Rotationsvermögen plastischer Biegerissgelenke in kombiniert bewehrten UHFB-Biegeträgern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Torsten Leutbecher
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551949869

Das Rotationsvermögen plastischer Zonen kennzeichnet die Duktilität von Stahlbeton-/Spannbetonbiegeträgern und ermöglicht bei statisch unbestimmten Strukturen die Umlagerung von Beanspruchungen. Eine Übertragung existierender Modelle zur Vorhersage des Rotationsvermögens von Stahlbeton-/Spannbetonbiegeträgern auf UHFB-Biegeträger ist nicht ohne weiteres möglich, da UHFB-Biegeträger im Allgemeinen ergänzend mit Stahlfasern bewehrt sind. Bei Kombination von Stahlfasern und Stabbewehrung werden die Zugkräfte in Rissen durch das Zusammenwirken beider Bewehrungsarten übertragen. Nach ausgeprägter Mehrfachrissbildung mit Rissen in Abständen von zum Teil nur wenigen Millimetern wird nach Überschreiten der Elastizitätsgrenze der Stabbewehrung eine Konzentration der weiteren Verformungszunahme auf wenige, oft nur auf einen einzigen Riss beobachtet. Diese sogenannte Verformungslokalisierung beschreibt für kombiniert bewehrte UHFB-Biegeträger einen dritten Versagensmodus, neben den beiden klassischen Versagensarten Betondruckversagen und Zugversagen der Längsbewehrung. Für die Prognose des Rotationsvermögens plastischer Gelenke in kombiniert bewehrten UHFB-Biegeträgern ist die Kenntnis der Momenten-Krümmungsbeziehung unter Berücksichtigung der Möglichkeit der Verformungslokalisierung Voraussetzung. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines mechanisch begründeten, analytischen Ingenieurmodells zur Bestimmung des Rotationsvermögens plastischer Biegerissgelenke in kombiniert bewehrten UHFB-Biegeträgern. Die Modellbildung erfolgt auf Basis u. a. der Hypothese, dass die Verformungslokalisierung nicht durch das Erreichen eines bestimmten Dehnungswerts, sondern einer bestimmten Rissbreite ausgelöst wird, sodass der Eintritt der Verformungslokalisierung maßgeblich von den die Rissbildung steuernden Größen, wie z. B. dem Längsbewehrungsgrad, dem Stabdurchmesser, der Querschnittshöhe und dem Spannungs-Rissöffnungsverhalten des stahlfaserbewehrten UHFB abhängt. Des Weiteren wird erwartet, dass die Heterogenität der Faserverteilung/-orientierung das Rotationsvermögen plastischer Zonen beeinflusst. Schwierigkeiten bei der Überprüfung dieser Hypothesen und einer darauf basierenden Modellbildung bereitet der Mangel an gut dokumentierten experimentellen Daten. Da die meisten Untersuchungen aus der Literatur lediglich auf die Prognose der Momententragfähigkeit des Biegeträgers, nicht jedoch auf die Verformungsfähigkeit fokussierten, wurden Verformungen und Dehnungen nur selten flächig erfasst. Ebenso existieren kaum Daten zur Faserverteilung/-orientierung. Diese Informationen sind jedoch notwendig, damit der Beitrag des stahlfaserbewehrten UHFB im Biegeriss zuverlässig bestimmt werden kann. In den im Vorhaben geplanten experimentellen Arbeiten sollen daher Rissentwicklung, Dehnungsverteilung, und Faserverteilung/-orientierung mit verschiedenen Methoden umfassend charakterisiert und auf dieser Grundlage das Ingenieurmodell entwickelt und validiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen