Trag- und Nachbruchverhalten von Stützen aus ultrahochfestem Beton mit hochfester Längsbewehrung

Steven, Guido

Mit Ultra High Performance Concrete werden Stützen möglich, deren Tragfähigkeit mit Stahl- und Stahlverbundstützen vergleichbar ist. Ohne besondere Maßnahmen versagen UHPC-Stützen deutlich spröder als konventionelle Stahlbetonstützen. Das Nachbruchverhalten kann durch eine Stahlfaserzugabe, die Erhöhung der Stahlfestigkeit und/oder des Bewehrungsgehaltes von Bügel- und Längsbewehrung verbessert werden. Um diese Maßnahmen an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen zu können, ist eine rechnerische Beschreibung des Trag- und Nachbruchverhaltens notwendig. In der Fachliteratur wird über unterschiedliche Modelle zur Bestimmung der Tragfähigkeit von Stahlbetonstützen berichtet. Ein Modell, das das Tragverhalten bügelbewehrter UHPFRC-Stützen mit hochfester Längsbewehrung einschließlich des Nachbruchbereiches wirklichkeitsnah beschreibt, existiert aber noch nicht. Die eigenen Untersuchungen konzentrieren sich auf die Tragfähigkeit und das Nachbruchverhalten von Stützen mit Schlankheiten bis 70. Als experimentelle Basis wurde ein Versuchsprogramm mit 17 Stützenversuchen durchgeführt und im Detail analysiert. Die Auswertung ergab, dass die für konventionelle Stahlbetonstützen eingesetzten Modelle zur Bestimmung der Querschnitts- und Systemtragfähigkeit auf UHPFRC-Stützen übertragbar sind. Aufbauend auf den Versuchsergebnissen wurde ein Ingenieurmodell für UHPFRC-Stützen und ein numerisches Modell entwickelt. Mit diesen Modellen können die Kraft-Verschiebungsbeziehungen von UHPFRC-Stützen einschließlich des Nachbruchbereiches wirklichkeitsnah bestimmt werden. Mit den an Versuchen validierten Modellen wurde in Parameterstudien die Wirksamkeit der Maßnahmen zur Verbesserung der Tragfähigkeit und des Nachbruchverhaltens rechnerisch untersucht. Auf dieser Grundlage konnten Vorschläge zur Bemessung und konstruktiven Durchbildung formuliert werden, die eine sichere Bestimmung der Tragfähigkeit und gezielte Anpassung des Nachbruchverhaltens an die jeweiligen Anforderungen ermöglichen.

UHPC allows rc-columns with a bearing capacity which are comparable to steel and composite columns. But when no specific mechanical measures were applied, the post-peak behaviour of UHPC-columns is significantly more brittle than conventional columns. The post-peak behaviour can be enhanced by a combination of steel fibres and higher strength and reinforcement ratio of longitudinal bars and stirrups. In order to adjust this measurements on the requirements of the application a model for the numerical determination of the load-bearing behaviour including the post-peak zone is necessary. The literature reports about different models for the numerical determination of the load-bearing capacity of rc-columns. There was no model available to accurately foresee fully load-deformation curve of UHPFRC-columns. The experimental and numerical investigations focused on the load-bearing capacity and post-peak behaviour of UHPRC-columns with a slenderness ? ? 70. As experimental basis a test programme with 17 column tests were carried out and analysed in detail. As a result it was determined that the load bearing capacity of UHPFRC-columns can be well estimated by the methods used for conventional rc-constructions. Derived from the experimental results an engineering model for UHPFRC-columns and a numerical model for been developed. These models allow the realistic determination of the fully load-deformation curve of short and slender UHPFRC-columns with high-strength longitudinal reinforcement and confining lateral reinforcement. With these tools validated on tests a parametric study was carried out. The parameter steel fibres dosage and strength and reinforcement ratio of longitudinal bars and stirrups has been. On this basis proposals for the dimensioning and structural design could be formulated, which allow a reliable determination of the load-bearing capacity and a optimum adaption of the post-peak behaviour to the requirements of the specific application.

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Steven, Guido: Trag- und Nachbruchverhalten von Stützen aus ultrahochfestem Beton mit hochfester Längsbewehrung. Braunschweig 2014. Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz IBMB.

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