New insights in bond and tension stiffening of reinforced concrete under monotonic and high-cyclic loading

Autorin: Yasmin Lemcherreq
Sprache: Englisch
externe SeiteDOI: 10.3929/ethz-b-000610913call_made

Kurzfassung

Das Zusammenwirken von Beton und Bewehrungsstahl im Verbund stellt eine Grundvoraussetzung des Stahlbetonbaus dar und muss über die gesamte Nutzungsdauer eines Tragwerkes gewährleistet sein. Trotz jahrzehntelanger Forschung sind einige Aspekte aufgrund von Unzulänglichkeiten in der gängigen Messtechnik und der nur schwer zugänglichen Kontaktfläche zwischen Bewehrungsstab und umliegendem Beton ohne Beeinflussung des Tragverhaltens nach wie vor unklar. Die komplexen Verbundmechanismen werden daher häufig als nominelle Verbundschubspannungen vereinfacht, die als gleichmässig entlang des Bewehrungsumfangs angenommen werden, und ihre Grösse wird als Funktion des auftretenden relativen Schlupfes angegeben. Die vorliegende Arbeit liefert neue Erkenntnisse zum Verbundverhalten durch den Einsatz von faseroptischen Sensoren, welche direkt an den einbetonierten Bewehrungsstäben angebracht sind. Im Vordergrund steht dabei die Untersuchung von Einflüssen der Ent- und Wiederbelastung, sowie wiederholter Zugbelastung auf das Verbundverhalten und auf die resultierende Zugversteifung.

Im ersten Teil dieser Arbeit wird das Potenzial kontinuierlicher faseroptischer Dehnungsmessung im Bereich der Stahlbetonforschung untersucht. Geeignete Methoden zur Instrumentierung der Bewehrungsstäbe sowie Datenerfassung und -verarbeitung, welche in einer Reihe von Pilotversuchen ermittelt wurden, werden vorgestellt. Anschliessend wird die Leistungsfähigkeit von faseroptischen Sensoren zur Messung von elastischen Dehnungen in hochzyklischen Tests sowie Dehnungen, welche die Streckgrenze der Bewehrung überschreiten, untersucht.

Im zweiten Teil dieser Arbeit werden die Ergebnisse eines umfangreichen Versuchsprogramms mit 31 Ausziehkörpern und 28 Stahlbetonzuggliedern vorgestellt, welche einer monotonen, zyklischen und hochzyklischen Belastung ausgesetzt wurden. Die hochauflösenden, internen Dehnungsmessungen in den Ausziehversuchen ermöglichten es, ihre Fähigkeit zur Beschreibung des Verbundverhaltens neu zu bewerten. Zusammen mit den Ergebnissen der Stahlbetonzugglieder konnten neue Erkenntnisse zur Verbundschädigung infolge zyklischer Belastung gewonnen werden. Diese Erkenntnisse führten zu zwei Ansätzen zur Berücksichtigung zyklischer Belastungen bei Verformungsberechnungen. Der erste Ansatz beruht auf einer numerischen Lösung der Differentialgleichung des verschieblichen Verbundes mit dem Ansatz lokaler Verbundschubspannungs-Schlupf-Beziehungen unter Berücksichtigung von vermindertem Verbund in Rissnähe sowie einer Schädigung infolge zyklischer Belastung. Der zweite Ansatz ist eine einfache Erweiterung des Zuggurtmodells um einen Faktor zur Berücksichtigung zyklischer Belastung, welcher anhand der vorgestellten experimentellen Ergebnissen kalibriert wurde.

Der letzte Teil beschreibt das Fliessverhalten von nackten und einbetonierten Bewehrungsstäben mit einem ausgeprägten Fliessplateau, wobei Diskrepanzen zwischen den neuen experimentellen Ergebnissen und der derzeit gängigen Verbundtheorie vorgestellt und deren Bedeutung erörtert werden.