Das Bauwesen befindet sich in einem ständigen Fortschritt. So war und ist der Stahlbeton der meistverwendetste Baustoff auf der Welt. Jedoch haben sich infolge des stetigen Wandels und Fortschritts der Wissenschaft mittlerweile auch andere Verbundwerkstoffe hervorgetan, die den größten Nachteil, die fehlende Korrosionsbeständigkeit des Stahls, nicht mehr beinhalten. Mit Hilfe von nichtmetallischen Faserverbundwerkstoffen als Bewehrungselemente im Beton ergeben sich folglich dauerhaftere Konstruktionsmöglichkeiten. Jedoch muss das Tragverhalten der neuen Bewehrungselemente aus z. B. Glas- oder Carbonfasern weitreichend untersucht sein, bevor diese effizient und zuverlässig in Bauwerken eingesetzt werden können. Zur Beschreibung des Tragverhaltens der FVK-bewehrten Bauteile ist die Kenntnis über das Verbundverhalten zwischen FVK-Bewehrung und Beton essentiell, um eine Verwendung in der Baubranche finden zu können. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Arbeit das Verbundverhalten zwischen verschiedenen Carbonstäben und einem ausgewählten hochfesten Beton weitreichend untersucht, um neue Kenntnisse über die in Deutschland und auch international noch relativ unerforschte Thematik erzielen zu können.
Aufbauend auf der Beschreibung des Standes des Wissens zum Verbunverhalten von Stahlbeton, zu FVK-Bauteilen im Allgemeinen und zum Verbundverhalten von FVK-bewehrten Bauteilen, wurden eine Vielzahl an experimentellen Verbundversuchen durchgeführt.
Zu Beginn wurden in einer ersten Versuchsserie verschiedene Carbonstäbe mit unterschiedlichen Oberflächenprofilierungen und Herstellungsmethoden im Verbundversuch miteinander verglichen. Im Zuge dessen konnte festgestellt werden, dass die Höhe der übertragbaren Verbundspannungen in starkem Maße von dem Herstellungsverfahren bzw. der Oberflächenprofilierung der Stabvarianten abhängen. Mit Hilfe der Voruntersuchungen konnte die Stabvariante 7 (Carbonstab mit einer Oberflächenprofilierung infolge Fräsung) als Vorzugsvariante für weitergehende Betrachtungen ausgewählt werden. In den anschließenden Kapiteln wurde der zuvor als Referenzstab definierte Carbonstab experimentell umfangreich untersucht sowie erste analytische Modelle vorgeschlagen, um den Einfluss von wesentlichen Parametern auf das Verbundverhalten charakterisieren zu können. Folgende Einflussparameter wurden experimentell erforscht: Betonfestigkeit, Verbundlänge, Carbonstabchargen, Größtkorn/Betonzusammensetzung, Betonierrichtung, Prüfgeschwindigkeit. Zusätzlich erfolgte noch der Vergleich des Verbundverhaltens zwischen dem Carbonstab und einem konventionellem Betonstahl. Die Untersuchungen der verschiedenen Einflussfaktoren zeigten, dass viele Erkenntnisse aus dem Stahlbetonbau auch für den Carbonstab übernommen werden können. Jedoch konnte mit Hilfe der experimentellen Versuche auch gezeigt werden, dass weitere Phänomene auftreten können, die aus dem konventionellen Betonbau nicht bekannt sind.
Zusätzlich zu den Auszugversuchen wurde die Spaltneigung des Carbonstabes mit Hilfe von verschiedenen Dehnkörper- und Endverankerungsversuchen in Zusammenhang mit dem hochfesten Beton erforscht. Im Zuge dessen konnte festgestellt werden, dass der Referenzcarbonstab aufgrund des guten Verbundverhaltens zwischen Carbonstab und dem hochfesten Beton bei Probekörpern mit realen Betondeckungen eine zum Teil hohe Spaltneigung aufweist.
Durch die Verwendung von verschiedenen Probekörpern mit unterschiedlichen Betondeckungen konnte gezeigt werden, dass der Bewehrungsgrad einen maßgeblichen Einfluss auf die Spaltneigung besitzt.
Zum Abschluss der Arbeit wurden ein analytisches Verbundgesetz für den Carbonstab sowie verschiedene Ansätze für die Herleitung eines Bemessungsverbundwertes aufgezeigt. Für die Beschreibung eines Verbundgesetzes wurden die bekannten Ansatzfunktionen aus der Literatur an die experimentellen Ergebnisse angepasst und miteinander verglichen. Dabei stellte sich heraus, dass das aus dem Stahlbeton bekannte Verbundgesetz mit einer geringfügigen Modifikation für den Referenzstab geeignet ist. Somit steht zukünftigen Forschungstätigkeiten ein Verbundgesetz zur Verfügung, welches den gesamten Verlauf der Verbundspannungs-Schlupf-Kurve abbildet.
Für die Definition eines möglichen Verbundwertes erfolgte zuerst eine Aufarbeitung der verschiedenen Ansatzfunktion aus dem Stahlbeton sowie weiterer Ansätze aus dem Stand der Technik für FVK-Bauteile. Dabei wurden die jeweiligen Möglichkeiten zur Herleitung eines Verbundwertes für die Berechnung von Carbonbetonbauteilen auf den Referenzcarbonstab übertragen. Im Zuge dessen konnte gezeigt werden, dass zwischen den verschiedenen Ansatzfunktion teils gravierende Abweichungen bestehen, die zu unterschiedlichsten Verbundwerten führen. Ebenfalls konnte nachgewiesen werden, dass einige Ansatzfunktionen die realen Bauteilbedingungen nicht berücksichtigen, wodurch sich unrealistische Verbundwerte ergeben können. Insbesondere die Beachtung der höheren Spaltneigung des Carbonstabes erfolgt in der Regel in den verschiedenen Ansätzen nicht. Jedoch muss die höhere Spaltneigung des Carbonstabes im Beton im Vergleich zu konventionellen Stahlstäben Berücksichtigung finden, um abgesicherte und auf der sicheren Seite liegende Verbundwerte definieren zu können. Aufgrund mit Hilfe von Dehnkörperversuchen aufgezeigten Abhängigkeit zwischen dem Schlupf und der Spaltneigung des Stabes im Beton, kommt der Definition des zulässigen Schlupf- und folglich des Verbundwertes eine im Vergleich zum Stahlbeton noch größere Bedeutung zu.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:73297 |
| Date | 12 January 2021 |
| Creators | Schumann, Alexander |
| Contributors | Curbach, Manfred, Schlaich, Mike, Kromoser, Benjamin, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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