Bauingenieur , Seite 83 - 90-12
Zusammenfassung
Das vielfältige Themenspektrum der Fachzeitschrift Bauingenieur reicht von Theorie und Praxis des konstruktiven Ingenieurbaus, über Mechanik und Geotechnik bis hin zu Baubetrieb und Baumanagement. Darüber hinaus berichtet die Zeitschrift über interessante Bauausführungen und außergewöhnliche Bausanierungen im In- und Ausland. Sie bilden den Ausgangspunkt der praxisbezogenen Ausrichtung der Fachzeitschrift Bauingenieur. Die Zeitschrift liefert Entscheidungsträgern und Meinungsbildnern Fachinformationen zu ihren Bauprojekten. Um höchste inhaltliche Ansprüche zu erfüllen, sind alle Hauptaufsätze „peer-reviewed“. Sie sind verfasst von renommierten Experten, die auf ihrem jeweiligen Fachgebiet führend sind. Zukunftsorientierte Entwicklungen runden das Themenspektrum der Zeitschrift ab.
- Kapitel Ausklappen | EinklappenSeiten
- A 6–A 9 Sonderteil A 6–A 9
- A 22–A 29 VDI-Fachbereich Bautechnik A 22–A 29
- 47–90-12 Hauptaufsatz 47–90-12
Zusammenfassung
Der vorliegende zweiteilige Beitrag behandelt die Querkraftbemessung von stahlfaserverstärkten Biegeträgern aus ultrahochfestem Beton (UHFB). Im Teil 1 werden der Bemessungsansatz und eine 185 Querkraftversuche umfassende Datenbank präsentiert. Der Bemessungsansatz orientiert sich an Eurocode 2 und der DAfStb-Richtlinie „Stahlfaserbeton“ und berücksichtigt additiv die Traganteile des faserfreien Betonquerschnitts, einer konventionellen Querkraftbewehrung aus Betonstahl und der Wirkung der Fasern im Schubriss. Er soll in dieser Form Eingang in die DAfStb-Richtlinie „Ultrahochfester Beton“ finden. Erstmals wird beim Ansatz der Tragwirkung aus Fasern zwischen Bauteilen mit gegliedertem Querschnitt und Bauteilen mit Kompaktquerschnitt unterschieden, was eine wirtschaftlichere Bemessung von Bauteilen mit gegliedertem Querschnitt ermöglicht. Alle aus der Literatur verfügbaren Datensätze wurden vor Aufnahme in die Datenbank kritisch überprüft und die angegebenen Baustoffkenngrößen – dort, wo notwendig – normiert. Anhand der Datensätze der Querkraftdatenbank erfolgen im Teil 2 des Beitrags die Überprüfung und statistische Auswertung des vorgeschlagenen Bemessungsansatzes.
- [1] Fehling, E.; Schmidt, M.; Walraven, J. et al.: Ultrahochfester Beton UHPC. In: Bergmeister, K.; Fingerloos, F.; Wörner, J.-D. (Hrsg.): Beton-Kalender 2013 – Lebensdauer und Instandsetzung, Brandschutz. Ernst & Sohn, Berlin, 2013, Band 2, S. 117-239.
- [2] Reineck, K.-H.; Dunkelberg, D. (eds.): ACI-DAfStb databases 2015 with shear tests for evaluating relationships for the shear design of structural concrete members without and with stirrups. Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, DAfStb Heft 617, Beuth Verlag, Berlin, 2017
- [3] Heek, P.; Look, K.; Minelli, F. et al.: Datenbank für querkraftbeanspruchte Stahlfaserbetonbauteile. In: Beton- und Stahlbetonbau 112 (2017), Heft 3, S. 144-154. https://doi.org/10.1002/best.201600075.
- [4] Schmidt, M.; Leutbecher, T.; Piotrowski, S. et al.: The German Guideline for ultra-high performance concrete. In: Toutlemonde, F.; Resplendino, J. (eds.): UHPFRC 2017, Design and Building with UHPFRC: New large-scale implementations, recent technical advances, experience and standards. Proceedings of the AFGC-ACI-fib-RILEM International Conference on Ultra-High Performance Fibre-Reinforced Concrete, Montpellier, 2017, pp. 545-554.
- [5] DIN EN 1992–1–1:2011+A1:2015, Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1–1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Deutsche Fassung, März 2015.
- [6] DIN EN 1992–1–1/NA:2013+NA/A1:2015, Eurocode 2 NDP: Nationaler Anhang – Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1–1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Deutsche Fassung, Dezember 2015.
