Exploring the shear behaviour of fibre-reinforced concrete

Autor: Nicola Gehri
Sprache: Englisch
externe Seite DOI: 10.3929/ethz-b-000677209

Kurzfassung

Es ist allgemein anerkannt, dass die Beigabe von Fasern das mechanische Verhalten von Stahlbeton verbessert, und dass Fasern somit eine herkömmliche Stabbewehrung teilweise ersetzen können. Der Ersatz der manuell verlegten Bewehrungsstäbe durch eine entsprechende, dem Beton beigemischte Menge an Fasern kann zudem erhebliche wirtschaftliche und ökologische Vorteile haben. Aufgrund des unter Zugbeanspruchung oft ungünstigen Entfestigungsverhaltens nach dem Reissen des Betons wird faserbewehrter Beton heute jedoch hauptsächlich in statisch wenig beanspruchten oder untergeordneten Bauteilen eingesetzt. Andererseits haben Fasern aber ein erhebliches Potenzial als Querkraftbewehrung: Zahlreiche Experimente haben gezeigt, dass spröde Schubversagen in Balken ohne herkömmliche Querkraftbewehrung bereits durch die Beigabe einer moderaten Fasermenge verhindert werden können. Das theoretische Verständnis der Wirksamkeit von Fasern als Querkraftbewehrung ist jedoch noch begrenzt, und es gibt nur wenige für reale Tragwerke repräsentative Versuche. Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit umfassende experimentelle und theoretische Untersuchungen des Schubtragverhaltens von faserbewehrtem Beton durchgeführt. Um das Tragverhalten besser zu verstehen, wurde das Rissverhalten von faserbewehrten Trägerstegelementen detailliert untersucht. Genaue Kenntnisse über das Rissbild und die Rissuferverschiebungen sind bei faserbewehrtem Beton von besonderer Bedeutung, da die über die Risse übertragenen Spannungen der Fasern direkt mit der Risskinematik zusammenhängen.

Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer innovativen, verfeinerten Messtechnik zur automatisierten und zuverlässigen Erfassung des Rissbilds und der Rissuferverschiebung anhand von Messungen aus digitaler Bildkorrelation. Diese Messtechnik liefert detaillierte Informationen über das Rissverhalten, insbesondere bei grossmassstäblichen Experimenten mit komplexen Rissbildern, bei denen herkömmliche Rissmessmethoden unzureichend sind. Darüber hinaus wird ein Ansatz für die Bestimmung charakteristischer Risseigenschaften in homogenen grossmassstäblichen Scheibenversuchen direkt aus den Messungen der digitalen Bildkorrelation vorgestellt, der äusserst wertvolle Informationen für die Entwicklung und Validierung fundierter mechanischer Modelle liefert.

Im zweiten Teil wird das Schubtragverhalten von faserbewehrtem Beton durch experimentelle und theoretische Untersuchung der zugrunde liegenden mechanischen Phänomene untersucht. Zu diesem Zweck wurden grossmassstäbliche Schubversuche an faserbewehrten Betonscheiben, die repräsentativ für Trägerstegelemente sind, im Large Universal Shell Element Tester der ETH Zürich durchgeführt. Die Versuche wurden mit der im ersten Teil der Arbeit entwickelten, verfeinerten Rissmesstechnik instrumentiert, die tiefgreifende Erkenntnisse über das Tragverhalten von schubbeanspruchten faserbewehrten Betonbauteilen lieferte. Die gewonnenen Resultate bildeten die Grundlage für die Entwicklung eines mechanisch fundierten Modells für schubbeanspruchten faserbewehrten Beton und die Herleitung praktischer Bemessungsempfehlungen, um die Anwendung von faserbewehrtem Beton für künftige tragende Bauteile zu fördern.