A modelling approach for macroscopic reinforced concrete (RC) structures and structural elements under static loading conditions is presented. It uses the embedded modelling technique to separately account for concrete volumes and single longitudinal bars or stirrups. The material equations of the 3D elasto-plastic damage model for concrete are derived assuming isotropic damage, stiffness recovery and loss due to crack closing and reopening and a non-associated flow rule. Suitable material functions and material parameters as well as a regularisation by energy criteria are given. The approach is applied to shear beam tests illustrating numerical results compared to corresponding experimental data
Polymerbeton ist ein hochleistungsfähiges Material, welches im Bau‐ und Maschinenbauwesen bereits eine vielfältige Anwendung erfährt. Im Bauwesen kann das Potenzial des Materials allerdings bislang nicht gänzlich genutzt werden. Ursache ist neben fehlenden normativen Grundlagen für das Material und dessen Bemessung auch eine fehlende Klassifizierung des Materials nach den relevanten bautechnischen Normen. Gerade im Anwendungsbereich tragender Bauteile, wie z. B. hochbeanspruchter Knoten‐ und Anschlussgeometrien von Stabtragwerken und Ingenieurkonstruktionen, liegt jedoch das Potenzial des Polymerbetons mit seiner hohen Druck‐ und Biegezugfestigkeit. Um die Anwendungsmöglichkeiten im Bauwesen entsprechend zu erweitern, werden maßgebende Materialparameter eines handelsüblichen Polymerbetons, wie die Druck‐, Biegezug‐, Zugfestigkeit, der E‐Modul sowie die Verbundfestigkeit zum gerippten Betonstahl, nach bautechnischen Normen geprüft und charakteristische Materialkennwerte abgeleitet. Die Untersuchungen variieren nach Probekörpergeometrien, Betonalter und Temperatur. Die Einordnung und Klassifizierung der Materialeigenschaften erfolgt im Vergleich mit normal‐, hoch‐ und ultrahochfesten Betonen.
Die Querkraftwiderstände nach DIN 1045‐1 schließen Träger mit Kreisquerschnitt zunächst nicht ein. Nach Auslegung des Normenausschusses Bauwesen (NABau) kann ein rechteckiger Ersatzquerschnitt angenommen werden. Dies erweist sich für Träger aus Normalbeton ohne Bügelbewehrung im Vergleich zu experimentellen Daten als konservativ, ist allerdings mit erheblichen Streuungen verbunden. Basierend auf dem Konzept der DIN 1045‐1 wird ein praxisorientierter Ansatz für den Widerstand VRd,ctfür nicht bügelbewehrte Träger mit Kreisquerschnitt vorgestellt, welcher die bekannten Einflußgrößen von Geometrie, Längsbewehrungsgrad und Betonfestigkeit – speziell auf die Verhältnisse bei Kreisquerschnitten zugeschärft – einschließt. Die positiven Wirkungen drückender Normalkräfte sind darin über einen additiven Sprengwerkansatz einbezogen. Der Ansatz wird statistisch beurteilt und an Experimenten verifiziert.
Die bekannten M‐N‐Interaktionsdiagramme zur Querschnittsbemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit werden über Zusatzdiagramme um die Ablesemöglichkeit von Hebelarm der inneren Kräfte z und statischer Nutzhöhe d erweitert. Dazu werden zunächst die erforderlichen Normierungsgrundlagen abgeleitet und für die gängigen Querschnittstypen Rechteck und Kreis zusammengestellt. Beispielhaft sind fünf erweiterte Diagramme für einen Kreisquerschnitt und für den beidseitig bewehrten Rechteckquerschnitt mit verschiedenen Druckbewehrungsgraden ausgearbeitet. Beispiele zeigen Anwendung und Vorzüge der Erweiterung.
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