Untersuchung der Grenzen der Anwendbarkeit von Schubmodellen von Stahlbetonbauteilen
Autor: Magnus List
Sprache: Englisch
Kurzfassung
Fast alle aktuellen Normen definieren den Mindestbewehrungsgehalt auf Grundlage der Betonfestigkeit und der Fliessgrenze der Bewehrung. Diese Arbeit liefert eine Methode zur Bestimmung des Mindestbewehrungsgehalts von Stahlbetonbauteilen in Abhängigkeit vom Längsbewehrungsgehalt, der Duktilität der Bewehrung und der maximalen Korngröße des Betons. Zu diesem Zweck werden drei Schubmodelle für Membranelemente aus Stahlbeton und ihre theoretischen Grundlagen untersucht: die Fliessbedingungen, das Cracked Membrane Model with Rotating cracks (CMM-R) und das Cracked Membrane Model with Fixed cracks (CMM-F).
Im Prinzip ist das CMM-R ein Modell, das das Verhalten bei zunehmender Belastung bis zum Versagen mit einer Abflachung der Rissneigungen gut beschreiben kann. In der Norm ist die Rissneigung jedoch auf einen Mindestwert von 25° begrenzt, um ein duktiles Versagen zu gewährleisten und Gleiten der Risse zu verhindern. Durch Aktivierung der Verzahnungsspannungen der Risse kann eine Erhöhung der Schubfestigkeit erreicht werden. Damit lassen sich mit dem CMM-R auch Winkel von weniger als 25° für hohe ρx rechtfertigen. Dies bedingt jedoch ein spröderes Versagen durch Gleiten der Risse und geringere Stahlspannungen in die z-Richtung. In dem Bereich, in dem das CMM-F unter das CMM-R fällt, ist die Verzahnung der Gesteinskörnung im Beton der Haupttragmechanismus, der nach der obigen Logik mit dem höchsten Risiko für den:die Ingenieur:in verbunden ist. Aus dieser Logik ergibt sich eine Bemessungsempfehlung für die Mindestbewehrung, die auf den Ergebnissen der Modelle basiert.
Beim CMM erfolgt die Berechnung der Rissabstände anhand vom Zuggurtmodel. Bei Membranelementen mit geringem Bewehrungsgehalt können folgende Phänomene bei der Rissbildung auftreten: (a) die Verbundspannungen werden nicht über die gesamte Länge des Risselements aktiviert und (b) es kommt zum Fliessen des Stahls am Riss, was zu grösseren Rissabständen führt. Diese Phänomene sind Inkonsistenzen bei der aktuellen Implementierung des CMM. Die vorliegende Arbeit untersucht die Effekte im Bereich der Mindestbewehrung, stuft sie aber als unkritisch für die Ergebnisse ein.
