Exploring the limits of applicability of stress fields to assess RC structures
Autor: Davide Bianchi
Sprache: Englisch
Kurzfassung
Viele Ansätze für die Bemessung von Stahlbetonbauwerken basieren auf der Plastizitätstheorie. Ihre sichere Anwendung setzt ein ausreichendes Verformungsvermögen voraus. Bestehende Bauwerke weisen jedoch oft nur einen niedrigen Schubbewehrungsgrad auf, was zu einer geringen Duktilität führt. Aus diesem Grund sind die Voraussetzungen für die sichere Anwendung bestehender Modelle für die Querkraftbemessung, welche grösstenteils auf der Plastizitätstheorie basieren, im Allgemeinen nicht gegeben. Ziel dieser Arbeit ist deshalb die Ermittlung der Anwendungsgrenzen bestehender Modelle für die Querkraftbemessung insbesondere im Hinblick auf die sichere Überprüfung bestehender Bauwerke mit einem niedrigen Schubbewehrungsgrad.
In dieser Arbeit werden bestehende Modelle für die Querkraftbemessung mit Experimenten aus der Literatur verglichen. Dabei werden die Fachwerkmodelle mit variabler Diagonalneigung (Variable Truss Angle models, VTA) aus den Normen SIA 262 und Eurocode 2, die von Sigrist vorgeschlagenen Verallge-meinerten Spannungsfelder (Generalized Stress Field Approach, GSFA) und die Compatible Stress Field Method (CSFM) berücksichtigt. Die analysierten Experimente bestehen aus 3-Punkt-Biegeversuchen an Balken mit Rechtecks-Querschnitten und einem Schubbewehrungsgrad zwischen 0% und 0.2%.
Mit Ausnahme des erweiterten Nachweises nach FprEN 1992 1 1:2022 führen die Norm-Modelle zu sicheren Resultaten für den Querkraftwiderstand, welche jedoch in vielen Fällen stark konservativ sind. Durch die detailliertere Berücksichtigung des Verformungsvermögens stimmt der GSFA gut mit den Experimenten überein. Der GSFA gibt demnach im Allgemeinen bessere Ergebnisse als die Norm-Modelle, insbesondere für Bügel mit einer hohen Duktilität. Die Vorhersagen der CSFM stimmen ebenfalls gut mit den Experimenten überein, unter der Voraussetzung, dass die mittlere Bügeldehnung beim Bruch korrekt bestimmt wird. Es stellt sich dabei heraus, dass die Abschätzung des Rissabstandes mittels des Pull-out Modells zu guten Resultaten führt. Andererseits ist für die Spannungs-Dehnungs-Beziehung des Stahls nicht die Bruchdehnung des nackten Stahls, sondern die Fläche oberhalb des Diagramms im inelastischen Bereich massgebend. Um eine Überschätzung des Widerstandes zu vermeiden, muss deshalb eine bilineare Approximation diese Fläche beibehalten und nicht die Bruchdehnung, wie üblicherweise angenommen.
Schliesslich zeigt sich, dass der GSFA und die CSFM den Einfluss der Duktilitätsklasse der Bügel auf den Querkraftwiderstand überschätzen. Dies ist möglicherweise auf die vereinfachte Schubspannungs-Schlupf-Beziehung aus dem Zuggurtmodell zurückzuführen, muss jedoch in der weiteren Forschung vertiefter untersucht werden.
