Querkrafttragfähigkeit carbonbewehrter Betonbauteile ohne Querkraftbewehrung - Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss des Bewehrungsgrads auf das Tragverhalten

Herrn Professor Dr.-Ing. Josef Hegger zu seinem 65. Geburtstag gewidmet
Faserverstärkte Kunststoffe bzw. Faserverbundkunststoffe (FVK) als Bewehrung für Betonbauteile im konstruktiven Ingenieurbau gewinnen immer mehr an Bedeutung. Sie unterscheiden sich im Vergleich zu konventioneller Betonstahlbewehrung hinsichtlich des Elastizitätsmoduls, der hohen möglichen Zugfestigkeiten sowie des Verbundverhaltens. Wenn Betondruckversagen ausgeschlossen wird, verringert sich bei gleichem mechanischem Längsbewehrungsgrad und damit einhergehend gleicher Biegetragfähigkeit durch die hohe Zugfestigkeit der erforderliche Bewehrungsquerschnitt und damit auch der geometrische Längsbewehrungsgrad. Dieser Effekt führt zu einer verringerten Querkrafttragfähigkeit und vergrößerten Rissbreiten und -abständen.
Im vorliegenden Beitrag werden experimentelle Untersuchungen zur Querkrafttragfähigkeit von Betonbauteilen ohne Querkraftbewehrung vorgestellt und ausgewertet. Bei den Bauteilen handelt es sich zum einen um Bauteile mit plattenförmigem Querschnitt und textiler Carbonbewehrung und zum anderen um Balken mit Carbonstäben. Für einen direkten Vergleich zu konventionell bewehrten Bauteilen wurden Referenzversuche mit Betonstahl und vergleichbarem mechanischem Bewehrungsgrad durchgeführt. Neben einer detaillierten Beschreibung der Kennwerte der verwendeten Materialien sowie einem direkten Vergleich des Trag- und Verformungsverhaltens der Bauteile erfolgt eine Auswertung des Rissverhaltens. Abschließend wird der Einfluss des Bewehrungsgrads auf die Querkrafttragfähigkeit dargestellt und die daraus resultierenden Schlussfolgerungen zusammengefasst.

Shear strength of carbon-reinforced concrete members without shear reinforcement - Experimental investigations of the influence of the reinforcement ratio on load-bearing behaviour
Fibre-reinforced polymers (FRP) as reinforcement for concrete members in structural engineering are becoming increasingly important. Compared to conventional steel reinforcement, FRP reinforcement is different in terms of modulus of elasticity, tensile strength and bond behaviour. If concrete compression failure can be excluded, members with the same mechanical ratio of longitudinal reinforcement have the same bending load bearing capacity. The high tensile strengths of FRP reinforcement can lead to a reduced required reinforcement area and thus geometric ratio of longitudinal reinforcement. This effect leads to a reduced shear strength and increased crack widths and spacings.
This article presents and evaluates experimental investigations on the shear strength of concrete members without shear reinforcement. Two different member types were analysed: slabs with textile carbon reinforcement and beams with carbon bars. For a direct comparison with conventionally reinforced members, reference tests with steel reinforcement and comparable mechanical reinforcement ratio were carried out. In addition to a detailed description of the specific properties of the used materials and a comparison of the load-bearing and deformation behaviour of the members, a precise evaluation of the cracking behaviour is shown. Finally, the influence of the reinforcement ratio on the shear strength is presented and the resulting conclusions are summarised.