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Verbundverhalten von eingemörtelten Bewehrungsstäben unter zyklischer Beanspruchung
(2007) Simons, Isabelle Nadine; Eligehausen, Rolf (Prof. Dr.-Ing.)
In der vorliegenden Arbeit wurde das Tragverhalten von eingemörtelten Bewehrungsstäben unter zyklischer Beanspruchung im ungerissenen und gerissenen Beton bei den Versagensarten Herausziehen des Bewehrungsstabes und Spalten des Betons für unterschiedliche Mörtelsysteme experimentell und numerisch untersucht. Zum Vergleich wurden einbetonierte Bewehrungsstäbe geprüft. Anhand der Ergebnisse wurden die Einflussfaktoren auf das Verbundspannungs-Verschiebungsverhalten von eingemörtelten und einbetonierten Bewehrungsstäben aufgezeigt und bewertet. Darüber hinaus wurde ein Vorschlag zur Bemessung von nachträglich eingemörtelten Bewehrungsstäben unter zyklischer Beanspruchung hergeleitet. Das Tragverhalten von eingemörtelten Bewehrungsstäben unter monotoner Belastung im ungerissenen Beton hängt wesentlich vom verwendeten Mörtelsystem ab. Es kann etwa ähnlich, günstiger jedoch auch ungünstiger sein als das von einbetonierten Bewehrungsstäben. Bei zyklischer Belastung zwischen vorgegebenen Verschiebungen kommt es zu Verbundschädigungen. Zur Bewertung der Verbundschädigung wurden die Abnahme der Verbundspannung bei der maximalen Verschiebung unter zyklischer Belastung und die Resttragfähigkeit nach zyklischer Belastung herangezogen. Die Verbundschädigung nimmt mit zunehmendem Verschiebungswert während der zyklischen Belastung zu und ist bei einseitiger zyklischer Belastung deutlich geringer als bei wechselnder Belastung. Dies gilt für einbetonierte und eingemörtelte Bewehrungsstäbe. Das Verbundverhalten von eingemörtelten Bewehrungsstäben unter monotoner Belastung wird durch Risse im Beton wesentlich beeinflusst. Mit zunehmender Rissbreite nimmt die Verbundfestigkeit wesentlich ab. Dabei kann die Abnahme der Verbundfestigkeit stärker oder vergleichbar zum Verhalten von einbetonierten Rippenstäben sein. Dieses Ergebnis steht teilweise im Widerspruch zu Angaben in der Literatur, wonach die Verbundfestigkeit von eingemörtelten Bewehrungsstäben durch Risse im Beton deutlich stärker beeinflusst wird als bei einbetonierten Bewehrungsstäben. Unter sonst gleichen Versuchsbedingungen ist im gerissenen Beton die Schädigung des Verbundes durch zyklische Belastungen größer als im ungerissenen Beton. Dabei verhalten sich Bewehrungsstäbe, die mit geeigneten Injektionsmörtelsystemen eingemörtelt werden ähnlich oder günstiger als einbetonierte Bewehrungsstäbe. Als geeignet werden Injektionssysteme eingestuft, die unter monotoner Belastung im ungerissenen und gerissenen Beton ein vergleichbares oder günstigeres Verbundspannungs-Schlupf-Verhalten aufweisen als einbetonierte Rippenstäbe. Geeignete Injektionsmörtelsysteme weisen auch im gerissenen Beton unter zyklischer Belastung eine geringere Verbundschädigung auf als einbetonierte Bewehrungsstäbe. Das Tragverhalten von eingemörtelten Bewehrungsstäben mit großer Verankerungslänge unter zyklischer Belastung wurde numerisch untersucht. Dazu wurde das nichtlineare FE-Programm MASA verwendet, das auf dem Microplane-Materialmodell für Beton und einer verschmierten Rissmodellierung (Rissbandmethode) basiert. Der Verbund zwischen Bewehrungsstahl und Beton wurde durch ein diskretes Verbundmodell (Lettow (2006)) modelliert. Bei diesem Verbundmodell wird die Verbundspannungs-Schlupf-Beziehung bei monotoner Belastung eingegeben. Der Einfluss weiterer Parameter wird automatisch erfasst. Die durchgeführten Rechnungen gelten für die Versagensart Herausziehen. Die Nachrechnung der Versuche mit kurzer Verankerungslänge zeigte, dass das verwendete Verbundmodell prinzipiell in der Lage ist, das Verbundverhalten von eingemörtelten Bewehrungsstäben unter zyklischer Belastung mit ausreichender Genauigkeit zu beschreiben. Allerdings muss der Schädigungsparameter für Verankerungen im gerissenen Beton modifiziert werden, weil die Verbundschädigung im gerissenen Beton stärker ist als im ungerissenen Beton. Die Eignung des Mörtelsystems ist durch Ausziehversuche mit eingemörtelten Bewehrungsstäben unter monotoner und zyklischer Beanspruchung nachzuweisen. Die Versuche unter monotoner Beanspruchung sollten nach dem Technical Report (EOTA (2006)) durchgeführt werden. Die Versuchsergebnisse müssen alle in EOTA (2006) angegebenen Bedingungen erfüllen. Für den zyklischen Eignungsnachweis ist ein Vorschlag in der Arbeit gegeben. Nach EOTA (2006) sind nur Versuche im ungerissenen Beton erforderlich. In den durchgeführten zyklischen Versuchen war das Verbundverhalten von eingemörtelten Bewehrungsstäben im gerissenen Beton demjenigen von einbetonierten Bewehrungsstäben vergleichbar, wenn das Verbundverhalten der eingemörtelten Bewehrungsstäbe unter monotoner Belastung im gerissenen Beton gleich oder günstiger war als das von einbetonierten Rippenstäben, ansonsten nicht. Dieses Ergebnis gilt jedoch streng nur für die untersuchten Injektionsmörtelsysteme. Daher wird empfohlen, zusätzlich Vergleichsversuche mit eingemörtelten Bewehrungsstäben unter Verwendung der zu beurteilenden Injektionsmörtel im gerissenen Beton durchzuführen. Dies gilt insbesondere auch für die Überprüfung des Verbundverhaltens unter zyklischer Belastung.