Nichtlineare Ermittlung der Spannungszunahme im CFK-Spannglied eines verbundlos vorgespannten Trägers

Dieser Beitrag befasst sich mit der nichtlinearen Ermittlung der Spannungszunahme in Spanngliedern aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) in verbundlos vorgespannten Spannbetonträgern. Dafür wird zu Beginn ein Verfahren vorgeschlagen, anhand dessen die Spannungszunahme im Spannglied für jeden Lastschritt, vom Anfangszustand bis zum Bruchzustand, berechnet werden kann. Vom Anfangszustand bis zum Risszustand ist hierbei ein lineares Verfahren und vom Risszustand bis zum Bruchzustand ein iteratives Verfahren zielführend. Anschließend wird dieses Verfahren auf einen hypothetischen Spannbetonträger mit verbundlosen CFK-Litzen angewendet. Die daraus resultierenden Ergebnisse werden anschließend mit zwei verfügbaren Normen verglichen. Die empirische Spannungszunahme gemäß DIN EN 1992-1-1 (EC2) liegt deutlich unterhalb des in der nichtlinearen Berechnung ermittelten Werts und führt zu einer unwirtschaftlichen Bemessung der kostspieligen Spannglieder. Die Berechnung nach der kanadischen Norm (CAN/CSA-S806-02) hingegen liegt um ca. 20 % oberhalb des Werts aus der eigenen Berechnung. Zuletzt wird im Rahmen einer Parameterstudie der Einfluss aus der Menge an schlaffer Bewehrung und Spannbewehrung auf die Spannungszunahme im CFK-Spannglied untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine höhere Menge an Spannbewehrung die Spannungszunahme im Spannglied reduziert, während eine höhere Menge an schlaffer Bewehrung die Spannungszunahme erhöht.

Nonlinear analysis of the stress increase in the CFRP tendon of a unbonded prestressed beam
This article deals with the nonlinear evaluation of stress increase in unbonded carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) tendon in a post-tensioned beam. For this purpose, a method is proposed to calculate the stress increase in the tendon for each loading step from the initial state to the failure state. This method was in turn divided into two sub-methods, viz. a linear analysis dealing with the phase from initial to the cracking state and a nonlinear (iterative) analysis for the phase from cracking state to the failure. The method was then applied to a hypothetical post-tensioned concrete beam with unbonded CFRP tendon. The results obtained were subsequently compared with specific construction codes. This comparison showed no concordance with that of the empirical values suggested in DIN EN 1992-1-1 (Eurocode 2). The calculation according to the Canadian code (CAN/CSA-S806-02), on the other hand, deviated by approx. 20 % from the calculated value. At the end, a parametric study was conducted to investigate the effects of the amount of passive reinforcement and prestressing reinforcement on the stress increase in the unbonded CFRP tendon. The results showed that a higher amount prestressing reinforcement reduce the stress increase in tendon whereas an increased amount of passive reinforcement increases the stress increase.