Stress transfer across cracks in slightly reinforced concrete panels subjected to shear

Aggregate Interlock Analysis

Autorin: Lea Bressan
Sprache: English

Kurzfassung

Obwohl bereits viele Untersuchungen zu Stahlbetonscheiben unter Schubbeanspruchung durchgeführt wurden, kann das Last-Verformungsverhalten von Scheiben mit geringer oder gar keiner vertikalen Bewehrung noch nicht zufriedenstellend beschrieben werden. Das von Prof. Walter Kaufmann [1] entwickelte gerissene Scheibenmodell mit fixer Rissrichtung bietet eine mechanisch konsistente Möglichkeit zur Bestimmung der Spannungen, welche über die Risse übertragen werden. Den Betrag der Spannungen, welche durch das Verzahnen der Risse (aggregate interlock, AI) übernommen wird, kann jedoch noch nicht ausreichend genau quantifiziert werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden drei grosse Scheibenelemente mit schwacher Vertikalbewehrung unter reiner Schubbeanspruchung im Large Universal Shell Element Tester getestet und ihre Risskinematik analysiert. Die Rissverzahnungsspannungen werden mit Hilfe von drei etablierten Modellen aus der mittleren Risskinematik berechnet. Diese führen zu signifikant unterschiedlichen Resultaten. Alle Modelle verwenden die Vereinfachung eines geraden Risses, welcher eine Oberflächenrauigkeit besitzt. Das Verzweigen der Risse, die sogenannte Makrorauigkeit, wird nicht berücksichtigt. Die Parameter wurden an Resultaten von Kleinversuchen an vorgängig gerissenen Versuchskörpern angepasst und spiegeln somit nicht das Verhalten von realen Rissen wider. Um den zusätzlichen Widerstand, verursacht durch den nicht geradlinigen Verlaufen der Risse zu berücksichtigen, werden die Modelle auf die lokale Risskinematik angewendet. Dieser Ansatz führt zu deutlich höheren Rissverzahnungsspannungen als die Anwendung der Modelle auf die mittlere Risskinematik. Der Unterschied ist in der untenstehenden Abbildung dargestellt. Um die Modelle zu validieren, werden die Rissverzahnungsspannungen zusätzlich aus dem Gleichgewicht der mit Glasfaser gemessenen Stahlspannungen berechnet. Es kann gezeigt werden, dass die Makroverzahnung auch die Gleichgewichtsüberlegungen beeinflusst, was eine direkte Validierung der Modelle erschwert. Abschliessend werden die Versuchsresultate mit den Werten aus dem gerissenen Scheibenmodell verglichen. Das allgemeine Verhalten von Betonscheiben kann gut erfasst werden, jedoch macht die hohe Unsicherheit in den Werten der Rissverzahnungsspannungen eine genaue Vorhersage unmöglich. Verschiedene Ideen, wie die Makroverzahnung in die Modelldarstellungen einbezogen werden kann, werden diskutiert.

[1] W. Kaufmann (1998), Strength and Deformations of Structural Concrete Subjected to In-Plane Shear and Normal Forces