Querkraftmodell für Bauteile ohne Schubbewehrung unter Druck‐ und Zugbeanspruchung

Abstract

Trotz der seit über 100 Jahren währenden Forschungsbemühungen im konstruktiven Betonbau basiert die Bemessung gegen Biegeschubversagen für Bauteile ohne Querkraftbewehrung nach EC2 auf einer empirischen Gleichung. In der jüngeren Vergangenheit wurde deutlich, dass dieser Ansatz insbesondere hinsichtlich des Maßstabseffekts, der Berücksichtigung des einwirkenden Moments und des Größtkorns Defizite aufweist. Außerdem zeigte sich, dass der Ansatz für Bauteile unter Zugbeanspruchung konservativ ist, was z. B. für die Bemessung und Nachrechnung von Betonsilos problematisch ist. Aus diesem Grund wurde im Rahmen der Dissertation des Autors ein mechanisch basierter Ansatz hergeleitet, der die genannten Probleme lösen soll. Der Ansatz basiert auf der Annahme, dass eine konstante Schubspannungsübertragung über einen Biegeriss notwendig ist, um die wesentlichen Gleichgewichtsbedingungen am Betonzahn zu erfüllen. Der Ausfall des hierfür erforderlichen Mechanismus, der Rissverzahnung, ist somit ursächlich für das Biegeschubversagen. Anhand eines Rissverzahnungsgesetzes wurden geschlossene Lösungen für die Biegeschubtragfähigkeit von Stahlbetonbalken unter Berücksichtigung von Normalkräften hergeleitet. Der Vergleich mit Querkraftversuchen aus Datenbanken zeigt, dass die Effekte aus einwirkendem Moment, Maßstab und gleichzeitig wirkenden Zug‐ und Drucknormalkräften zufriedenstellend berücksichtigt werden. Das Bemessungsniveau des Ansatzes wurde anhand von probabilistischen Untersuchungen nach DIN EN 1990 nachgewiesen, womit dieser auch in der Praxis angewendet werden kann.

Neue Perspektiven auf das Querkrafttragverhalten von Stahlbetonbauteilen ohne Querkraftbewehrung

“…Bereits während seiner Zeit als Doktorand in Braunschweig hat Josef Hegger zum Querkrafttragverhalten bei vorgespannten Bauteilen geforscht [47, 48] und später am Institut für Massivbau in Aachen in zahlreichen Forschungsvorhaben wesentliche neue Erkenntnisse zum Querkrafttragverhalten verschiedenster Bauarten beigetragen, z. B. zum Querkrafttragverhalten von Bauteilen mit nichtmetallischer Bewehrung [49–51], von Stahl‐ und Spannbetonbauteilen mit geringen Querkraftbewehrungsgraden [52–55], von ermüdungsbeanspruchten Spannbetonbauteilen und Schubfugen bzw. Gitterträgern [56–58], zur Querkrafttragfähigkeit bei gleichzeitiger Normalkraft [59] sowie zum Durchstanzen von Flachdecken und Fundamenten [60–62].…”

Biegeschubtragfähigkeit zentrisch vorgespannter Stahlbetonbalken unter Gleichstreckenlast

“…3) kann, insbesondere bei den Einfeldträgern, festgestellt werden, dass der Einfluss einer Druckspannung mit höherem Bewehrungsgrad und höherer Schlankheit abnimmt. Diese Einflüsse werden u. a. von den Rechenmodellen in [30, 31] erfasst und stimmen mit den durchgeführten Betrachtungen der Dehnungsebene überein. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die in den Versuchen beobachteten Effekte des systemabhängigen Einflusses der Vorspannung durch die nichtlinearen FE‐Berechnungen für eine große Anzahl an Einflussparametern bestätigt wurden.…”

Stress Field Approach for Prediction of End Concrete Cover Separation in RC Beams Strengthened with FRP Reinforcement

“…Consequently, the effective compressive strength of concrete in stress field is calculated by Equation (24): where is the plasticity of concrete coefficient [ 60 ]; is the transverse strain influential coefficient [ 58 , 59 , 60 , 61 , 62 , 63 , 64 , 65 ]; and is the cracked concrete influential coefficient [ 71 , 72 , 73 , 74 , 75 , 76 , 77 , 78 , 79 ]. The brief illustration of the reducing coefficients is given in Appendix A .…”

“…where η f c is the plasticity of concrete coefficient [60]; η ε is the transverse strain influential coefficient [58][59][60][61][62][63][64][65]; and η w is the cracked concrete influential coefficient [71][72][73][74][75][76][77][78][79]. The brief illustration of the reducing coefficients is given in Appendix A.…”

“…Therefore, the compressive strength of concrete in stress field needs to be further modified by the reducing coefficient of . The available experimental studies showed that as the spitting crack width is in the range of 0.01–0.025 for steel RC members, cracked concrete can still maintain the pronounced bond capacity with steel reinforcement [ 73 , 74 , 75 , 76 , 77 , 78 , 79 ]; in other words, it can still transfer the substantial shear stress. Due to a lack of experimental investigations about the width of splitting crack for FRP-strengthened RC beams at the critical state of concrete cover separation, the value of 0.015 is defined as the lower bound of splitting crack width to assess the reducing coefficient in this study.…”