Schubtragfähigkeit dünnwandiger Träger aus stahlfaserbewehrtem UHPC

摘要

The actual design rules for shear are based on strut and tie models, which are not suitable for complete consideration of the special behaviour of steel fibre reinforced ultra high performance concrete (UHPFRC). In this paper new theoretical models are derived from experiments and FE-simulations on 25 mm thick panels made of UHPFRC. They are loaded by different pairs of shear and axial force. In order to get realistic results for the cross sectional shear capacity, the cracked UHPFRC is being treated as an orthotropic continuum. The requirements of compatibility need not be met in the state of failure because of the high ductility of UHPFRC. The positive influence of prestress is taken into account by means of mechanically exact calculation of the crack orientation. A new and very simple failure criterion for the cracked plane provides an easy way for considering the real ultimate inclination of the principal compressive stress. If vertical axial stress is taken into account at the equilibrium of the continuum, the model also covers system effects, load introductions as well as edge disturbances. Finally, the basic characteristics of the biaxial failure criterion for UHPFRC for splitting failure are developed from the experiments. Therefore, detailed finite element analyses are used for calculating the stress state of the tests.%Derzeit vorhandene Ansätze für die Bemessung auf Querkraft sind auf Fachwerkanalogien aufgebaut, mit denen jedoch die besonderen Eigenschaften von ultrahochfestem faserbewehrten Beton (UHPFRC) nicht vollständig abgebildet werden können. In diesem Beitrag werden neue ingenieurmäßige Modelle anhand von Versuchsreihen und ergänzenden FE-Simulationen an 25 mm dicken Scheiben aus UHPFRC abgeleitet. Die untersuchte Beanspruchung umfasst Querkraft und Normalkraft in unterschiedlichen Verhältnissen. Zur realitätsnahen Berechnung der Querschnittstragfähigkeit wird der gerissene UHPFRC als orthotropes Kontinuum betrachtet, wobei im Bruchzustand aufgrund der guten Verformbarkeit auf die Berücksichtigung der Kompatibilitätsbedingungen verzichtet werden kann. Der Wirkung der Vorspannung wird durch die exakte Berechnung der Rissneigung mechanisch einwandfrei Rechnung getragen. Durch das neu formulierte, sehr einfache Versagenskriterium in der Rissebene wird die von der Rissrichtung im Bruchzustand abweichende Druckhauptspannungsrichtung realitätsnah erfasst. Um Effekte der Schubschlankheit in der Querschnittstragfähigkeit berücksichtigen zu können, werden die auftretenden vertikalen Normalspannungen auch am Kontinuum angesetzt. Die FE-Simulationen erlauben eine verlässliche Bestimmung der Spannungszustände in den Versuchskörpern, woraus in weiterer Folge die grundlegenden Merkmale des biaxialen Zug-Druck-Versagenskriteriums von UHPFRC gewonnen und interpretiert werden.