- [7] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton: DAfStb-Richtlinie „Stahlfaserbeton“. Beuth Verlag, Berlin, November 2012.
- [8] Leutbecher, T.; Rebling, J.: Experimentelle Untersuchungen zur Ableitung der zentrischen Nachrisszugfestigkeit von UHFB aus Biegeversuchen. In: Bauingenieur 93 (2018), Heft 11, S. 463-472. https://doi.org/10.37544/0005–6650–2018–11–81.
- [9] Duque, L. F. M.; Graybeal, B.: Fiber orientation distribution and tensile mechanical response in UHPFRC. In: Materials and Structures, Vol. 50 (2017), Iss. 55. http://dx.doi.org/10.1617%2Fs11527–016–0914–5.
- [10] NF P18–710:2016, National addition to Eurocode 2 – Design of concrete structures: specific rules for Ultra-High Performance Fibre-Reinforced Concrete (UHPFRC). Association Française de Normalisation, April 2016.
- [11] SIA 2052:2016+C1:2017, Ultra-Hochleistungs-Faserbeton (UHFB) – Baustoffe, Bemessung und Ausführung. Korrigenda C1 zum Merkblatt SIA 2052:2016. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Juli 2017.
- [12] JSCE (Japan Society of Civil Engineers). Recommendations for Design and Construction of High Performance Fiber Reinforced Cement Composites with Multiple Fine Cracks (HPFRCC). In: Concrete Engineering Series, No. 82 (2008).
- [13] Fédération Internationale du Béton: fib Model Code for Concrete Structures 2010. Ernst & Sohn, Berlin, October 2013.
- [14] Thiemicke, J.; Fehling, E.: Proposed Model to predict the Shear Bearing Capacity of UHPC-Beams with combined Reinforcement. In: Fehling, E.; Middendorf, B.; Thiemicke, J. (eds.): Ultra-High Performance Concrete and High Performance Construction Materials. Proceedings of HiPerMat 2016, Kassel, 2016, pp. 63-64 + Langfassung (9 Seiten).
- [15] Reineck, K.-H.: Hintergründe zur Querkraftbemessung in DIN 1045–1 für Bauteile aus Konstruktionsbeton mit Querkraftbewehrung. In: Bauingenieur 76 (2001), Heft 4, S. 168-179.
- [16] Fédération Internationale de la Précontrainte: Practical design of structural concrete. FIP Report, SETO, London, September 1999.
- [17] Leutbecher, T.: Zur Druckfestigkeit und Drucksteifigkeit des infolge Querzugs gerissenen ultrahochfesten Betons. In: Beton- und Stahlbetonbau 114 (2019), Heft 10, S. 756-766. http://dx.doi.org/10.1002/best.201900043.
- [18] Oettel, V.; Empelmann, M.: Druckstrebentragfähigkeit von vorgespannten UHPFRC-Hohlkästen unter Torsion und kombinierter Beanspruchung. In: Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 3, S. 182-192. http://dx.doi.org/10.1002/best.201300061.
- [19] Lantsogh, E. O. L: Database of Shear Experiments on Steel Fiber Reinforced Concrete Beams without Stirrups. In: Materials, Vol. 12 (2019), Iss. 6, 917. https://doi.org/10.3390/ma12060917.
- [20] Lantsoght, E. O. L.: How do steel fibers improve the shear capacity of reinforced concrete beams without stirrups? In: Composites Part B: Engineering, Vol. 175 (2019), 107079. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107079.
- [21] Kodsy, A.; Morcous, G.: Comparing Shear Strength Prediction Models of Ultra-High-Performance Concrete Girders. In: Shehata, H.; El-Badawy, S. (eds.): Sustainable Issues in Infrastructure Engineering, SUCI. Springer-Verlag, Cham, 2021, pp. 23-39. http://dx.doi.org/10.1007/978–3–030–62586–3_3.
- [22] Metje, K.; Leutbecher, T.: Experimental investigations on the shear bearing behavior of prestressed ultra-high performance fiber-reinforced concrete beams with compact cross-section. In: Structural Concrete, Vol. 22 (2021), Iss. 6, pp. 3746-3762. https://doi.org/10.1002/suco.202100337.
- [23] Bertram, G.: Experimentelle Untersuchungen zum Querkrafttragverhalten von Spannbetonträgern aus UHPC mit und ohne Stegöffnungen. In: Bauingenieur 90 (2015), Heft 9, S. 444-455.
- [24] Schramm, N.; Fischer, O.: Querkraftversuche an profilierten Spannbetonträgern aus UHPFRC. In: Beton- und Stahlbetonbau 114 (2019), Heft 4, S. 641-652. http://dx.doi.org/10.1002/best.201900022.
