Analytical shear response of reinforced concrete beams using cracked membrane model

Autor: Andreas Näsbom
Sprache: Englisch

Kurzfassung

Der Inhalt dieser Masterarbeit ist die Entwicklung eines Tools für die Querschnittsanalyse von Stahlbetonträgern, welches den gesamten 2-dimensionalen Spannungs- und Dehnungszustand eines Querschnitts beschreiben kann. Das zugrundeliegende mechanische Modell, welches den Zusammenhang zwischen dem Verformungszustand eines finiten Elementes im Querschnitt und seinem Spannungszustand herstellt, ist das Gerissene Scheibenmodell (Kaufmann, 1998). So können Vorgänge wie die Entfestigung des Betons aufgrund von Hauptzugdehnungen oder die Zugversteifung von Schub – und Biegebewehrung erfasst werden. Ein Algorithmus zur numerischen Berechnung des Schubspannungsprofils ist analog zum Querschnittsanalyse-Programm «Response 2000» (Bentz, 2000) implementiert.
Das entwickelte Programm liefert stabile Resultate für schlaff bewehrte rechteckige Hohl- und Vollquerschnitte sowie für I/T-Träger, wobei - insbesondere in Bezug auf die reine Schubanalyse - einige numerische Schwierigkeiten verbleiben. Mit der implementierten Querschnittsanalyse wird dann das Verhalten verschiedener Querschnittstypen mit unterschiedlichem Bewehrungsgehalt untersucht. Ein spezielles Augenmerk wird dabei auf die Analyse des Schubspannungsprofils unter moderater und hoher Biegebeanspruchung gelegt. Die gewonnenen Erkenntnisse werden mit den Resultaten herkömmlicher Ansätze, beispielsweise nach SIA 262, verglichen. Biegemoment – Schubkraft Interaktionsdiagramme werden hergeleitet, welche die Fähigkeit eines Querschnitts aufzeigen, bei gegebener Biegebelastung eine gleichzeitig wirkende Schubkraft aufzunehmen. Sie zeigen eine sehr gute Übereinstimmung zu den Interaktionsdiagrammen von «Response 2000». Ausserdem beinhaltet das Programm ein Tool zur Simulation von einfach gespannten, symmetrisch belasteten Balken. Damit ist es möglich, den gesamten 2D Belastungs- und Verformungszustand an jedem Punkt des Balkens zu verfolgen. Überdies können Rissrichtungen modelliert werden.
Der Vergleich einer kleinen Serie von Experimenten zu den numerischen Simulationen zeigt, dass das vorliegende Tool vielversprechende Resultate liefert bezüglich Last- Verformungsverhalten und der Abschätzung von Maximallasten. Letzteres gilt jedoch nur für Schubbewehrungen mit ausreichend Duktilität und Bewehrungsgehalt. Speziell für niedrige Bewehrungsgehalte liefern die Berechnungen signifikant zu kleine Schubwiderstände. Anpassungen am Modell, um das tatsächliche Verhalten von Trägern besser zu beschreiben werden nötig sein, um die Berechnungen weiter zu verbessern.