Stahlfaserbetonbauteile praxisgerecht berechnen, bemessen und optimieren

Abstract

Stahlfaserbetonbauteile benötigen gegenüber konventionellen Stahlbetonbauteilen besondere Methoden zur Dimensionierung. Lineare Schnittgrößenberechnungen sind meist wenig hilfreich, weil sie Tragreserven aus Umlagerungsmöglichkeiten deutlich unterschätzen. Materiell nichtlineare Berechnungen wie die Bruchlinientheorie bieten sich an. Für die Bemessung ist der aus der Faserwirkung additiv entstehende Zuganteil einzubeziehen, was gesonderte Ansätze und Verfahren zur Gleichgewichtsiteration erfordert. Die Fasertragwirkung wird dabei als Eingangswert über Leistungsklassen gewählt und nicht etwa wie bei klassischen Bemessungen als Ergebnis bestimmt. Es bleibt dann unklar, ob die a priori getroffene Wahl wirklich wirtschaftlich war. Der Beitrag stellt dazu eine gekoppelte Lösungsstrategie vor. Sie nutzt zunächst wirtschaftliche, nichtlineare Schnittgrößenermittlungen. Auf Querschnittsebene werden die Schnittgrößen zur Biege‐ und Querkraftbemessung von beliebig bewehrten Rechteckquerschnitten verwendet. Angeschlossen ist dabei auch die Rissbreitenbeschränkung. Letzter Schritt ist die rückwärtsgerichtete Optimierung der Faserklassen, welche die Leistungsklassen in Wertung der Bemessungsergebnisse auf tatsächlich nötige Größen reduziert. Das gekoppelte Verfahren ist in einem intuitiv nutzbaren Tabellenkalkulationsprogramm implementiert, welches zum freien Download zur Verfügung steht. Beispiele zeigen die Anwendung und Konsequenzen für die Praxis.

Interaktionsbemessung für schlanke Querschnitte aus UHPC

“…Neben dem Ansatz beliebiger Querschnitte können so auch andere Materialmodelle berücksichtigt werden, wie z. B. Zugtraganteile von Fasern [25–27].…”

Experimente zur Schwindreduktion von hochfesten Betonbauteilen durch Wärmebehandlung

“…Es scheint daher sinnvoll, die Wärmebehandlungsdauer zu reduzieren, um den Herstellungsprozess zu beschleunigen. Im Beitrag wird dazu das Schwindverhalten von rapide wärmebehandeltem, hochfestem Beton mit und ohne Stahlfasern [24] sowie mit klassischer Stabbewehrung experimentell untersucht. Mithilfe von Antwortflächen werden die Schwinddehnungen als analytisches Metamodell in Abhängigkeit von der Temperdauer sowie vom Faser‐ und Bewehrungsgehalt approximiert.…”

Fasermengen und Leistungsklassen

“…[4,5]), konnte sich der Einsatz für den Hoch-und Ingenieurbau nicht gänzlich in der täglichen Tragwerksplanung etablieren. Insbesondere die statische Berücksichtigung der Nachrisszugfestigkeit für Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) bereitet gewisse Schwierigkeiten, da zusätzliche Zugkraftanteile im Gleichgewicht auf Querschnittsebene zu berücksichtigen sind [6][7][8]. Wichtig ist es daher, die Tragfähigkeitssteigerungen aus Faserwirkungen in Relation zu den dazu nötigen Faserzugaben zumindest näherungsweise zu quantifizieren.…”