UNIVERSITÄTSBIBLIOTHEK

Zur Verbundverankerung von Glasfaserkunststoffbewehrungsstäben in Betonbauteilen unter Kurzzeit- und Langzeitbeanspruchung

  • Als alternatives Bewehrungsmaterial für Betonbauteile kann eine Faserkunststoffbewehrung (FKB), bestehend aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) eingesetzt werden. Im Vergleich zu Stahlbewehrung weist eine FKB verschiedene Vorteile auf. Neben einer geringen Wärmeleitfähigkeit, nicht magnetischen Eigenschaft und einer hohen Zugfestigkeit weist FKB eine hohe Beständigkeit gegenüber stahlkorrosionsfördernden Umgebungsbedingungen auf. Durch die Anwendung von FKB in Betonbauteilen, besteht das Potenzial eine tragfähige und wartungsarme Betonkonstruktion herzustellen. Da noch keine allgemeingültige Bemessungsnorm für FKB existiert, werden faserkunststoffbewehrte Betonbauteile derzeit nach den für Betonstahl gültigen Normen in Kombination mit den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen bemessen. Infolge der voneinander abweichenden Materialcharakteristiken der Werkstoffe Stahl und FVK, können nicht alle geltenden Bemessungsgleichungen ohne Anpassung angewendet werden. Dies betrifft die Bemessung der Verankerungslänge zur Sicherstellung der Verankerungstragfähigkeit. Der aktuelle Stand der Wissenschaft bezieht sich überwiegend auf das stabspezifische Verbundverhalten von FKB-Stäben unter Kurzzeitbeanspruchung. Erkenntnisse zum Langzeitverbundverhalten und der Verankerungstragfähigkeit eines faserkunststoffbewehrten Betonbauteils sind unzureichend vorhanden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Erforschung des Verbundtragverhaltens von FKB-Stäben und die Erarbeitung eines Bemessungskonzepts zur Sicherstellung der Verankerungstragfähigkeit unter Kurz- und Langzeitbeanspruchung. Die Basis hierfür bildet der aktuelle Arbeitsentwurf des Eurocode 2. Die darin aufgeführte Bemessungsgleichung der Verankerungslänge wird für FKB-Stäbe angepasst und um eine Mindestverankerungslänge zur Sicherstellung einer dauerhaften Verankerungstragfähigkeit sowie eine Mindestbetondeckung zur Vermeidung eines schlagartigen Bauteilversagens erweitert. Zur Erstellung des Bemessungskonzepts werden experimentelle Untersuchungen an faserkunststoffbewehrte Betonbauteile mit Bewehrungsstäben aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) durchgeführt. Es werden das Verbundverhalten und das Veran-kerungstragverhalten in Abhängigkeit konstruktiver Parameter erforscht. Um den Einfluss von Langzeiteinflüssen auf die Verankerungstragfähigkeit zu erforschen, wird ein Versuchsstand konzipiert, mit dessen Hilfe der Einfluss einer langandauernden Belas-tung und einer kombinierten Einwirkung von Temperatur, Feuchtigkeit und Betonalkalität auf die Verbundfestigkeit bestimmt wird. Des Weiteren wird ein Versuchskörper entwickelt, welcher ermöglicht die Spannungsverteilung einer Verankerung quantitativ zu erfassen. Hiermit wird die Beanspruchung des Betons entlang der Verankerungslänge abgeleitet. Die gesammelten Erkenntnisse münden in einem Modell zur Berechnung des Verbundspannungsverlaufs, dessen zeitliche Entwicklung sowie der Beanspruchung der Betondeckung. Anhand dieses Modells werden Bemessungswerte der Verbundfestigkeit stabspezifisch abgeleitet.
  • As an alternative reinforcement material, a fibre polymer reinforcement consisting of fibre reinforced polymers (FRP) can be used. Compared to reinforcing steel, FRP has several advantages. Besides low thermal conductivity, non-magnetic properties and high tensile strength, FRP has a high resistance to steel corrosive environments. By using FRP in concrete structures with a high risk of corrosion, there is a high potential to produce a load-bearing and low-maintenance concrete structure. Since there is no generally applicable design standard for FRP, fibre-reinforced con-crete components are currently designed following standards applicable to reinforcing steel in combination with the general building inspectorate’s approvals. However, due to the different material characteristics of steel and FRP, valid design equations cannot be applied without adaptation. This holds, in particular, for the design of the anchorage length to ensure the anchorage load-bearing capacity. The different material character-istics of FRP result in a bar-specific bond behaviour, which affects the anchorage ca-pacity of fibre-reinforced components. The current state of the art refers to the bar-specific bond behaviour of FRP bars under short-term loading only. In contrast, insufficient knowledge is available on the long-term bond behaviour and the anchorage capacity of a fibre-reinforced concrete component. Nevertheless, these properties are essential to be considered for the development of a design standard. The present investigates the bond load-bearing behaviour of FRP bars and develops a design concept to ensure the anchorage load-bearing capacity under short-term and long-term loading and the consideration of the bar-specific bond behaviour. The basis for this development is the current working draft of Eurocode 2. The design of the an-chorage length given therein is adapted for FRP bars and extended by a minimum anchorage length to ensure a permanent anchorage capacity and a minimum concrete cover to avoid an abrupt component failure. Experimental studies on fibre-reinforced concrete components with reinforcement bars made of glass fibre-reinforced polymer (GFRP) are performed to develop the design concept. The bond behaviour and the anchorage support behaviour are investigated as a function of design parameters. Furthermore, the influence of long-term loading and the combined effect of moisture, concrete alkalinity and temperature on the composite load-bearing behaviour is investigated. Based on the experimentally collected findings, a model for the calculation of the bond stress curve, its temporal development, as well as the tensile stress of the concrete cover is developed. Using this model, bar-specific design values are derived to ensure the anchorage load-bearing capacity.

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Metadaten
Author:Christian Caspari
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-68813
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6881
Advisor:Matthias Pahn
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2022/07/16
Date of Publication:2022/07/16
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2022/06/28
Date of the Publication (Server):2022/07/18
Tag:Faserverstärkter Kunststoff, Faserkunststoffbewehrung, Betonbauteile, Verbund, Verankerung, Langzeitverhalten
Number of page:XVIII, 226
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Bauingenieurwesen
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)