Querkrafttragverhalten stahlfaserverstärkter UHFB-Biegeträger mit Kompaktquerschnitt

Bei Biegeträgern aus stahlfaserverstärktem ultrahochfesten Beton (UHFB) unterscheidet sich das Querkrafttragverhalten je nach Querschnittsform. Balken mit gegliedertem Querschnitt zeigen typischerweise ein Schub-Zug-Versagen des dünnen Stegs. Hingegen tritt bei Balken mit Kompaktquerschnitt Biegeschubversagen auf. Somit sind Bemessungsansätze, die den Querkraftwiderstand eines Bauteils ohne Querkraftbewehrung, die Wirkung einer Vorspannung sowie Traganteile aus Bügeln und Fasern überlagern, nicht zwangsläufig auf beide Querschnittsformen gleichermaßen anwendbar. Ziel der vorliegenden Studie war es, das Querkrafttragverhalten von UHFB-Balken mit Kompaktquerschnitt und insbesondere die Einflüsse des Fasergehalts und des Vorspanngrads auf die Entwicklung des kritischen Schubrisses und die Querkrafttragfähigkeit zu untersuchen. Hierzu wurden 22 Querkraftversuche durchgeführt. Rissbildung und -ausbreitung wurden mittels digitaler Bildkorrelation überwacht. In den Versuchen konnte ein deutlicher Einfluss des Fasergehalts und des Vorspanngrads auf die Schubrisskraft festgestellt werden. Die Probekörper ohne Vorspannung zeigten überwiegend ein typisches Biegeschubversagen, während bei den vorgespannten Probekörpern die Betondruckzone unter kombinierter Beanspruchung aus Biegeschub und Biegedruck versagte. Anhand der Ergebnisse wurde ein additiver Bemessungsansatz überprüft. Er liefert für alle Versuche eine konservative Abschätzung der Schubrisskraft.

Shear bearing behaviour of UHPFRC beams with compact cross-section
The shear bearing behaviour of ultra-high performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC) beams differs depending on the shape of the cross-section. Beams with I-shaped cross-section typically fail in shear tension of the thin web, while beams with compact cross-section show diagonal tension failure. Thus, design approaches, which superimpose the shear resistance of a member without shear reinforcement, the effect of prestressing as well as the bearing mechanisms of stirrups and fibres, may not be equally applicable to both types of cross-section. The aim of the present study was to investigate the shear bearing behaviour of UHPFRC beams with compact cross-section and, in particular, the influence of fibre volume fraction and level of prestressing on the development of the critical shear crack and the shear resistance. To this, 22 shear tests were carried out. Crack initiation and propagation were monitored using digital image correlation. A clear influence of fibre volume fraction and level of prestressing on the shear cracking load could be observed in the tests. The test specimens without prestressing mainly showed typical diagonal tension failure, while for the prestressed test specimens the concrete compression zone failed under combined bending and shearing stress. Based on the results, an additive design approach was verified. It provides a conservative estimate of the shear cracking load for all tests.