Interview: Neues Modell zur realitätsnahen Berechnung elastischer Ankerplatten

Mit dem Bemessungs-Tool Anchor Profi des Softwarehauses Dr. Li Anchor Profi GmbH können Statiker berechnen, welche Dübel oder Kopfbolzen zur Befestigung ihrer Anbauelemente auch an üblich nicht-steifen Ankerplatten hinreichend sicher sind. Bislang gilt laut Regelwerk, dass Ankerplatten ausreichend steif sein müssen, was zu sehr großen Dicken führt. Bei üblich dünneren (aber wirtschaftlichen, nicht-steifen) Stärken weichen die für steife Ankerplatten ermittelten Dübelkräfte deutlich von denen für nicht-steife Ankerplatten ab. Das Ergebnis wird ungenau und kann zum Einsatz unterdimensionierter Dübel führen.

Dem Bemessungs-Spezialisten Dr. Longfei Li gelang es nun, diese Herausforderung mathematisch zu lösen und somit eventuelle Schadensrisiken zu minimieren. Grund genug für den Verankerungstechniker Dr. Jürgen Stork, Dr. Li `s Rechenmodell als zweiten großen Umbruch in der Dübel-Technik zu bezeichnen.

BFT International: Herr Dr. Stork, Ingenieure müssen belegen, dass Anbauelemente, die mit Dübeln oder Kopfbolzen durch Ankerplatten in Beton befestigt werden, dauerhaft und sicher halten. Wie schwierig sind solche Berechnungen?

Dr. J. Stork: Es gibt ein Regelwerk, das die zu führenden Nachweise aufzeigt. Eine manuelle Nachweisführung im Einzelfall ist hingegen zeitintensiv, daher gibt es den Trend zu Software-gestützten Lösungen. Die Tragfähigkeiten und Verformungen der Dübel sind in europäischen Bewertungen zusammengefasst. Einige Tragfähigkeits- oder Verformungs-Werte können numerisch bestimmt werden, die meisten werden durch Versuche ermittelt. Bei einer manuellen oder einer Software gestützten Lösung werden im ersten Schritt aus den äußeren Belastungen die Dübelkräfte ermittelt. Im zweiten Schritt werden mit diesen Kräften die Nachweise mit den Tragfähigkeiten aus der jeweiligen Europäischen Technischen Bewertung ETA unter Anwendung des Regelwerks geführt. Bisher gelang es nicht, ein auf mechanischen Grundsätzen abgestimmtes Bemessungs-Konzept zu entwickeln. Damit ergeben sich etliche Vorschriften mit einigen Ausnahmen. Dadurch wird die Verankerungstechnik aufwändig im Nachweis.

BFT International: Internationale Normen – wie etwa die DIN EN 1992-4 als Teil 4 des Eurocodes 2 – fordern, dass Ankerplatten ausreichend biegesteif sind. Materialien verhalten sich jedoch im Betrieb unter Einwirkung von Zuglasten und Querkräften elastisch. Gibt es aus Ihrer Sicht ein Rest-Risiko?

Dr. J. Stork: Mit der Wahl einer ausreichenden Dicke kann die Forderung des Regelwerks erfüllt werden. Unterdessen wird das Regelwerk überarbeitet, bzw. ergänzt und u.a. werden Kriterien für den Begriff „ausreichend steif“ erarbeitet. Ob das zu dickeren Ankerplatten führt, wird man im Einzelfall sehen.

BFT International: Auf das Phänomen der Elastizität von Ankerplatten hat sich Anchor Profi spezialisiert. Mit dem Tool lässt sich schnell und exakt die Dübel-Leistung bemessen - für Produkte aller marktrelevanten Hersteller. Worin besteht der Mehrwert?

Dr. J. Stork: Die Software ermöglicht Ingenieuren die Nutzung von üblich dünnen Ankerplatten. Sie integriert die nicht mehr ebene Verteilung der Dübel-Kräfte in das Rechenmodell. Das Verfahren liegt außerhalb des Regelwerks. Dass es zu funktionieren scheint, hat mein Kollege Dr. Li in Veröffentlichungen aufgezeigt.

