Untersuchung zum Tragverhalten von zugbeanspruchten Bauteilen aus hochduktilem Beton und Stahlbewehrung

Hochduktiler Beton ist ein mit kurzen Kunststofffasern bewehrter Hochleistungsverbundwerkstoff auf Zementbasis, der unter Zugbelastung eine hohe nichtelastische Verformbarkeit und ein verfestigendes Materialverhalten aufweist. Der alleinige Einsatz von Fasern als Bewehrung ist im konstruktiven Ingenieurbau jedoch auf wenige Anwendungsgebiete beschränkt, sodass in tragenden Bauteilen eine Kombination von hochduktilem Beton und konventioneller Stahlbewehrung erforderlich wird. Das Zusammenwirken beider Bewehrungsarten soll ein günstiges Trag- und Verformungsverhalten von zugbeanspruchten Bauteilen herbeiführen. Die rissüberbrückende Wirkung der Fasern führt dabei zu einer deutlichen Steigerung der Tragfähigkeit und hat durch die geringen Verformungen im Zustand II einen günstigen Einfluss auf die Gebrauchstauglichkeit. Des Weiteren werden durch das Zusammenwirken von Fasern und Stahlbewehrung die Rissbreiten deutlich reduziert und dadurch eine wesentliche Verbesserung der Dauerhaftigkeit erzielt. Um diese Zusammenhänge im bauwerkrelevanten Maßstab nachzuweisen und zu analysieren, wurden einaxiale Bauteilzugversuche durchgeführt, auf deren Basis das globale und lokale Zugtragverhalten der großformatigen Verbundkörper beschrieben werden kann. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen dargestellt und Schlussfolgerungen in Bezug auf die Bemessung und Konstruktion von zugbeanspruchten Stahlbetonbauteilen aus hochduktilem Beton gezogen.

Structural behaviour of steel-bar-reinforced SHCC elements subjected to tensile loading
Strain-hardening cement-based composite (SHCC) is a high-performance cementitious material which exhibits high, non-linear deformation capabilities and strain-hardening behaviour under tensile loading. This behaviour is achieved by utilizing micro-mechanical effects which induce multiple cracking by bridging cracks with polymer fibres. The goal of the research work at hand is to acquire a deeper understanding of the interaction between steel reinforcement and SHCC under tensile loads. The mechanical interrelation between these two materials is governed by the tensile-deformation behaviour of both steel and SHCC and the bond between them as well. The material properties and their combined influence on the global and local deformation behaviour of structural members under tensile load were analysed in order to enable the sustainable, efficient design of structures made of steel-reinforced SHCC (R/SHCC). A series of large-scale uniaxial tension tests was carried out to investigate the influence of the reinforcement ratio on the deformation and cracking behaviour of R/SHCC elements. The results showed that the load bearing-deformation characteristics of the elements under tensile load is governed by the multiple-cracking behaviour of the SHCC after initial cracking. It could be concluded that the multiple cracking of SHCC enhances the load-bearing capacity of the slab in comparison to slabs made of ordinary RC and prevents the development of large cracks, even at low reinforcement ratios.