Browsing by Author "Frettlöhr, Björn"

Now showing 1 - 1 of 1

Open Access
Bemessung von Bauteilen aus ultrahochfestem Faserfeinkornbeton (UHFFB)
(2011) Frettlöhr, Björn; Sobek, Werner (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h.)
Mit ultrahochfestem Faserfeinkornbeton (UHFFB) können sehr materialsparende, filigrane und hochtragfähige Tragwerke aus Beton realisiert werden. Durch die sehr hohe Undurchlässigkeit gegenüber angreifenden Stoffen ist zudem eine sehr hohe Dauerhaftigkeit der Tragwerke aus UHFFB gegeben. Ein Einsatz von UHFFB ist besonders dann wirtschaftlich, wenn im Wesentlichen auf Betonstahlbewehrungen verzichtet werden kann. Durch die hohe Druckfestigkeit eignet sich UHFFB zudem sehr gut für eine Kombination mit Vorspannung, um bei Tragwerken hohe Zugspannungen aufnehmen zu können. Sollen Biege- und Zugbeanspruchungen vom UHFFB abgetragen werden, so ist eine genaue Kenntnis des Tragverhaltens von besonderer Bedeutung. Dieses wird fundamental vom Fasergehalt, der Faserverteilung und Faserausrichtung beeinflusst. Um den in früheren Forschungsprojekten festgestellten Maßstabseinfluss, also die Abnahme der Biegezugfestigkeit mit zunehmender Bauteilhöhe, auf das Biege- und Zugtragverhalten näher zu untersuchen, wurde ein Versuchprogramm durchgeführt, bei dem identische Querschnitte auf Zug und Biegung geprüft wurden. Ein weiterer wesentlicher Parameter war das Bauteilverhältnis b/h, also der Einfluss der Bauteilform. Als UHFFB kam hierbei Ductal® der Firma Lafarge, Paris mit 2,0 Vol.-% Stahlfasern (df = 0,175 mm und lf = 13 mm) zum Einsatz mit einer mittleren Zylinderdruckfestigkeit von fc = 211 MPa. An der Elastizitäts- und Festigkeitsgrenze zeigten die Zugversuche überwiegend einen Maßstabs- und Formeinfluss. Die Versuchsserien für Biegung zeigten an der Elastizitätsgrenze lediglich einen Maßstabseinfluss und an der Festigkeitsgrenze einen deutlichen Maßstabs- und Formeinfluss. Zur Messung der Faserorientierung wurde ein Algorithmus nach dem Verfahren der optischen Messung mittels digitaler Bildverarbeitung entwickelt und mit der Entwicklungsumgebung HALCON 8.0 für "machine vision" (maschinelles Sehen) von MVTec programmiert. Mit diesem Algorithmus und einer neu konzipierten Messeinrichtung konnte an einer Auswahl der Zugprismen die Faserorientierung in Beanspruchungsrichtung ermittelt werden. Die untersuchten Zugprismen wiesen alle eine mittlere Faserorientierung von etam = 0,9 mit einer sehr geringen Streuung auf; der 5 % - Fraktilwert lag bei eta = 0,88 und der 95 % Fraktilwert bei eta = 0,92. Es konnte ferner kein Unterschied zwischen Rand und Kernbereich bei den Querschnitten festgestellt werden. Die Faserverteilung war sowohl innerhalb der Querschnitte als auch entlang der Hauptachse in Beanspruchungsrichtung nahezu homogen, und dies galt auch für die Faserorientierung. Daher konnten die Messergebnisse auch auf die Lokalisierungsstelle uübertragen werden. Zwischen den verschiedenen Querschnittabmessungen und b/h – Verhältnissen konnten keine Unterschiede in der mittleren Faserorientierung festgestellt werden. Da alle Versuchskörper nach dem identischen Verfahren betoniert worden sind, konnten die optischen Messergebnisse der Zugprismen auch auf die Biegezugprismen übertragen werden. Zwischen der Faserorientierung und der Zugfestigkeit wurde eine nichtlineare Korrelation festgestellt und durch eine Funktion beschrieben. Der 1D Zugfestigkeit fct,1D bei eindimensionaler Faserausrichtung (oberer Grenzwert der einaxialen Zugfestigkeit) konnte über eine vereinfachte stochastische Betrachtung und einem Modell auf Faserebene abgeschätzt werden. Beide Modelle zeigten eine gute Übereinstimmung. Mit Hilfe des Modells auf Fasereben konnte auch die Spannungs - Rissöffnungs -Beziehung sigmact - wr eines Einzelrisses hergeleitet werden, die mit den gemessenen Verläufen sehr gut übereinstimmte. Eine Parameterstudie am Modell auf Fasereben ergab, dass der Ansatz und die Höhe des Haftverbundes nahezu keinen Einfluss auf die 1D Zugfestigkeit und den Verlauf des abfallenden Astes der Spannungs - Rissöffnungs - Beziehung hat. Der Haftverbund führt lediglich zu einem steileren Verlauf der Spannungs - Rissöffnungs - Beziehung im ansteigenden Ast. Die mit dem Modell auf Faserebene numerisch abgeleitete Spannungs - Rissöffnungs - Beziehung eines Einzelrisses für eine eindimensionale Faserorientierung wurde als Grundlage für die Definition einer Materialkurve für Zugbeanspruchung von UHFFB durch eine analytische Funktion stückweise approximiert.