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Experimentelle Untersuchungen zur Rissbildung in Stahlbetonbauteilen infolge Zwangbeanspruchung

Experimental Investigations on crack formation in reinforced concrete due to restraint stress

Zwangspannungen treten in Betonbauteilen auf, die sich nicht frei verformen können. Überschreiten die Zwangspannungen die Zugfestigkeit des Betons, so bilden sich Risse, welche die Dauerhaftigkeit, Funktionalität oder das Erscheinungsbild von Stahlbetonkonstruktionen beeinflussen. Aus diesem Grund ist zur Begrenzung der Rissbreiten eine Mindestbewehrung in zwangbeanspruchten Bauteilen anzuordnen. Der Beitrag stellt experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Rissbildung in solchen Stahlbetonbauteilen vor. Die Zwangbeanspruchungen können nach ihrem zeitlichen Auftreten in frühen Zwang (infolge der Entwicklung der Hydratationswärme) und späten Zwang (hauptsächlich infolge Temperatureinwirkungen und Schwinden) unterschieden werden. Im aktuellen Eurocode 2 wird ein risskraftbasiertes Bemessungskonzept zur Ermittlung der Mindestbewehrung unter Zwangbeanspruchung verwendet. Da es mit den Formulierungen dieser Regelungen zu Schäden kam, wurde in der A1-Änderung des Nationalen Anhangs für Deutschland der späte Zwang mit einer Betonzugfestigkeit von mindestens 3,0 Megapascal vorausgesetzt. Das führte jedoch in der Praxis häufig zu überdimensionierten Bewehrungsmengen. Daher ist es dringend erforderlich, Grundlagen zur Berücksichtigung einer realistischen Erfassung der Zwangbeanspruchung über die gesamte Nutzungsdauer der Stahlbetonbauteile unter Einschluss der Rissbildung zu gewinnen. Die dazu erforderlichen Untersuchungen wurden an einem neu entwickelten Versuchsstand mit aktiver Zwangeinstellung durchgeführt, bei dem sich der Zwang nicht durch Verformungen der Versuchsapparatur abbauen kann. Als Versuchskörper dienten bewehrte Plattenstreifen von 4,5 Metern Länge und 0,3 Metern Breite mit Dicken von 50 beziehungsweise 100 Zentimetern. In der Auswertung der Versuche beschreibt der Beitrag die Temperaturentwicklung und die Zwangkräfte in der Hydratationsphase, das Last- Verformungs-Verhalten und die Rissbildung. Dabei wurden im Vergleich mit den bestehenden Regelungen verschiedene Erkenntnisse für die Bemessung gewonnen. 1. Die mit dem neu entwickelten Versuchsstand gewonnenen Daten liefern eine breite und solide Basis für eine physikalisch-mechanische Interpretation der grundlegenden Mechanismen der gekoppelten Hydratationsentwicklung und Rissbildung unter Zwang. 2. Die Versuchsergebnisse bilden die Grundlage für eine Validierung von numerischen Untersuchungen. 3. Schnellere Erhärtungsgeschwindigkeiten führen zu früherer Rissbildung; größere Stabdurchmesser der Bewehrung reduzieren die Rissbreite; in dickeren Platten bauen sich Zwangkräfte, Festig- und Steifigkeiten langsamer auf, was zu späterer Trennrissbildung und Sekundärrissbildung führt. 4. Der Bemessungsansatz gemäß EC2+NA/D) unterschätzt die Erstrisskraft unter Vollzwang. ABSTRACT IN ENGLISH: In the current Eurocode 2, a crack‐force‐based approach is used to determine the minimum reinforcement in restrained concrete members. Due to the tightening of the requirement by a change of the German national annex in Eurocode 2, an economic design is no longer possible. One of the reasons for the overdimensioning of the minimum reinforcement is that the design approach is based on incomplete empirical data and conservative assumptions. To investigate the influences on crack initiation and the effects of crack formation on restrained concrete members, precisely defined boundary conditions are necessary. These allow not only the comparability of the experimental investigations but also their reproducibility. The test setup used allows full restraint under constant climatic conditions of the test specimens. By systematic evaluation of selected tests, the crack formation of restrained plates is analyzed, allowing interpretations and the identification of basic phenomena. (A)

  • Availability:
  • Authors:
    • Jin, C
    • Schmidt, C
    • Chudoba, R
    • Hegger, J
  • Publication Date: 2020-11

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References; Tables;
  • Pagination: pp 906-16
  • Serial:

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01775571
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Jun 29 2021 10:46AM