Trag- und Verformungsverhalten von biegebeanspruchten Bauteilen aus Infraleichtbeton
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Untersuchungen zeigten, dass ILC ein hochkomplexer Leichtbeton ist, dessen zielgenaue Herstellung von einer Vielzahl von Parametern abhängig ist. Aus der Vielzahl an experimentellen Untersuchungen konnten durch begleitende Materialprüfungen alle wichtigen Eigenschaften jeder ILC-Güte mit relativ hoher statistischer Sicherheit bestimmt werden. Das spröde linearelastische Materialverhalten von ILC ist entscheidend für das Verbund-, Trag- und Verformungsverhalten bei Zug- und Biegebeanspruchung bewehrter Bauteile sowie derer Materialmodelle. Das Verbundverhalten wird als „starrer“ Verbund bezeichnet und ist gekennzeichnet durch einen deutlich steileren Anstieg der τ-s-Beziehung als bei Normalbeton. Das vorhandene Verbundgesetz für Leichtbeton aus MC90/B8 wurde für ILC angepasst und hat nun eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen. Die Verbundfestigkeiten können auf der sicheren Seite liegend mit den bekannten Gleichungen aus MC90/B8 berechnet werden. Ebenso liefern die bekannten Gleichungen nach EC2 zur Bestimmung der Bemessungswerte konservative Ergebnisse. Das Verformungsverhalten von bewehrten ILC-Bauteilen entspricht in seiner Charakteristik den bekannten σ-ε-Linien zugbeanspruchter Stahlbetonbauteile. Aus den Versuchen wurde ein Völligkeitsbeiwert von βt = 0,8 zur Berücksichtigung des Mitwirkens des ILC auf Zug ermittelt. Die Nachrechnung der markanten Punkte durch die vorhandenen Gleichungen, unter Verwendung dieses Völligkeitsbeiwertes zeigte eine realitätsnahe Beschreibung des Verformungsverhaltens. Die Stabzugversuche zeigten unter Berücksichtigung der vorhandenen Streuung ein günstiges Rissverhalten, gekennzeichnet durch eine gleichmäßige Rissverteilung bestehend aus geringen Rissabständen und –breiten. Allgemein gültige Zusammenhänge zwischen einwirkender Belastung und Rissabstand und -breite wurden durch die Versuche bestätigt. Ein Einfluss der ILC-Güte oder des Bewehrungsdurchmessers war nicht erkennbar. Im schwindbehafteten Zustand ergeben sich wegen der eingeprägten Betonzugspannungen größere Rissbreiten als im schwindfreien Zustand. Die vorhandenen Berechnungsmethoden berücksichtigen sowohl das Bewehrungsmaterial, als auch den Lastzustand. Die Berechnung der Rissbreite nach MC2010 mit Berücksichtigung des Schwindeinflusses zeigt eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Werten aus den Versuchen. Aus den Nachrechnungen der Balkenversuche konnten M-κ-Beziehungen aufgestellt werden, die das Trag- und Verformungsverhalten wirklichkeitsnah beschreiben. Bedeutender Unterschied zum gängigen Bemessungsmodell wird beim ILC von einem linearelastischen Materialverhalten ausgegangen, das durch eine dreiecksförmigen Spannungsverlauf der Druckzone gekennzeichnet ist. Das Verformungsmodell ist abhängig von der ILC-Güte, dem Bewehrungsgrad und -material und verläuft nahezu identisch mit den experimentellen Werten, liefert allerdings nicht die getestete Traglast. Die Ergebnisse der berechneten Traglasten lagen stets weit auf der sicheren Seite. Aus den Erkenntnissen konnten Bemessungshilfen auf der Grundlage bekannter Berechnungsmodelle nach EC2 entwickelt werden, die folgerichtig konservative Ergebnisse liefern. Die berechneten Verformungen führen im Gebrauchslastniveau zu sehr guten Übereinstimmungen, können aber wegen der unterschätzten Traglasten keine genauen Werte zur maximalen Durchbiegung liefern. Der ermittelte Völligkeitsbeiwert βt aus den Stabzugversuchen leistete dementsprechend einen wichtigen Beitrag zur Berechnung der M-κ-Linie der Balkenversuche. Die untersuchten Balken erfuhren grundsätzlich und unabhängig von der Versagensart große Verformungen. Dieses duktile Verhalten konnte auch rechnerisch nachgewiesen werden. Das Rissverhalten der Biegebalken zeigte analog zu den Stabzugversuchen eine gleichmäßige Rissverteilung bestehend aus geringen Rissabständen und –breiten. Die Anwendbarkeit der bekannten Berechnungsmethoden zur Ermittlung der Rissbreite wurde wiederum bestätigt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Bond and Deformation Behaviour of Rein-forced Infra-Lightweight Concrete (ILC). In: Proceeding of FIB International Conference, S. 116–117
Hückler, Alex; Schlaich, Mike
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Trag- und Verformungsverhalten von biegebeanspruchten Bauteilen aus Infraleichtbeton (ILC). Dissertation. Göttingen: sierke-Verlag. 2016
Hückler, Alex
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Infraleichtbeton : Reif für die Praxis. In: Beton- und Stahlbetonbau 112 (2017), Nr. 12, S. 772–783
Schlaich, M.; Hückler, A.
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Zur Biegung von Infraleichtbetonbauteilen - Werkstoff-, Verbund-, Trag- und Verformungsverhalten. In: Beton- und Stahlbetonbau 112 (2017), Nr. 5, S. 282–292
Hückler, A.; Schlaich, M.
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Structural Behavior of Reinforced Infra-Lightweight Concrete (ILC). In: ACI structural journal 116 (2019), Nr. 2, S. 3–14
Hückler, A.; Schlaich, M.