- [25] Voo, Y. L.; Foster, S. J.; Gilbert, R. I.: Shear Strength of Fiber Reinforced Reactive Powder Concrete Prestressed Girders without Stirrups. In: Journal of Advanced Concrete Technology, Vol. 4 (2006), Iss. 1, pp. 123-132. http://dx.doi.org/10.3151/jact.4.123.
- [26] Voo, Y. L.; Poon, W. K.; Foster, S. J.: Shear Strength of Steel Fiber-Reinforced Ultrahigh-Performance Concrete Beams without Stirrups. In: Journal of Structural Engineering, Vol. 136 (2010), Iss. 11, pp. 1393-1400. https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943–541X.0000234.
- [27] Ahmad, S.; Bahij, S.; Al-Osta, M. A. et al.: Shear Behavior of Ultra-High-Performance Concrete (UHPC) Beams Reinforced with High-Strength Steel Bars. In: ACI Structural Journal, Vol. 116 (2019), Iss. 4, pp. 3-14. http://dx.doi.org/10.14359/51714484.
- [28] Hussein, L.; Amleh, L.: Shear behaviour of UHPFRC beams without stirrups. In: Bastien, J.; Rouleau, N.; Fiset, M. et al. (eds.): Proceedings of The 10th fib International PhD Symposium in Civil Engineering, Québec, 2014. pp. 437-442.
- [29] Yava ¸s, A.; Hasgul, U.; Turker, K. et al.: Effective Fiber Type Investigation on the Shear Behavior of Ultrahigh-Performance Fiber-Reinforced Concrete Beams. In: Advances in Structural Engineering, Vol. 22 (2019), Iss. 7, pp. 1591-1605. https://doi.org/10.1177%2F1369433218820788.
- [30] Baby, F.; Marchand, P.; Toutlemonde, F.: Shear Behavior of Ultrahigh Performance Fiber-Reinforced Concrete Beams: I – Experimental Investigation. In: Journal of Structural Engineering, Vol. 140 (2014), Iss. 5, 04013111. https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943–541X.0000907.
- [31] Graybeal, B. A.: Structural Behavior of Ultra-High Performance Concrete Prestressed I-Girders. US Department of Transportation, Federal Highway Administration, Report FHWA-HRT-06–115, McLean, 2006.
- [32] Hasgul, U.; Yava ¸s, A.; Birol, T. et al.: Steel Fiber Use as Shear Reinforcement on I-Shaped UHP-FRC Beams. In: Applied Sciences, Vol. 9 (2019), Iss. 24, pp. 5526. https://doi.org/10.3390/app9245526.
- [33] Hegger, J.; Tuchlinski, D.; Kommer, B.: Untersuchungen an Spannbetonträgern aus UHPC. In: BFT INTERNATIONAL 72 (2006), Heft 1, S. 14-20.
- [34] Mészöly, T; Randl, N.: Shear Behavior of Fiber-Reinforced Ultra-High Performance Concrete Beams. In: Engineering Structures, Vol. 168 (2018), Iss. 8, pp. 119-127. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.04.075.
- [35] Lee, J. H.: Shear Strength of Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete I-shaped Beams. Seoul National University, Dissertation, 2017.
- [36] Pansuk, W.; Nguyen, T. N.; Sato, Y. et al.: Shear capacity of high performance fiber reinforced concrete I-beams. In: Construction and Building Materials, Vol. 157 (2017), Iss. 12, pp. 182-193. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.09.057.
- [37] Telleen, K.; Noshiravani, T.; Galrito, R. et al.: Experimental investigation into the shear resistance of a reinforced UHPFRC web element. In: Fisher, G.; Geiker, M.; Hededal, O. et al. (eds.): Proceedings of the 8th PhD Symposium in Civil Engineering, Copenhagen, 2010, pp. 291-296.
- [38] Thiemicke, J.: Zum Querkrafttragverhalten von UHPC-Balken mit kombinierter Bewehrung aus Stahlfasern und Stabstahl. Universität Kassel, Dissertation. Schriftenreihe Baustoffe und Massivbau, Heft 25, kassel university press, Kassel, 2015.
- [39] Wipf, T.; Phares, B.; Sritharan, S. et al.: Design and Evaluation of a Single-Span Bridge Using Ultra-High Performance Concrete. Iowa State University, Center for Transportation Research and Education, Report IHRB Project TR-529, Ames, 2009.
