Rissbildung und Zugtragverhalten von mit Fasern verstärktem Stahlbeton am Beispiel ultrahochfesten Betons

Abstract

Wegen des Problems möglicher Inhomogenitäten der Faserverteilung/‐ orientierung ist der Einsatz von Fasern als alleinige Bewehrung im konstruktiven Ingenieurbau auf wenige Anwendungsgebiete beschränkt (z. B. Aufnahme von Zwangbeanspruchungen). Unter Zugbeanspruchung lässt sich zudem mit den in der Praxis für normalfeste Betone gebräuchlichen Fasergehalten nach der Erstrissbildung kaum ein verfestigendes Verhalten erzielen. Kombiniert man jedoch Stabstahlbewehrung und Faserbewehrung zu einem stahlfaserverstärkten Stahlbeton, so addieren sich die Vorteile beider Verbundwerkstoffe gleichermaßen. Besonders bei erhöhten Anforderungen an die Rissbreite (Größenordnung: unter 0, 1 mm) kann durch gemischte Bewehrung aus Stabstahl und Fasern eine wesentliche Verbesserung gegenüber Stahlbeton erzielt werden. Im Teil 1 dieses Beitrags wurden die für das Verständnis der unterschiedlichen Wirkungsweisen der beiden Bewehrungselemente “Stabstahl” und “Fasern” erforderlichen mechanischen Zusammenhänge dargestellt. Im Teil 2 erfolgt eine Überprüfung der abgeleiteten Beziehungen anhand experimenteller Untersuchungen an gemischt bewehrten Zugelementen aus ultrahochfestem Beton (UHPC). Für UHPC erreicht die Thematik besondere Aktualität, da aus Gründen der Duktilität der Einsatz von Fasen bei diesen Betonen die Regel ist. Der Nachweis der Begrenzung der Rissbreite bei kombinierter Bewehrung wird zudem an zwei Rechenbeispielen veranschaulicht. Crack Formation and Tensile Behaviour of Concrete Members Reinforced with Rebars and Fibres exemplified by Ultra‐High‐Performance Concrete. Part 2: Experimental Investigations and Examples of Application Due to the problem of possible inhomogeneities of fibre distribution/orientation the use of fibres as sole reinforcement is limited in engineering practice to few applications (e. g. coverage of stresses due to constraints). In addition, it is hardly possible to obtain strain hardening after first crack formation with fibre contents commonly used for normal strength concretes. However, if steel fibre reinforcement is used in combination with bar reinforcement, the advantages of both components are additive in the composite material. Especially for enhanced requirements concerning the crack width (order of magnitude: 0.1 mm), with combined reinforcement of rebars and fibres an essential improvement compared to reinforced concrete can be achieved. In part 1 of this contribution the mechanical relationships required for the understanding of the different behaviours of the two reinforcing elements “rebars” and “fibres” have been presented. In part 2 the derived relationships are validated on the basis of experimental investigations on tensile members with combined reinforcement made of ultra‐high‐performance concrete (UHPC). For UHPC the topic is of special interest, because fibres are added to these concretes generally to improve ductility. The crack width control with combined reinforcement is furthermore illustrated by means of two examples.

Rissbildung von biegebeanspruchten Bauteilen aus Ultrahochfestem Faserbeton

“…It is affected by various parameters such as the fibre geometry, the content of fibres, the bond strength between fibre and binder matrix, the strength of the matrix, the shrinkage of the concrete and the orientation of the fibres. All these parameters are considered in a theoretical model for UHPFRC under tension (Leutbecher [1]). In the paper presented here the range of validity of this model is extended to bending stress.…”

“…Das Schwinden hat auf die Kraft, die notwendig ist, um eine Faser auszuziehen, keinen Einfluss, es gilt: σ f0,r,(1,shr) = σ f0,r, (1) . Die Aktivierungslänge der mittig im Riss liegenden voll aktivierten Faser unter Berücksichtigung des Schwindens ergibt sich daher durch Einsetzen von Gl.…”

“…Es wird eine gleichmäßige Verteilung der Einbindetiefen von 0 bis l ef0, (1,shr) angenommen. In [1] wird gezeigt, dass die vereinfachte Annahme, dass …”

Untersuchungen zur Anwendung von UHPFRC‐Tübbingen bei der zweischaligen Tunnelbauweise

“…Es gilt das "Strain Softening Law", wobei der Abfall der Festigkeit im Zugbereich (Nachrisszugfestigkeit) bei großen Dehnungen bzw. Rissbreiten tatsächlich meist deutlicher ist, als dies in der zugrunde gelegten Arbeitslinie wiedergegeben ist [32].…”

Experimental investigations on the scattering in the post cracking tensile behaviour of UHPFRC

“…(Gröger et al, 2012;Leutbecher, 2012;Fehling et al, 2013). In bending test series, deviations of ± 30% are common.…”