Interaktionsbemessung für schlanke Querschnitte aus UHPC

Aus ultrahochfestem Beton (UHPC) lassen sich extrem filigrane Strukturen errichten. Strukturoptimiert sind diese material- und ressourceneffizient. Die Querschnitte sind nicht mehr zwangsläufig massige Vollquerschnitte, sondern können beliebige Formen annehmen. Durch geometrische Ungenauigkeiten, die für bewehrte Bauteile aus Normalbeton inhärent im Teilsicherheitskonzept berücksichtigt werden, können bei sehr schlanken UHPC-Querschnitten die tatsächlichen Tragfähigkeiten überschätzt werden. Für eine Bemessung gegen Biegung (M) mit Längskraft (N) werden dazu M-N-Interaktionsdiagramme hergeleitet, welche die Materialmodelle der in Entstehung befindlichen DAfStb-Richtlinie “Ultrahochfester Beton” adaptieren. Es zeigt sich, dass in biege- und druckdominanten Dehnungsbereichen der Einfluss von geometrischen Ungenauigkeiten maßgeblichen Einfluss auf die Tragfähigkeit besitzt. Daher müssen bei der Herstellung von schlanken UHPC-Bauteilen die Anforderungen an die Qualitätssicherung höher ausfallen, z. B. durch eine qualitätsgesicherte automatisierte Vorfertigung. Alternativ sind konservativ reduzierte Querschnitte anzusetzen. Für hochbewehrte Bauteile wird zusätzlich der Ansatz von Nettoquerschnittswerten empfohlen.

M-N design for slender UHPC sections
Ultra-high performance concrete (UHPC) allows for extremely slender structures to be built. Due to structural optimization, these are material- as well as resource-efficient. Cross-sections are no longer solid and heavy, but become freely formable. Due to geometric inaccuracies - inherently considered by the partial safety factor concept for components made of normal strength reinforced concrete, the actual load-bearing capacities might be overestimated for very slender cross-sections made of UHPC. To design sections subjected to combined bending (M) and axial forces (N), M-N design charts are derived, which adapt the material models of the DAfStb guideline “Ultra-High-Strength Concrete” being currently developed. In bending- and compression-dominant strain regions, geometric inaccuracies decide on the load-bearing capacity. Therefore, the requirements for quality assurance, e.g. in lean production for fabrication of slender UHPC components must be higher. Alternatively, conservatively reduced cross-sections should be used. For highly reinforced components, the use of net sectional properties is strongly recommended.