Rissbildung von Stahlbeton bei streuender Betonzugfestigkeit / Cracking of reinforced concrete with scattering concrete tensile strength

Die streuenden Betonzugfestigkeiten werden bei der Bemessung von Massivbauten auch nach dem semiprobabilistischen Sicherheitskonzept nur implizit beruecksichtigt, im Gegensatz zur sehr aufwaendigen vollstaendig probabilistischen Methode. Der Beitrag stellt die Rissbildung von Stahlbeton bei streuenden Betonzugfestigkeiten als begrenztes Anwendungsgebiet einer probabilistischen Simulation vor. Hinsichtlich der Bemessung ist die zutreffende Prognose der Rissbreiten der massgebende Aspekt im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit. Dargestellt wird ein probabilistisches Simulationsmodell zur Rissbildung von Stahlbetonzugstaeben. Dabei wird der Haupteinflussfaktor, die Betonzugfestigkeit, als Zufallsgroesse betrachtet. Berechnet werden die stochastischen Eigenschaften der Rissbreite, also Mittelwert und Standardabweichung. Zusaetzlich laesst sich der statistische Verteilungstyp der Rissbreiten eingrenzen. Das zugrundeliegende Theoriemodell, das sowohl die Einzelrissbildung als auch das abgeschlossene Rissbild beinhaltet, wird in seinen Grundzuegen vorgestellt. Darauf aufbauend erfolgt die Herleitung eines numerischen Simulationsmodells zur Bestimmung der Rissbildung auf der Basis der Finite-Element-Methode mit Betonelementen, Stahlelementen und Verbundelementen. Die Parameterstudien selbst werden in Form einer Monte-Carlo-Simulation durchgefuehrt. Hierbei besteht die grundlegende Operation in der Synthese einer Stichprobe, bei der die Werte der stochastischen Eingangsparameter zufaellig bestimmt werden. Das Ergebnis der Simulation sind Zufallsfelder der Betonzugfestigkeit. Als Materialgesetz wird fuer den Beton ein einaxiales, nichtlineares Verhalten mit begrenzter Zugfestigkeit angesetzt; fuer den Stahl hingegen ein einaxiales, elastoplastisches Verhalten und fuer den Verbund ein nichtlineares Verhalten mit beschraenkter Verbundfestigkeit. Die Eingangsparameter fuer die Berechnung sind: Variationskoeffizient der Betonzugfestigkeit, Mittelwert der Betonzugfestigkeit, Elastizitaetsmodul des Betons, Verhaeltnis der maximalen Verbundfestigkeit zur Betonzugfestigkeit, Schlupf zwischen Bewehrung und Beton, effektiver Bewehrungsgehalt und Bewehrungsdurchmesser. Es wird auch ein Referenzbeispiel zur Stochastik von Rissbreiten vorgestellt. Die Ergebnisse zur Rissbreite werden in Diagrammen zusammengestellt. Dabei zeigt sich deutlich, dass bei Zunahme der Spannung in der Bewehrung die Rissabstaende abnehmen und die Rissbreiten zunehmen. In einer weiteren Parameterstudie wird der Verteilungstyp der massgebenden Parameter variiert. Erweiterungen des beschriebenen probabilistischen Simulationsmodells werden erforderlich, wenn neben der Zugfestigkeit auch andere Groessen, zum Beispiel E-Modul des Betons oder die maximale Verbundfestigkeit als stochastische Felder modelliert werden sollen. ABSTRACT IN ENGLISH: The material properties of concrete are subject to scatter, which also influences the crack development of reinforced concrete. The appropriate prognosis of crack widths is a decisive aspect in the serviceability limit state for the design of reinforced concrete structures. The scatter of the concrete tensile strength, which is modelled in the current work with random fields, has a particular influence in this context. Based on a finite element model, parametric studies by means of Monte-Carlo simulations on a reinforced concrete tension bar are performed to determine the stochastic properties of the crack widths. (A)

• Authors:
  • HAEUSSLER-COMBE, U
  • HARTIG, J
• Publication Date: 2010

Language

• German

Media Info

• Pagination: 460-70
• Serial:
  • Bauingenieur
  • Volume: 85
  • Issue Number: 11
  • Publisher: Springer Verlag

Subject/Index Terms

• TRT Terms: Calculation; Concrete; Cracking; Design; Dispersion (Statistics); Finite element method; Properties of materials; Reinforced concrete; Simulation; Stochastic processes; Strength of materials; Tension; Width
• ITRD Terms: 9011: Bemessung; 6464: Berechnung; 4755: Beton; 6479: Breite; 5925: Eigenschaft; 5544: Festigkeit; 6490: Methode der finiten Elemente; 5211: Rissbildung; 9103: Simulation; 4794: Stahlbeton; 6574: Stochastisch; 6512: Varianz; 5502: Zug (mech)
• Subject Areas: Design; I24: Design of Bridges and Retaining Walls; I32: Concrete;

Filing Info

• Accession Number: 01330299
• Record Type: Publication
• Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
• Files: ITRD
• Created Date: Feb 25 2011 11:15AM