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Einleitung

Das Bemessungsverfahren für Verankerungen dient der Bemessung von Verankerungen nach dem Sicherheits- und Bemessungskonzept im Rahmen der europäischen technischen Zulassungen (ETA) für Kunststoffdübel.

Das Bemessungsverfahren im Anhang C beruht auf der Annahme, dass die erforderlichen Versuche zur Beurteilung der zulässigen Anwendungsbedingungen entsprechend den einschlägigen Teilen dieser Leitlinie durchgeführt wurden. Daher ist Anhang C eine Grundvoraussetzung zum Beurteilen und Bewerten von Kunststoffdübeln. Bei Verwendung anderer Bemessungsverfahren sind die durchzuführenden Versuche erneut zu überprüfen.

Die Kunststoffdübel sollen als Mehrfachbefestigung verwendet werden. Bei dem Einsatz von Dübeln als Mehrfachbefestigung wird angenommen, dass bei übermäßigem Schlupf oder Versagen eines Dübels die Last auf benachbarte Dübel übertragen werden kann, ohne dass die Erfüllung der Anforderungen an das Anbauteil in Bezug auf Gebrauchstauglichkeit und Grenzzustand der Tragfähigkeit erheblich beeinträchtigt wird.

Bei der Bemessung des Anbauteils wird daher die Anzahl n₁ der Befestigungspunkte für die Befestigung des Anbauteils und die Anzahl n₂ der Dübel pro Befestigungspunkt angegeben. Darüber hinaus kann der Bemessungswert N_sd für Einwirkungen auf einen Befestigungspunkt auf einen Wert < n₃ (kN) festgelegt werden, bis zu dem die Anforderungen an Festigkeit und Steifigkeit des Anbauteils erfüllt sind, und die Lastverlagerung im Falle von übermäßigem Schlupf oder bei Versagen eines Dübels braucht bei der Bemessung des Anbauteils nicht berücksichtigt zu werden.

Für n₁, n₂ und n₃ können folgende Anhaltswerte verwendet werden:

n₁ > 4; n₂ > 1 und n₃ < 4,5 kN bzw.

n₁ > 3; n_{2 >} 1 und n₃ < 3,0 kN.

1 Geltungsbereich

1.1 Dübelarten, Dübelgruppen und Dübelanzahl

Das Bemessungsverfahren gilt für die Bemessung von Kunststoffdübeln, zur Verwendung in Normalbeton, in verschiedenen Mauerwerksarten sowie in Porenbeton, die die Anforderungen dieser Leitlinie erfüllen. Die charakteristischen Werte werden in der jeweils relevanten ETA angegeben.

Das Bemessungsverfahren gilt für Einzeldübel und für Dübelgruppen mit zwei oder vier Dübeln. In einer Dübelgruppe dürfen nur Dübel der gleichen Art, Größe und Länge verwendet werden.

1.2 Bauteil

1.2.1 Bauteil aus Beton

Das Bauteil aus Beton muss aus Normalbeton mindestens der Festigkeitsklasse C12/15 gemäß EN 206 [5] bestehen und darf nur durch vorwiegend ruhende Lasten beansprucht werden. Das Bemessungsverfahren gilt für gerissenen und ungerissenen Beton.

Wenn der Randabstand eines Dübels kleiner ist als der Randabstand c_cr,N muss am Bauteilrand im Bereich der Verankerungstiefe eine Längsbewehrung mit einem Mindestdurchmesser von Ø6 vorhanden sein.

1.2.2 Mauerwerk aus Vollsteinen und aus Hohl- oder Lochsteinen

Das Mauerwerk muss aus Vollsteinen oder aus Hohl- oder Lochsteinen bestehen, die aus Ton [Ziegel], Kalksandstein oder Normalbeton hergestellt sind.

In der ETA werden ausführliche Angaben zum entsprechenden Verankerungsgrund gemacht (z.B. Verankerungsgrund, Steinformate, standardisierte Druckfestigkeit; Gesamtvolumen der Löcher (prozentualer Anteil am Gesamtvolumen); Volumen des einzelnen Loches (% des Gesamtvolumens); geringste Dicke in und um die Löcher (Stege und Wandungen); kombinierte Dicke von Stegen und Wandungen (prozentualer Anteil an der Gesamtbreite)).

1.2.3 Porenbeton

Das Bauteil aus Porenbeton muss EN 771-4 [9] "Festlegungen für Mauersteine - Teil 4: Porenbetonsteine" oder prEN 12602 [10] "Vorgefertigte bewehrte Bauteile aus dampfgehärtetem Porenbeton" entsprechen.

