Methode der Stabwerkmodelle mit elastischer Bewehrung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mike Schlaich
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495079204

Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung des Trag- und Verformungsverhaltens elastisch bewehrter Diskontinuitätsbereiche (D-Bereichen), mit dem Ziel eine qualifizierte Aussage über die Anwendbarkeit der Methode der Stabwerkmodelle (STM) zu treffen.Die Relevanz des beantragten Projektes liegt in einem gesteigerten Interesse am Einsatz von korrosionsbeständiger faserverstärkter Kunststoff-Bewehrung im Betonbau. Dieses ist durch die Anforderungen an Nachhaltigkeit und Dauerhaftigkeit begründet. Um das Potential dieser linear elastischen Bewehrung wirtschaftlich, vor allem aber sicher ausnutzen zu können, bedarf es eines umfassenden Verständnisses des Tragverhaltens derart bewehrter Betonquerschnitte.Die Methode der STM idealisiert den komplexen Kraftfluss der innerlich mehrfach statisch unbestimmten D-Bereiche durch ein frei wählbares Fachwerk. Sie beruht auf dem unteren Grenzwertsatz der Plastizitätstheorie, nach dem, elastisch-ideal plastisches oder starr-plastisches Materialverhalten vorausgesetzt, jede Belastung, zu der sich ein stabiler statisch zulässiger Spannungszustand angeben lässt, nicht höher als die Traglast ist. Durch die Entkopplung von Spannungen und Verzerrungen können die Neigungswinkel im STM belastungsunabhängig als konstant angenommen werden. Die Forderung nach einem stabilen Gleichgewicht ist somit erfüllt.Bei dehnungsabhängigem Materialverhalten (linear elastischer Bewehrung) dehnen sich die Zugstreben infolge einer Belastung, woraus rechnerisch eine Rotation in den Knoten und damit eine Steigerung der Stabkräfte erfolgt. Die Forderung eines stabilen Spannungszustandes ist somit nicht erfüllt. Zur Sicherstellung eines stabilen Gleichgewichtes ist die Verträglichkeit der Rotation des STMs nachzuweisen. Die Dehnungen dürfen keine Änderung der Neigungswinkel hervorrufen.Strenggenommen trifft dies auch auf Stahlbetonquerschnitte zu. In Realität verfestigt Stahl mit zunehmender Dehnung, während Beton bei großen Stauchungen entfestigt. Durch die Begrenzung der Betonfestigkeit und die „geschickte“ Wahl des inneren Tragsystems (STMs) soll laut der Literatur sichergestellt werden, dass sich die angenommene Spannungsverteilung dennoch einstellen kann. Eine Beurteilung des Rotationsvermögens der STM ermöglicht nicht nur die Ausweitung der STM auf elastisch bewehrte Betonquerschnitte, sondern schließt gleichzeitig die bestehende Definitionslücke für den Stahlbeton.Idee ist es, die komplexen Tragmechanismen der maßgebenden Knoten auf die Ausnutzung geometrischer Reserven und mehraxialer Spannungszustände zu reduzieren. Die Beschreibung des Rotationsvermögens durch das Einschnüren der horizontalen Spannungsfelder in den diskreten Druckknoten stellt einen vielversprechenden Ansatz dar. Durch die Verlagerung der Druckstreben nach außen, können Dehnungen ohne Änderung der Neigungswinkel aufgenommen werden. Die Validierung dieses Ansatzes erfolgt in mehreren Versuchsreihen mit unterschiedlichen Knotengeometrien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen