Bond behaviour of structural concrete - Fibre optic strain measurements at tension members with mixed and coupled reinforcement
Autorin: Tena Galkovski
Sprache: English
Kurzfassung
Der Verbund zwischen Beton und Betonstahl ist die Grundlage für das Zusammenwirken dieser Baustoffe. Er ermöglicht dem Konstrukteur von der hohen Zugfestigkeit des Betonstahls kombiniert mit dem guten Verhalten von Beton unter Druckbeanspruchung Gebrauch zu machen und trägt somit wesentlich zur Effizienz dieses Baumaterials bei. Darüber hinaus ist das Verbundverhalten massgebend für die Rissbildung und somit auch für die Duktilität eines Tragwerks oder Bauteils, sowie für die Gebrauchstauglichkeit. Weiter spielt der Verbund eine wesentliche Rolle für die Verankerungslänge von Bewehrungsstäben. Ein gründliches Verständnis ist demzufolge wichtig für die Dimensionierung. Die Bedeutung spiegelt sich auch in der Forschung wieder. Trotz dessen, dass der Verbund seit über einem Jahrhundert untersucht wird, existieren noch immer Unklarheiten und Widersprüche.
Im Rahmen dieser Masterarbeit sind faseroptische Dehnungsmessungen an Betonzugliedern mit gemischter und gekuppelter Bewehrung durchgeführt worden. Die Technologie ermöglicht eine Messung der Dehnungen des Bewehrungsstahls mit einer zeitlichen Auflösung von 3 s, einer räumlichen Auflösung von 5 mm und einer Reproduzierbarkeit von 2 μm/m und stellt sich somit als ein wertvolles Werkzeug zur Beleuchtung der Phänomene an der Schnittstelle zwischen Beton und Betonstahl heraus. Die Minderung der Verbundspannungen durch zyklische Beanspruchung kann bestätigt werden. Weitere Einflussfaktoren hierbei sind die Ober- und Untergrenze der Belastung, sowie das Niveau der aktuellen Last.
Weiter ist die Ortsabhängigkeit der Verbundspannungs-Schlupf-Beziehung markant beobachtbar. Jede Stelle vom ideellen Querschnitt bis zum Rissquerschnitt weist eine eigene charakteristische Verbundspannungs-Schlupf-Beziehung auf. Beim Vergleich zum Stand der Technik wird auch klar, dass die Untersuchung und Modellbildung an Pull-Out-Versuchen nicht sonderlich repräsentativ für ein Betonzugglied mit warm-gewalzter Bewehrung ist. Ein weiteres Manko der meisten der betrachteten Modelle ist die fehlende Berücksichtigung der Charakteristik von Verbundspannungen zu null am Riss, obgleich dies eine fundamentale und prägende Eigenschaft ist. Aus diesem Mangel heraus wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Zuggurtelement-Modell in den Grundsätzen formuliert, welches die Ortsabhängigkeit vorbedenkt und deren Parameter zudem den Einfluss der Risselementläge und einer äusseren Schädigung zu erfassen vermögen.
Zuletzt erschwert ein unerwartetes Phänomen eine genaue Auswertung der Spannungen an der Kupplung, nämlich das Auftreten von Eigenspannungen im Bewehrungsstahl während der Rissbildung. Die Kupplung ist wegen hoher Beschädigungsgefahr nicht mit Glasfasern instrumentiert, weshalb deren Belastung indirekt über die aufgebrachte Last und die gemessene Belastung in den übrigen Bewehrungslagen ermittelten werden sollte. Das Aufkommen einer weiteren unbekannten Grössen verunmöglicht dieses Vorgehen, weswegen eine angepasste Testkonstellation zur Weiterführung der Untersuchung vorgeschlagen wird.