- [40] Yang, I.-H.; Joh, C.; Kim, B.-S.: Shear Behaviour of Ultra-High-Performance Fibre-Reinforced Concrete Beams Without Stirrups. In: Magazine of Concrete Research, Vol. 64 (2012), Iss. 11, pp. 979-993. https://doi.org/10.1680/macr.11.00153.
- [41] Yava ¸s, A.; Goker, C. O.: Impact of Reinforcement Ratio on Shear Behavior of I-Shaped UHPC Beams with and without Fiber Shear Reinforcement. In: Materials, Vol. 13 (2020), Iss. 7, pp. 1525. https://doi.org/10.3390/ma13071525.
- [42] Zheng, H.; Fang, Z.; Chen, B.: Experimental Study on Shear Behavior of Prestressed Reactive Powder Concrete I-Girders. In: Frontiers of Structural and Civil Engineering, Vol. 13 (2019), Iss. 3, pp. 618-627. http://dx.doi.org/10.2749/222137816819259149.
- [43] Aziz, O. Q.; Ali, M. H.: Shear Strength and Behaviour of Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPC) Deep Beams without Web Reinforcement. In: International Journal of Civil Engineering, Vol. 2 (2013), Iss. 3, pp. 85-96.
- [44] Bae, B.-I.; Lee, M.-S.; Choi, C.-S. et al.: Evaluation of the Ultimate Strength of the Ultra-High-Performance Fiber-Reinforced Concrete Beams. In: Applied Sciences, Vol. 11 (2021), Iss. 7, pp. 2951. http://dx.doi.org/10.3390/app11072951.
- [45] Bunje, K.; Fehling, E.: About shear force and punching shear resistance of structural elements of Ultra High Performance Concrete. In: Schmidt, M.; Fehling, E.; Geisenhanslücke, C. (eds.): Ultra High Performance Concrete (UHPC). Proceedings of HiPerMat 2004, Kassel, 2004, pp. 401-411.
- [46] Lim, W. Y.; Hong, S. G.: Shear Tests for Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) Beams with Shear Reinforcement. In: International Journal of Concrete Structures and Materials, Vol. 10 (2016), Iss. 2, pp. 177-188. http://dx.doi.org/10.1007/s40069–016–0145–8.
- [47] Pourbaba, M.; Joghataie, A.; Mirmiran, A.: Shear Behavior of Ultra-High Performance Concrete. In: Construction and Building Materials, Vol. 183 (2018), Iss. 9, pp. 554-564. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.117.
- [48] Ridha, M. M. S.; Sarsam, K. F.; Al-Shaarbaf, I. A. S.: Experimental Study and Shear Strength Prediction for Reactive Powder Concrete Beams. In: Case Studies in Construction Materials, Vol. 8 (2018), Iss. 6, pp. 434-446. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2018.03.002.
- [49] Riedel, P.; Leutbecher, T.; Piotrowski, S. et al.: Einfluss der Probekörpergeometrie auf die Ergebnisse von Druckfestigkeitsprüfungen an ultrahochfestem Beton. In: Beton- und Stahlbetonbau 113 (2018), Heft 8, S. 598-607. http://dx.doi.org/10.1002/best.201800027.
- [50] Riedel, P.; Leutbecher, T.: Einfluss der Faserorientierung und des Fasergehalts auf die Druckfestigkeit von ultrahochfestem Beton. In: Beton- und Stahlbetonbau 115 (2020), Heft 10, S. 789-800. http://dx.doi.org/10.1002/best.202000020.
- [51] RILEM TC 162-TDF, Test and design methods for steel fibre reinforced concrete: Uni-axial tension test for steel fibre reinforced concrete, Recommendations. In: Materials and Structures, Vol. 34 (2001), Iss. 1, pp. 3-6.
- [52] Graybeal, B. A.; Baby, F.: Development of a direct tension test method for ultra-high-performance fiber-reinforced concrete. In: ACI Materials Journal, Vol. 110 (2013), Iss. 2, pp. 177-186.
- [53] Wille, K.; El-Tawil, S.; Naaman, A. E.: Properties of strain hardening ultra high performance fiber reinforced concrete (UHP-FRC) under direct tensile loading. In: Cement & Concrete Composites, Vol. 48 (2014), pp. 53-66. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.12.015.
- [54] RILEM TC 162-TDF, Test and design methods for steel fibre reinforced concrete: Bending test, Final recommendation. In: Materials and Structures, Vol. 35 (2003), Iss. 9, pp. 579-582.
- [55] DIN EN 14651:2007: Prüfverfahren für Beton mit metallischen Fasern – Bestimmung der Biegezugfestigkeit (Proportionalitätsgrenze, residuelle Biegezugfestigkeit). Deutsche Fassung, Dezember 2007.