BFT International: Sie haben dieses Modell als zweiten großen Umbruch in der Dübel-Technik bezeichnet. Warum?

Dr. J. Stork: Was war der erste große Umbruch? Bis Mitte der 1980er Jahre gab es praktisch nur Dübel, die für den ungerissenen Verankerungsgrund geeignet waren. Verankerungen im ungerissenen Verankerungsgrund (Beton im Zustand I, Anm. d. Red.) besitzen eine größere Tragfähigkeit als solche im gerissenen Verankerungsgrund (Beton im Zustand II, Anm. d. Red.). Im Zustand I ist die Tragfähigkeit etwa um 30 % höher. Gegen Ende der 1980er Jahre wurden Dübel, die für den gerissenen Verankerungsgrund geeignet sind, zum Standard.

BFT International: Was war daran so bemerkenswert?

Dr. J. Stork: Dass man sich auf Seiten der Hersteller- und Normungsgremien auf gerissenen Verankerungsgrund als Standard einigte und die risstauglichen Dübel entwickelte.

BFT International: Und die realitätsnahe Befestigungsbemessung elastischer Ankerplatten bringt die nächste Zeitenwende?

Dr. J. Stork: Ja, das ist die zweite große Änderung in der Dübel-Technik. Wenn man wirtschaftliche Ankerplatten-Dicken haben will, dann kann eine Ankerplatte nicht mehr ausreichend steif im Sinne des Regelwerks sein. Die Folge ist, dass ein Betonausbruchmodell benötigt wird, das eine nicht ebene Verteilung der Dübelkräfte berücksichtigt. Dazu hat Dr. Li in der „Leitlinie für die europäische technische Zulassung für Metalldübel zur Verankerung im Beton“ (DIBt Mitteilungen 31.12.1997) ein Detail gefunden, mit der nicht ausreichend steife Ankerplatten bemessen werden können. Darin besteht seine Leistung. Und er ist damit der erste, der eine allgemein zugängliche Software dazu entwickelt hat, wofür ihm Achtung und Respekt zu zollen ist.

BFT International: Damit passt aber das bisherige Betonausbruchmodell nicht mehr?

Dr. J. Stork: Das aktuelle Betonausbruchmodell des Regelwerks verlangt eine lineare Verteilung der Dübel-Kräfte. Fallweise kann das zu unwirtschaftlich dicken Ankerplatten führen. Wenn diese nicht gewünscht sind und dünnere Ankerplatten gewählt werden sollen, benötigt man ein Betonausbruchmodell, das der neuen Verteilung der Dübelkräfte Rechnung trägt.

BFT International: Nun kann man mit Anchor Profi üblich dünne Ankerplatten sicher bemessen. Und man kann herstellerübergreifend zügig berechnen, welcher Dübel für eine Verankerung bestens geeignet ist. Was bedeutet das für die Anwender?

Dr. J. Stork: Die Anwender erhalten eine technisch korrekte Lösung, die zwar nicht regelwerkskonform ist, aber alle wesentlichen Kriterien erfüllt, um wirtschaftlich, sicher und prüffähig zu sein. Wenn man mit den Angaben im Ausdruck der Software Anchor Profi das Modell selbst nachrechnet, kommt man auf Dr. Li’ s Ergebnis. Das stellt eine Qualität dar. Die Software-Tools anderer Hersteller teilen zum Beispiel nicht immer die Federsteifigkeit der Dübel mit. Dann kann das Ergebnis nicht mehr nachgerechnet werden. Hier ist Dr. Li transparent. Der Anwender kann entscheiden, mit welchem Dübel-System von welchem Hersteller er sein Projekt durchführen möchte, weil das Optimum zwischen Tragfähigkeit, Verarbeitbarkeit, Randabstände, usw. erfüllt ist. Diese Vergleichbarkeit ist fachlich und finanziell ein Riesenvorteil.

BFT International: Herr Dr. Stork, danke für das Gespräch.