Querkraftmodell für Bauteile ohne Schubbewehrung unter Druck- und Zugbeanspruchung

Trotz der seit über 100 Jahren währenden Forschungsbemühungen im konstruktiven Betonbau basiert die Bemessung gegen Biegeschubversagen für Bauteile ohne Querkraftbewehrung nach EC2 auf einer empirischen Gleichung. In der jüngeren Vergangenheit wurde deutlich, dass dieser Ansatz insbesondere hinsichtlich des Maßstabseffekts, der Berücksichtigung des einwirkenden Moments und des Größtkorns Defizite aufweist. Außerdem zeigte sich, dass der Ansatz für Bauteile unter Zugbeanspruchung konservativ ist, was z. B. für die Bemessung und Nachrechnung von Betonsilos problematisch ist. Aus diesem Grund wurde im Rahmen der Dissertation des Autors ein mechanisch basierter Ansatz hergeleitet, der die genannten Probleme lösen soll. Der Ansatz basiert auf der Annahme, dass eine konstante Schubspannungsübertragung über einen Biegeriss notwendig ist, um die wesentlichen Gleichgewichtsbedingungen am Betonzahn zu erfüllen. Der Ausfall des hierfür erforderlichen Mechanismus, der Rissverzahnung, ist somit ursächlich für das Biegeschubversagen. Anhand eines Rissverzahnungsgesetzes wurden geschlossene Lösungen für die Biegeschubtragfähigkeit von Stahlbetonbalken unter Berücksichtigung von Normalkräften hergeleitet. Der Vergleich mit Querkraftversuchen aus Datenbanken zeigt, dass die Effekte aus einwirkendem Moment, Maßstab und gleichzeitig wirkenden Zug- und Drucknormalkräften zufriedenstellend berücksichtigt werden. Das Bemessungsniveau des Ansatzes wurde anhand von probabilistischen Untersuchungen nach DIN EN 1990 nachgewiesen, womit dieser auch in der Praxis angewendet werden kann.

Shear strength model for members without shear reinforcement subjected to compression and tension
Despite research efforts in structural concrete for over 100 years, the shear design of EC2 against flexural shear failure for members without shear reinforcement is based on an empirical equation. In recent history it became clear, that this approach exhibits deficits i.a. regarding size effects, the effect of a concomitant moment and the aggregate size. Also, the approach is conservative for members in tension which is especially problematic for assessing structures like silos. For this reason, a mechanical approach was derived in the dissertation of the author which aims to solve the mentioned problems. The approach is based on the assumption that a constant shear flow over a flexural crack is necessary to maintain equilibrium at the concrete tooth. The failure of the corresponding aggregate interlock mechanism is therefore causative for flexural shear failure. Based on a constitutive aggregate interlock law, closed form solutions have been derived under consideration of axial forces. The comparison with shear tests from databanks shows that effects from a concomitant moment, size and from tension and compression are considered satisfactorily. The safety level of the approach was determined based on a probabilistic analysis according to DIN EN 1990 so that the approach is also applicable in practice.