Steel-fibre reinforced concrete in composite structures as a mean to increase resistance and ductility - Outlook in a new generation of composite structures

In honor of the jubilarian Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz
Steel-fibre reinforced concrete is a well-known material used for decades for industrial floorings, shotcrete, or other specific applications. Its use is now spreading in structural applications as a complement or a substitute for conventional bar-reinforced concrete since the normative framework is ready to provide design approaches for several concrete applications. Nevertheless, some adaptations are needed for implementing steel-fibre reinforced concrete in the design approach for steel-concrete composite structures whereby complementary aspects need to be considered. In this field, besides the increase of tensile properties and durability of the concrete member, a very important contribution may be given by the increase of the concrete ductility in compression. This property is conferred by the steel fibres which provide a confinement effect increasing the plastic damage that the concrete matrix can absorb. If this property is widely accepted, its benefits are limited for the design of conventional concrete sections. Conversely, for composite sections, the possibility to reach higher strains in compression means ensuring full exploitation of the strength capacity of structural steel. Besides reaching an optimisation of already in-use cross-sections, this new material combination enhances the use of higher structural steel strengths in composite structures.

Steigerung der Tragfähigkeit und Duktilität für Verbundkonstruktionen aus Stahl und Beton durch Anwendung von Stahlfaserbeton - eine neue Generation von Verbundtragwerken
Stahlfaserbeton ist ein bekanntes Baumaterial, welches seit Jahrzehnten für Industrieböden, Spritzbeton oder andere spezifische Anwendungen zum Einsatz kommt. Seine Verwendung verbreitet sich mehr und mehr als Ergänzung oder Ersatz für den konventionell stabbewehrten Beton. Das zukünftige europäische normative Regelwerk im Massivbau wird dem Tragwerksplaner Berechnungsmethoden bereitstellen, um die Grenzen in der Bemessung weiter auszudehnen und neue Anwendungen zu ermöglichen. Für den Einsatz im Bereich der Verbundtragwerke aus Stahl und Beton leistet der stahlfaser-bewehrte Beton einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Zugfestigkeit und Dauerhaftigkeit. Darüber hinaus werden aber auch signifikante Auswirkungen bezogen auf die Duktilität des Betons im überdrückten Bereich im Vergleich zum Normalbeton festgestellt. Durch die Stahlfasern werden Umschnürungseffekte im Beton erzielt und das plastische Niveau in der Spannungs-Dehnungslinie des Werkstoffs einhergehend mit einer deutlichen Steigerung der Grenzdehnungen ausgedehnt. Dies unterstreicht einen wesentlichen Vorteil des Einsatzes von Stahlfaserbeton. Gemäß dem Entwurf der neuen Normengeneration prEN1992-1-1 wird es möglich sein, diese spezifischen Eigenschaften planmäßig in der Bemessung zu erfassen. Dadurch lassen sich neue Möglichkeiten für den Verbundbau ableiten, für den die Duktilität der Werkstoffe grundsätzlich, aber besonders für den Einsatz hochfester Baustähle, von großer Bedeutung ist.