Structural behavior of fibre-reinforced concrete under in-plane shear load
Autor: Luca Angst
Sprache: Englisch
Kurzfassung
Faserbewehrter Beton (FB) weist ein riesiges Potential auf, um konventionellen Stahlbeton in schubbeanspruchten Elementen wie Brückenstegen oder Schubwänden ersetzen zu können. Das Last-Verformungs-Verhalten von FB-Elementen ist jedoch trotz einer Vielzahl von experimentellen und analytischen Studien ein Thema mit vielen Wissenslücken.
Die vorliegende Arbeit versucht, verschiedene Ansätze zur Spannungsübertragung an einem Riss über Rissverzahnung und Faserspannung zu einem Modell zusammenzuführen, um das Verhalten von FB-Elementen nach dem Entstehen von Rissen zu beschreiben. Mit der Gleichgewichtsformulierung am Riss wurden die Modellvorhersagen gegen experimentelle Resultate geprüft. Dazu wurden im Rahmen der Arbeit grossmassstäbliche Schubversuche im Large Universal Shell Element Tester (LUSET) durchgeführt. LUSET erlaubt eine Versuchsanordnung mit einer für einen Brückensteg repräsentativen Beanspruchung.
Die Untersuchung der experimentellen Daten und deren Vergleich mit den Modellvorhersagen zeigt die limitierte Anwendbarkeit der Modelle auf das Rissverhalten in den Grossversuchen. Die Modelle wurden auf der Basis von Experimenten kalibriert, dessen Versuchsanordnung sich erheblich von der in dieser Arbeit dokumentierten Versuche unterscheidet, sowohl in der Grösse, als auch in der Art der Lastaufbringung und den Zwängungen. Entsprechend konnten diese Experimente das Rissverhalten und die Rissentwicklung von realen Strukturen nicht korrekt wiedergeben. Obwohl die Welligkeit der Risse in den Modellen nicht berücksichtigt wird, konnte mit einer etablierten Methode, welche die Richtungsabhängigkeit miteinbezieht, einen Weg gefunden werden, um die sogenannte Makroverzahnung abzubilden.
Von allen analysierten Rissen der Versuchsreihe konnte nur ein Riss gefunden werden, der alle Kriterien erfüllt, um eine sinnvolle Interpretation der Modelle zu ermöglichen. Für diesen Riss zeigte die Superposition von Rissverzahnungs- und Fasermodell zufriedenstellende Vorhersagen mit zufriedenstellender Übereinstimmung mit den experimentellen Resultaten. Die Rissverzahnungsmodelle wurden erweitert, um einen Richtungswechsel der Rissschiebung abbilden zu können. Die erweiterten Modelle können den Effekt von Rissöffnung mit anschliessender Rissschliessung wiedergeben und repräsentieren demnach die Rissentwicklung und das Rissverhalten von echten Strukturen genauer. Obwohl die Datenmenge äusserst klein war, zeigten die angepassten Modelle vielversprechende Resultate und die daraus resultierten Schlussfolgerungen könnten als Anhaltspunkt für weitere Forschungsprojekte dienen.
