Optimierung des Tragverhaltens und der Bemessungsansätze von betonstahlbewehrtem Stahlfaser

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Ingrid Kurzmann
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1 Fyp'j rli I Fachhochschule Potsdam University ofapplied Sdences Kurztitel: Betonstahlbewehrter Stahlfaserbeton FKZ: 1775A08/1775B08 HT WIC» Leipzig Fachbereich 3: Bauingenieurwesen Fachgebiet Baustoffe Schlussbericht Fakultät Bauwesen Institut für Betonbau(IfB) Optimierung des Tragverhaltens und der Bemessungsansätze von betonstahlbewehrtem Stahlfaser beton bei unterschiedlichen Faserarten" Kurztitel: Betonstahlbewehrter Stahlfaserbeton Schlussbericht Juni 2011 Zuwendungsempfänger: HTWK Leipzig / FH Potsdam FKZ: FKZ: 1775A B08 (FH Potsdam) (HTWK Leipzig) Laufzeit: Projektleiter HTWK und Koordinator: Prof. Dr.Ing. Klaus Holschemacher Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur (FH) Fachbereich Bauwesen KarlLiebknechtStr Leipzig Projektleiter FHP: Prof. Dipl.Phys. Klaus Landwehrs Fachhochschule Potsdam Fachbereich Bauingenieurwesen Pappelallee Potsdam Sachbearbeiter: Dipl.Ing. Silvio Konzack (FH Potsdam) M.Sc. Dipl.Ing. Torsten Müller (HTWK Leipzig)

2 Herstellung I Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis TabellenVerzeichnis I VI XV 1 Einleitung Projektbeschreibung Problemstellung Aufbau der Arbeit / Versuchsprogramm Forschungsziele 4 2 Stahlfaserbeton Baustoff Beton Historische Entwicklung der Faserbetone Einsatz von Stahlfaserbeton im Bauwesen Übersicht zur Marktsituation für Stahlfaserbeton Anwendungsgebiete von Stahlfaserbeton Beispiele für die Anwendung von Stahlfaserbeton Vorzüge der Anwendung von Stahlfaserbeton Faserarten Allgemeines Stahlfasertypen und Eigenschaften Wirkungsweise von Stahlfasern im Beton Allgemeines Rissverhalten Verbundverhalten zwischen Stahlfaser und Betonmatrix Wirkung der Stahlfasern im ungerissenen Zustand Begrenzung der Makrorissbildung durch Stahlfasern Beeinflussung der Frischbetoneigenschaften Beeinflussung der Festbetoneigenschaften Allgemeines Einfluss der Fasergeometrie Einfluss des Fasergehaltes Einfluss der Faserorientierung Einfluss der Faserfestigkeit 55

3 Richtlinie Richtlinie Merkblatt II 2.7 Betontechnologische Anforderungen an Stahlfaserbeton Allgemeines Grundsätze der Zusammensetzung Herstellung Verarbeitung Nachbehandlung Tragverhalten Druckbeanspruchung Zugbeanspruchung Biegebeanspruchung 62 3 Kombinationsbewehrung 64 4 Bemessungsregelungen in Deutschland und weltweit Betrachtungen zu den Regelungen anderer Nationen Normative Situation in Deutschland Ermittlung der Materialkennwerte von Stahlfaserbeton in Deutschland Auswertung nach DBV Auswertung nach DAfStb Richtlinie Vergleich DBVMerkblatt und DAfStb Richtlinie Spannungs Dehnungsbeziehungen DBVMerkblatt DAfStb Biegebemessung von Querschnitten DBVMerkblatt DAfStb Richtlinie Ermittlung der Mindestbewehrung zur Rissbreitenbegrenzung DBVMerkblatt DAfStb Ermittlung der Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität 89 5 Grundlagen zur Rissbreitenberechnung Allgemeines Rissbreitenmodelle im Stahlbeton DIN 1045 (88) Heft 400 DAfStb Model Code DIN Heft 525 DAfStb Eurocode 2 (EC 2 mit nationalem Anhang) Bewertung der Rissbreitenmodelle 100

