Stahlfaserbetonbauteile praxisgerecht berechnen, bemessen und optimieren

Herrn Prof. Dipl.-Ing. Dr.phil. Dr.techn. Dr.-Ing. E.h. Konrad Bergmeister anlässlich seines 60. Geburtstages gewidmet
Stahlfaserbetonbauteile benötigen gegenüber konventionellen Stahlbetonbauteilen besondere Methoden zur Dimensionierung. Lineare Schnittgrößenberechnungen sind meist wenig hilfreich, weil sie Tragreserven aus Umlagerungsmöglichkeiten deutlich unterschätzen. Materiell nichtlineare Berechnungen wie die Bruchlinientheorie bieten sich an. Für die Bemessung ist der aus der Faserwirkung additiv entstehende Zuganteil einzubeziehen, was gesonderte Ansätze und Verfahren zur Gleichgewichtsiteration erfordert. Die Fasertragwirkung wird dabei als Eingangswert über Leistungsklassen gewählt und nicht etwa wie bei klassischen Bemessungen als Ergebnis bestimmt. Es bleibt dann unklar, ob die a priori getroffene Wahl wirklich wirtschaftlich war. Der Beitrag stellt dazu eine gekoppelte Lösungsstrategie vor. Sie nutzt zunächst wirtschaftliche, nichtlineare Schnittgrößenermittlungen. Auf Querschnittsebene werden die Schnittgrößen zur Biege- und Querkraftbemessung von beliebig bewehrten Rechteckquerschnitten verwendet. Angeschlossen ist dabei auch die Rissbreitenbeschränkung. Letzter Schritt ist die rückwärtsgerichtete Optimierung der Faserklassen, welche die Leistungsklassen in Wertung der Bemessungsergebnisse auf tatsächlich nötige Größen reduziert. Das gekoppelte Verfahren ist in einem intuitiv nutzbaren Tabellenkalkulationsprogramm implementiert, welches zum freien Download zur Verfügung steht. Beispiele zeigen die Anwendung und Konsequenzen für die Praxis.

Practical calculation, design and optimization of steel fibre reinforced concrete structures
Compared to conventional reinforced concrete structures, steel fibre reinforced concrete structures require special design methods. Linear-elastic calculations of internal forces are usually not very helpful because they significantly underestimate the load-bearing reserves from redistribution. Nonlinear calculation methods, such as the yield line theory, are more appropriate. For the design, the additive tensile component resulting from the fibre effect must be included, which requires separate approaches and procedures for equilibrium iteration. Herein, the fibres' contribution is chosen as input by means of classes but not as a result of conventional design. It then remains unclear whether the a priori choice was economical. The contribution presents a coupled solution strategy. First, it uses economic, non-linear internal force calculations. On cross-sectional level, the internal forces are used for bending and shear design of arbitrarily reinforced rectangular cross-sections. The crack width limitation is also included. The last step is the backward optimization of the fibre classes, which reduces the performance classes to the actual necessity with respect to the design results. The coupled procedure is implemented in an intuitively usable spreadsheet program, which is available for free download. Examples show the application and consequences for practice.