- [56] ASTM C1609 / C1609M-12. Standard Test Method for Flexural Performance of Fiber-Reinforced Concrete (Using Beam With Third-Point Loading). ASTM International, West Conshohocken (PA), 2012.
- [57] ASTM C1550–12a. Standard Test Method for Flexural Toughness of Fiber Reinforced Concrete (Using Centrally Loaded Round Panel). ASTM International, West Conshohocken (PA), 2012.
- [58] ASTM C496 / C496M-17. Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens. ASTM International, West Conshohocken (PA), 2017.
- [59] RILEM TC 162-TDF, Test and design methods for steel fibre reinforced concrete: σ-ε-design method, Final recommendation. In: Materials and Structures, Vol. 36 (2003), Iss. 262, pp. 560-567.
- [60] di Prisco, M.; Colombo, M.; Dozio, D.: Fibre-reinforced concrete in fib Model Code 2010: principles, models and test validation. In: Structural Concrete, Vol. 14 (2013), Iss. 4, pp. 342-361. http://dx.doi.org/10.1002/suco.201300021.
- [61] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton: Erläuterungen zur DAfStb-Richtlinie „Stahlfaserbeton“. DAfStb Heft 614, Beuth Verlag, Berlin, November 2015.
- [62] Kitsutaka, Y.: Fracture Parameters by Polylinear Tension-Softening Analysis. In: Journal of Engineering Mechanics, Vol. 123 (1997), Iss. 5, pp. 444-450. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733–9399(1997)123:5(444).
- [63] Chanvillard, G.: Caractérisation des performances d‘un béton renforcé de fibres à partir d‘un essai de flexion. Partie 1: De la subjectivité des indices de ténacité (Characterisation of fibre reinforced concrete‘s performance after a flexural test – Part 1: On subjectivity of toughness indices). In: Materials and Structures, Vol. 32 (1999), Iss. 6, pp. 418-426. http://dx.doi.org/10.1007/BF02482713.
- [64] Chanvillard, G.: Caractérisation des performances d‘un béton renforcé de fibres à partir d‘un essai de flexion. Partie 2: Identification d‘une loi de comportement intrinsèque en traction (Characterisation of fibre reinforced concrete‘s performance after a flexural test – Part 2: Identification of an intrinsic behaviour relationship in tension). In: Materials and Structures, Vol. 32 (1999), Iss. 8, pp. 601-605. http://dx.doi.org/10.1007/BF02480495.
- [65] JCI-S-001–2003: Method of test for fracture energy of concrete by use of notched beam. Japan Concrete Institute, 2003.
- [66] Oettel, V.; Matz, H.; Empelmann, M.: Bestimmung der zentrischen Nachrisszugfestigkeit von UHPFRC mithilfe gekerbter 3-Punkt-Biegezugversuche. In: Beton- und Stahlbetonbau 114 (2019), Heft 4, S. 255-264. https://doi.org/10.1002/best.201800092
- [67] Leutbecher, T.; Rebling, J.: Predicting the postcracking strength of ultra-high performance fiber reinforced concrete by means of three-point bending tests according to EN 14651. In: Structural Concrete, Vol. 20 (2019), Iss. 6, pp. 2081-2095. http://dx.doi.org/10.1002/suco.201900070.
- [68] Graybeal, B. A: Characterization of the Behavior of Ultra-High Performance Concrete. University of Maryland, Dissertation, 2005.
- [69] Mészöly, T.; Randl, N.: An Advanced Approach to Derive the Constitutive Law of UHPFRC. In: Architecture Civil Engineering Environment, Vol. 11 (2018), Iss. 1, pp. 89-96. http://dx.doi.org/10.21307/ACEE-2018–009.
- [70] Graybeal, B. A.; Baby, F.: Tension Testing of Ultra-High Performance Concrete. US Department of Transportation, Federal Highway Administration, Report FHWA-HRT-17–053, McLean, 2019.
- [71] Riedel, P.; Leutbecher, T.: Effect of Fiber Orientation on Compressive Strength of Ultra-High-Performance Fiber-Reinforced Concrete. In: ACI Materials Journal, Vol. 118 (2021), Iss. 2, pp. 199-209. https://doi.org/10.14359/51730417.
- [72] Ankay, B.; Metje, K.; Mönig, T. et al.: Ultrasonic characterisation of steel fibre orientation in ultra-high performance concrete. In: AMA Service GmbH (Hrsg.): Tagungsband 20. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme, Nürnberg, 2019, S. 310-317. http://dx.doi.org/10.5162/sensoren2019/4.1.4.