Methodik zur Untersuchung der Fasertragwirkung in querkraftbeanspruchten UHFB‐Biegeträgern

In dieser Arbeit wird eine neuartige, mechanisch begründete und experimentell validierte Methodik zur Bestimmung des Fasertraganteils in kritischen Schubrissen von UHFB‐Biegeträgern vorgestellt und die Anwendung anhand eigener Querkraftversuche an vorgespannten UHFB‐Balken mit Kompaktquerschnitt demonstriert. Mittels dreidimensionaler digitaler Bildkorrelation und „Automated Crack Detection and Measurement“ (ACDM) werden die Schubrissentwicklung erfasst und die Risskinematik bestimmt. Die lokale Rissöffnung, ermittelt aus Rissbreite und ‐gleitung, dient in Verbindung mit der invers bestimmten Nachrisszugspannungs‐Rissöffnungs‐Beziehung zur Berechnung der über den Riss übertragbaren Zugspannungen. Erstmals werden zusätzlich explizit die lokal verfügbaren, rissüberbrückenden Fasern über optoanalytisch bestimmte Fasergehalte und Faserorientierungsbeiwerte berücksichtigt. Die Auswertung eigener Querkraftversuche zeigt eine infolge Vorspannung verzögerte, mit steigender Belastung zunehmende Faseraktivierung. Die maximale Fasertragwirkung tritt bei ähnlicher Durchbiegung wie die Querkrafttragfähigkeit auf und wird für Versuche mit gleichem nominellen Fasergehalt in gleicher Größe ermittelt, was insbesondere die Plausibiltät der Methodik bestätigt. Die Methodik kann die Grundlage für eine mechanisch fundierte Weiterentwicklung der Querkraftbemessung von UHFB‐Biegeträgern bilden und ist prinzipiell auf andere faserverstärkte Betonbauteile und risserzeugende Beanspruchungszustände übertragbar.

This paper presents a novel, mechanically based and experimentally validated methodology for determining the fibre contribution in critical shear cracks of UHPFRC beams. Its application is demonstrated using the authors’ own shear tests on prestressed UHPFRC beams with compact cross‐section. Three‐dimensional digital image correlation and „Automated Crack Detection and Measurement“ (ACDM) are employed to capture shear crack development and to determine crack kinematics. The local crack opening, derived from crack width and crack slip, is combined with the inversely determined post‐cracking tensile stress‐crack opening relationship to calculate the tensile stresses transferable across the crack. For the first time, this calculation explicitly considers the number of locally available crack‐bridging fibres by means of optoanalytically determined fibre volume fraction and fibre orientation coefficients. The evaluation of own shear tests reveals a prestressing‐induced delay in fibre mobilisation, which develops progressively with increasing load. The maximum fibre contribution occurs at a deflection similar to that at peak shear force and is found to be of comparable magnitude in tests with identical nominal fibre content, confirming the plausibility of the methodology. The methodology provides a basis for the mechanically consistent advancement of shear design for UHPFRC beams and is, in principle, transferable to other fibre‐reinforced concrete members and crack‐inducing loading conditions.