1.3 Lastarten und -richtungen

Das Bemessungsverfahren gilt für Kunststoffdübel, die statischen oder quasi-statischen Zug-, Quer- oder kombinierten Quer-Zug-Lasten oder Biegung ausgesetzt sind, nicht aber für Dübel, die einer Drucklast oder Ermüdung, Stoßeinwirkungen oder Erdbeben ausgesetzt sind.

2 Begriffe und Formelzeichen

2.1 Kunststoffdübel

Die häufig verwendeten Bezeichnungen und Formelzeichen sind nachstehend aufgeführt.

2.2 Verankerungsgrund

2.3 Einwirkungen und Widerstände

3 Bemessungs- und Sicherheitskonzepte

3.1 Allgemeines

Für die Bemessung von Verankerungen ist das Sicherheitskonzept der Teilsicherheitsbeiwerte anzuwenden. Es ist nachzuweisen, dass der Bemessungswert der Einwirkungen S_d den Bemessungswert des Widerstands R_d nicht überschreitet.

S_d = Bemessungswert der Einwirkung

R_d = Bemessungswert des Widerstands

Die Bemessungswerte der Einwirkungen können aus nationalen Vorschriften genommen werden; sind keine vorhanden, ist die Ermittlung der Bemessungswerte der Einwirkungen gemäß den jeweiligen Teilen der EN 1991 [21] durchzuführen.

Die Teilsicherheitsbeiwerte der Einwirkungen können aus nationalen Vorschriften genommen werden; sind keine vorhanden, ist die Ermittlung der Teilsicherheitsbeiwerte der Einwirkungen gemäß der EN 1990 [20] durchzuführen.

Der Bemessungswert des Widerstands wird wie folgt berechnet:

R_k = charakteristischer Widerstand eines Einzeldübels oder einer Dübelgruppe

γ_M = Materialteilsicherheitsbeiwert

3.2 Grenzzustand der Tragfähigkeit

3.2.1 Bemessungswert des Widerstandes

Der Bemessungswert des Widerstandes wird gemäß Gleichung (3.2) berechnet.

3.2.2 Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände

Gibt es keine nationalen Vorschriften, können folgende Teilsicherheitsbeiwerte verwendet werden:

3.2.2.1 Versagen (Bruch) des Spreizelementes

1. Spreizelement aus Metall (Stahl):
   Zuglast:

   (3.3a)

   Querbelastung des Dübels mit und ohne Hebelarm:

   (3.3b)

2. Spreizelement aus Kunststoff:

   γMpol = 2,5

   (gilt auch für Bruch der Kunststoffhülse)

3.2.2.2 Versagen des Kunststoffdübels

1. Zur Verwendung in Beton
   γ_Mc = 1,8
2. Zur Verwendung in Mauerwerk
   γ_Mm = 2,5
3. Zur Verwendung in Porenbeton
   γ_MAAC = 2,0

3.3 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

Für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit muss nachgewiesen werden, dass die unter den charakteristischen Einwirkungen auftretenden Verschiebungen (siehe Abschnitt 6) nicht größer sind als die zulässigen Verschiebungen. Die zulässigen Verschiebungen hängen von der jeweiligen Anwendung ab und sind vom Planungsingenieur zu beurteilen.

In diesem Nachweis darf angenommen werden, dass die Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und für Widerstände 1,0 betragen.

4 Statische Nachweise

4.1 Lasteinwirkung auf die Dübel

Die Verteilung der einwirkenden Lasten auf die Dübel ist nach der Elastizitätstheorie zu berechnen.

Für Stahlversagen unter Zug- und Querkraft und für Versagen durch Herausziehen unter Zugkraft ist die Last zu ermitteln, die auf den höchstbelasteten Dübel einwirkt. Für Betonversagen unter Zug- und Querkraft ist die auf die Dübelgruppe einwirkende Last zu berechnen.

Im Falle von Betonkantenversagen wird hinsichtlich der Querkraft angenommen, dass sie auf die am nächsten zum Rand liegenden Dübel einwirkt.

4.2 Querlasten mit Hebelarm

Querlasten dürfen als ohne Hebelarm auf die Dübel einwirkend angenommen werden, wenn die folgenden zwei Bedingungen erfüllt sind:

1. Das Anbauteil muss aus Metall bestehen und im Bereich der Verankerung ohne Zwischenlage oder mit einer Mörtelausgleichsschicht < 3 mm direkt am Verankerungsgrund befestigt sein.
2. Das Anbauteil muss über die gesamte Dicke am Dübel anliegen.

