Zum Tragverhalten getränkter textiler Bewehrungselemente für Betonbauteile

Kulas, Christian; Hegger, Josef

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-49432

Zum Tragverhalten getränkter textiler Bewehrungselemente für Betonbauteile = Load-bearing behavior of impregnated textile reinforcements for concrete members

Kulas, Christian (Author)

2013 & 2014

VerantwortlichkeitsangabeChristian Kulas

Ausgabe1. Aufl.

ImpressumAachen : Mainz 2013

UmfangGetr. Zählung : Ill., graph. Darst.

ReiheSchriftenreihe des IMB ; 38

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Zsfassung in dt. u. engl. Sprache. - Druckausgabe: 2013. - Onlineausgabe: 2014

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Hegger, Josef (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-12-19

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-49432
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/229800/files/4943.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Massivbau (311610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Textilbeton (Genormte SW) ; Tragverhalten (Genormte SW) ; Glasfaser (Genormte SW) ; Biegung (Genormte SW) ; Querkraft (Genormte SW) ; Verbundwerkstoff (Genormte SW) ; Rissbildung (Genormte SW) ; Berechnungstheorie (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; AR-Glas (frei) ; Carbon (frei) ; Verbund (frei) ; Zug (frei) ; Rissbreite (frei) ; Ingenieurmodell (frei) ; Berechnungsverfahren (frei) ; textile-reinforced concrete (frei) ; load-bearing behavior (frei) ; tensile (frei) ; bending (frei) ; shear (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
rvk: ZI 7100

Kurzfassung
Durch die Verwendung nicht-metallischer textiler Bewehrungen kann die Betondeckung im Vergleich zu konventionellen Stahlbetonbauteilen erheblich reduziert werden, was dünnwandige, schlanke und leichte Betonkonstruktionen zur Folge hat. Insbesondere bei Fertigteilen können dadurch die Transportkosten erheblich reduziert werden. Neben ungetränkten Textilien kommen heutzutage hauptsächlich getränkte Textilbewehrungen zum Einsatz. Durch die Tränkung mit anschließender Aushärtung werden je nach Fasermaterial Zugfestigkeiten von über 3000 N/mm² erreicht. Zudem können getränkte Textilien als ebene Mattenbewehrung oder als räumliche Formprofile hergestellt werden, sind robust und formstabil und eignen sich somit besonders als praxisgerechte Bewehrung für Betonbauteile. Als Bewehrungsmaterialien werden dazu Endlosfilamente aus alkali-resistentem Glas oder Carbon sowie Tränkungsmaterialien aus Epoxidharz oder Styrol-Butadien eingesetzt. Zur Berechnung von Textilbetonbauteilen sind Ingenieurmodelle erforderlich, die bisher nur für ungetränkte Textilien existieren. Um diese auch für getränkte Textilbewehrungen abzuleiten, werden in dieser Arbeit umfangreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Tragverhalten unter Zug, Biegung und Querkraft durchgeführt. Zudem wird das Verbundverhalten charakterisiert und aus den Verbundgesetzen Verankerungs- und Übergreifungslängen abgeleitet, die für Epoxidharztränkungen zwischen 20 mm und 100 mm und für Styrol-Butadien zwischen 120 mm und 320 mm liegen. Zudem wird gezeigt, dass die Verbundgesetze zur Berechnung von Rissbreiten geeignet sind. Die theoretischen Untersuchungen basieren auf einer experimentellen Datenbasis, die im Rahmen dieser Arbeit aus ca. 600 Versuchen aufgebaut wurde. Es wurde festgestellt, dass das Zugtragverhalten durch die Querkontraktion der Ro-vings beeinflusst wird. Ferner konnte gezeigt werden, dass das aufnehmbare Biege-moment analog zum Stahlbetonbau auf rein mechanischem Weg berechnet werden kann, was bei ungetränkten Textilbewehrungen bisher nicht möglich gewesen ist. Das Querkrafttragverhalten wurde an Platten (Rechteckquerschnitt mit Bauteildicken zwischen 30 mm und 60 mm, ohne Querkraftbewehrung) und Balken (I-Querschnitt, ohne und mit Querkraftbewehrung) untersucht. Die Platten versagten bereits bei kleinen Bewehrungsgraden infolge eines Biegeschubrisses. Zudem wurde neben dem Querkraftabtrag über die ungerissene Druckzone eine deutlich ausgeprägte Dübelwirkung der Textillängsbewehrung festgestellt, die bis zu 50% der Gesamtquerkraft betragen kann. Bei Balken ohne Querkraftbewehrung dominiert dagegen der Anteil der ungerissenen Druckzone. Bei Balken mit Querkraftbewehrung zeigte sich, dass die Dehnungen der Querkraftbewehrung nicht vollständig ausgenutzt werden und im Rahmen der untersuchten Variationen maximal 40% der Rovingbruchdehnung betragen. Letztendlich wurden für Bauteile unter Zug-, Biege- und Querkraftbeanspruchung In-genieurmodelle abgeleitet, die zur Berechnung von Betonbauteilen mit getränkten Textilbewehrungen nun zur Verfügung stehen.

By using non-metallic textile reinforcements for concrete structures, the concrete cover can be reduced significantly compared to ordinary steel-reinforcements resulting in thin-walled, slender and light-weight concrete structures. The weight of the structure can be largely reduced which is important especially for prefabricated concrete members. Next to non-impregnated textiles, today, textiles which are impregnated are mainly used as reinforcement. Due to the impregnation and the following curing process, tensile stresses up to 3000 MPa can be achieved depending on the fiber material. Furthermore, impregnated textiles can be shaped both as planar and spatial reinforcement structures, additionally, are robust and inherently stable and, thus, are suitable as reinforcements in concrete structures. Today, fibers made of alkali-resistant glass or carbon are commonly used as reinforcing materials combined with epoxy-resin or styrene-butadiene as impregnation-materials. For the design of textile-reinforced concrete structures it is necessary to use calculation models, which have been applicable only for non-impregnated textiles. This PhD-Thesis deals with impregnated textile reinforcements for concrete members. Experimental and theoretical investigations regarding the load-bearing behavior under tensile loads, bending moments and shear forces are presented. Furthermore, the bond behavior is characterized and, with the help of the derived bond laws, anchorage lengths as wells as overlapping lengths are derived. Those lengths are in the range between 20 mm to 100 mm for textiles which are impregnated with epoxy resin and between 120 mm to 320 mm for styrene butadiene. In addition it is shown, that the bond laws are suitable for calculating crack widths. The theoretical investigations are based on an experimental database, which has been build up within the scope of this thesis and consist of nearly 600 single tests. The tensile behavior is influenced by the lateral contraction of the rovings. For bend-ing loads it is shown, that the resistant bending moment can be calculated in a pure mechanical way similar to the procedure as it is known from steel-reinforced concrete members. The shear-behavior has been investigated on slabs (rectangular cross-section with slab thicknesses between 30 mm and 60 mm, without shear reinforcement) and I-beams (with and without shear reinforcement). The main failure mode of the slabs was a diagonal shear-failure occurring already at small reinforcement-ratios. Next to the transfer of the shear loads over the compression zone a distinctive dowel-action was investigated, which can be up to 50% of the overall shear force. In contrast to this, the main shear forces of the I-beams without shear reinforcement were transferred via the compression zone. For the beams with shear reinforcement it was found, that the shear reinforcement can be utilized up to 40% of the strain observed in the roving tests. Finally, engineering models for tensile loads, bending moments and shear forces have been derived, which can be used now for calculating concrete members reinforced with impregnated textiles.

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