4 III 5.3 Rissbreitenmodelle für Stahlfaserbeton DAfStbRichtlinie Stahlfaserbeton" DBVMerkblatt Stahlfaserbeton" / RILEM Hartwich, Marti Feyerabend Kützing Bewertung der Rissbreitenmodelle Rissbreitenmodelle für Kombinationsbewehrung DAfStbRichtlinie Stahlfaserbeton" DBVMerkblatt Stahlfaserbeton" Vißmann Hartwich Schnütgen und Winterberg Schütte und Niemann Vandewalle/Dupont Hemmy Leutbecher Bewertung der Rissbreitenmodelle Versuchsprogramm Verwendete Ausgangsmaterialien Stahlfasern Stabstahl Betonrezepturen Ermittlung der Frisch und Festbetoneigenschaften Untersuchungen an kleinformatigen Biegebalken Versuchsübersicht Bewehrungsvarianten Herstellung der Prüfkörper Lagerung der Prüfkörper Ermittlung der Biegezug und Nachrissbiegezugfestigkeiten Untersuchungen an großformatigen Biegebalken Auswahlkriterien für Fasertyp, Fasergehalt und Bewehrungsgrad Probekörper Versuchsübersicht Kennwerte für die Vorbemessung Ermittlung der Mindestbewehrung Schnittgrößen für Erstrissbildung und Biegebemessung Herstellung und Lagerung Versuchsaufbau Laststufen 151

5 IV Messweilerfassung Versuchsergebnisse Betoneigenschaften Frischbetoneigenschaften " Festbetoneigenschaften Gesamtübersicht Spaltzugfestigkeit Druckfestigkeit EModul Ergebnisse der 4PunktBiegezugversuche an kleinformatigen Biegebalken LastVerformungskurven Stahlfaserbeton ohne Stabbewehrung Kombinierte Bewehrung mm Kombinierte Bewehrung mm Biegezugfestigkeiten Faserverteilung Rissentwicklung Rissanzahl Maximale Rissbreiten Betoneigenschaften der großformatigen Biegebalken Frischbetoneigenschaften Festbetoneigenschaften Gesamtübersicht Ergebnisse der 4PunktBiegezugversuche an großformatigen Biegebalken LastVerformungskurven Durchbiegung der Biegebalken Rissanzahl Rissbreiten Ergebnisse der Setzdehnungsmessung Versuchsauswertung Untersuchungen an kleinformatigen Biegebalken Traglaststeigerung bei Kombinationsbewehrung Traganteile der Stahlfasern bei kombinierter Bewehrung Nachrissbiegezugfestigkeiten nach DBVMerkblatt und DAfStbRichtlinie Vergleich der rechnerischen Biegetragfähigkeit mit den Versuchen Reduzierung der Mindestbewehrung Nachrechnung der LastVerformungskurven von Stahlfaserbeton Untersuchungen an großformatigen Biegebalken LastVerformungsBeziehung 226

6 Schlupf Beziehung V 9 Vergleich der Ergebnisse der großformatigen Simulationen Balken mit ATENA Allgemeines Eingangswerte Standardparameter Materialverhalten Druck Materialverhalten Zug unbewehrter Normalbeton Stahlfaserbeton Verbundspannungs Simulation mittels Patchtest SpannungsDehnungsBeziehung Betonstahl Lasteinleitung und Elementierung der großformatigen Biegebalken Einbinden der Betonstahlbewehrung in ATENA Erläuterungen zu den Lastschritten Auswertung der ATENARechnungen Eingangsparameter für Beton Darstellung der Rissebenen Ermittelte Druckfunktionen Ermittelte Zugfunktionen Ermittelte VerbundspannungsSchlupf Beziehung Ermittelte SpannungsDehnungsBeziehung Betonstahl Vergleich der gemessenen LastVerformungskurven mit der Simulation Zusammenfassung.255 Literaturverzeichnis 260 Anlagen 268

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