 Idealisierung Ergebnisse Lastfall Eigengewicht, s/b = 3/2 Ergebnisse Lastfall Eigengewicht plus Auflagerverschiebung, s/b = 3/2 Ergebnisse Lastfall Eigengewicht, s/b = 1/1 Ergebnisse Lastfall Eigengewicht, s/b = 2/1 Resultierende Auflagerkräfte im Vergleich 5.7 Hängegewölbe 241 5.7.1 5.7.2 241 5.7.6 Idealisierung Ergebnisse Lastfall Eigengewicht, s/b = 3/2 Ergebnisse Lastfall Eigengewicht plus Auflagerverschiebung, s/b = 3/2 Ergebnisse Lastfall Eigengewicht, s/b = 1/1 Ergebnisse Lastfall Eigengewicht, s/b = 2/1 Resultierende Auflagerkräfte im Vergleich 5.8 Weitere Parameterstudien 259 5.8.1 5.8.2 5.8.3 Freie Kappenränder Orthotropie Kreuzrippe 259 259 261 5.6.3 5.6.4 5.6.5 5.7.3 5.7.4 5.7.5 218 223 226 230 235 240 244 247 250 255 255 6. Zusammenfassung der Berechnunaseraebnisse und Tragmodelle 264 6.1 6.2 6.3 6.4 Auflagerkräfte Kraftfluß Riß- und Gelenkbildung Tragwirkung der Rippen 264 269 276 279 7 Gefährdungen der Standsicherheit und Hinweise zur statisch-konstruktiven Sicherung 282 8. Zusammenfassung 285 S offene Fragen und Ausblick 288 10 Literatur 289 11 Anlagen 317
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