Sind diese beiden Bedingungen nicht erfüllt, so wird der Hebelarm gemäß Gleichung (4.1) berechnet (siehe Abbildung 4.1).

Abbildung 4.1 Definition des Hebelarms

5 Grenzzustand der Tragfähigkeit

5.1 Allgemeines

Die charakteristischen Werte für den Widerstand von Kunststoffdübeln im Grenzzustand der Tragfähigkeit für die Verwendung in Beton sind in Abschnitt 5.2 angegeben. Die charakteristischen Werte für den Widerstand und die entsprechenden besonderen Bedingungen für die Bemessung von Kunststoffdübeln zur Verwendung in Mauerwerk und in Porenbeton sind in Abschnitt 5.3 aufgeführt.

Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass Dübelgruppen den gleichen Widerstand aufweisen wie Einzeldübel unter Zuglasten, Querlasten und kombinierten Zug- und Querlasten; unabhängig vom Achsabstand zwischen den Dübeln.

Achs- und Randabstand sowie die Bauteildicke dürfen die angegebenen Mindestwerte nicht unterschreiten.

5.2 Grenzzustand der Tragfähigkeit bei der Verwendung in Beton

5.2.1 Widerstand bei Zugbeanspruchung

5.2.1.1 Erforderliche Nachweise

5.2.1.2 Versagen des Spreizelementes

Der charakteristische Widerstand eines Dübels bei Versagen (Bruch) des Spreizelements, N_Rk,s oder N_Rk,po1, ist in der jeweiligen ETA aufgeführt.

5.2.1.3 Versagen durch Herausziehen

Der charakteristische Widerstand bei Versagen durch Herausziehen, N_Rk,p, ist der jeweiligen ETA zu entnehmen.

5.2.1.4 Versagen durch Betonausbruch

Der charakteristische Widerstand eines Dübels bzw. einer Dübelgruppe bei Versagen durch Betonausbruch errechnet sich wie folgt:

(5.1)

mit:

		(5.2)
NRk,p	= in der ETA angegeben; NRk,p[N]
c	= Randabstand des äußeren Dübels der Gruppe
ccr,N	= Randabstand zur Gewährleistung der Übertragung des charakteristischen Widerstandes; wird in der ETA angegeben
fck,cube	= charakteristische Betondruckfestigkeit (gemessen an Würfeln), Werte für höchstens C50/60

5.2.2 Widerstand bei Querbeanspruchung

5.2.2.1 Erforderliche Nachweise

5.2.2.2 Versagen des Spreizelements, Querlast ohne Hebelarm

Der charakteristische Widerstand eines Dübels bei Versagen des Spreizelements bei Querlast ohne Hebelarm V_Rk,s oder V_Rk,pol ist der jeweiligen ETA zu entnehmen.

5.2.2.3 Versagen des Spreizelements, Querlast mit Hebelarm

Der charakteristische Widerstand eines Dübels bei Versagen des Spreizelements bei Querlast mit Hebelwirkung V_Rk,s oder (V_Rk,pol) ist in Gleichung (5.3) angegeben.

	(5.3a)
	(5.3b)

mit:

5.2.2.4 Betonkantenbruch

Der charakteristische Widerstand eines Dübels oder einer Dübelgruppe bei Betonkantenbruch entspricht folgender Gleichung:

(5.4)

5.2.3 Widerstand bei kombinierter Zug- und Querbeanspruchung

Für kombinierte Zug- und Querbeanspruchung müssen die folgenden Gleichungen erfüllt sein:

β_N (β_V) ist das Verhältnis zwischen Bemessungseinwirkung und Bemessungswiderstand bei Zug- (Quer-)beanspruchung.

In Gleichung (5.5) sind die größten Werte von β_N und β _V für die verschiedenen Versagensarten zu verwenden (siehe Abschnitt 5.2.1.1 und 5.2.2.1).

5.3 Grenzzustand der Tragfähigkeit für die Verwendung in Mauerwerk und in Porenbeton

Folgende besondere Bedingungen sind für das Bemessungsverfahren in Mauerwerk und in Porenbeton zu berücksichtigen:

(1) Die ETA darf nur eine charakteristische Festigkeit F_Rk enthalten, die unabhängig von der Lastrichtung und der Versagensart ist. Der zugehörige Teilsicherheitsbeiwert und die entsprechenden Werte c_min und s_min für diese charakteristische Tragfähigkeit sollen ebenfalls in der ETA angegeben werden.

(2) Die charakteristische Festigkeit F_Rk für einen einzelnen Kunststoffdübel kann auch für eine Gruppe aus zwei oder vier Kunststoffdübeln ermittelt werden, deren Achsabstand mindestens s_min beträgt. Der Abstand zwischen Einzeldübeln bzw. einer Dübelgruppe sollte s > 250 mm betragen.

(3) Wenn die Stoßfugen in der Wand nicht mit Mörtel verfüllt werden sollen, ist der Bemessungswert der Tragfähigkeit N_Rd auf 2,0 kN zu begrenzen, um sicherzustellen, dass ein Herausziehen eines Steins aus der Wand verhindert wird. Diese Begrenzung kann bei Verwendung ineinander verzahnter Steine in der Wand bzw. geplanter Verfüllung der Fugen mit Mörtel wegfallen.

(4) Wenn die Fugen des Mauerwerks nicht sichtbar sind, ist die charakteristische Festigkeit F_Rk um den Faktor α_j = 0,5 zu verringern.

(5) Wenn die Fugen des Mauerwerks sichtbar sind (z.B. bei einer unverputzten Wand), ist Folgendes zu berücksichtigen:

• Die charakteristische Tragfähigkeit F_Rk darf nur dann angesetzt werden, wenn das Mauerwerk (die Wände) so geplant ist, dass die Fugen mit Mörtel verfüllt werden.
• Wenn das Mauerwerk (die Wände) so ausgelegt ist, dass die Fugen nicht mit Mörtel verfüllt werden, darf die charakteristische Tragfähigkeit F_Rk nur dann verwendet werden, wenn der minimale Randabstand c_min zu den Stoßfugen eingehalten wird. Wenn dieser minimale Randabstand c_min nicht eingehalten werden kann, ist die charakteristische Tragfähigkeit F_Rk mit dem Faktor α_j = 0,5 zu reduzieren.

Für vorgefertigte bewehrte Bauteile aus Porenbeton muss darüber hinaus Folgendes berücksichtigt werden, sofern keine speziellen Versuche und keine Berechnungen zur Bestimmung der Tragfähigkeit des Bauteils aus Porenbeton durchgeführt wurden:

• Der Bemessungswert für die durch die Verankerung verursachte Querbeanspruchung im Bauteil darf höchstens 40 % des Bemessungswertes des Widerstandes des Bauteils im kritischen Querschnitt betragen.
• Der Randabstand c muss > 150 mm für Platten mit einer Breite von < 700 mm sein.
• Der Achsabstand s der Befestigungspunkte muss > 600 mm betragen. Befestigungspunkte sind Einzeldübel oder Gruppen aus 2 oder 4 Dübeln.

6 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

6.1 Verschiebungen

Die charakteristische Verschiebung des Dübels unter festgelegten Zug- und Querlasten ist der ETA zu entnehmen. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Verschiebungen linear zur aufgebrachten Last zunehmen. Bei einer kombinierten Zug- und Querlast sind die Verschiebungen für die Zug- und Querlastkomponenten der resultierenden Last geometrisch zu addieren.

Bei Querlasten ist der Einfluss des Durchgangslochs im Anbauteil auf die erwartete Verschiebung der gesamten Verankerungen zu berücksichtigen.

6.2 Querlast mit wechselndem Vorzeichen

Wenn die auf den Dübel einwirkenden Querlasten mehrfach das Vorzeichen wechseln, sind geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um ein Versagen des Dübels durch Ermüdung zu vermeiden (z.B. sollten die Querlasten durch Reibung zwischen dem Anbauteil und dem Verankerungsgrund weitergeleitet werden (z.B. auf Grund einer ausreichend hohen ständigen Vorspannkraft)).

Querlasten mit wechselndem Vorzeichen können auf Grund von wechselnden Temperaturen im befestigten Bauteil (z.B. Fassadenelemente) auftreten. Daher sind diese Bauteile entweder so zu verankern, dass im Dübel keine signifikanten Querlasten auf Grund von im befestigten Bauteil auftretenden Zwangsverformungen auftreten oder es ist bei Querlasten mit Hebelarm die Biegebeanspruchung des höchstbeanspruchten Dübels Δσ = maxσ - minσ im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit infolge von Temperaturschwankungen auf 100 N/mm² für Stahl zu begrenzen.

ENDE ETAG 020