Untersuchungen zum Biegetragverhalten von carbonbewehrten Bauteilen aus UHPC

Abstract

Der Forschungsbreich Stahlbeton- und Massivbau am Institut für Tragkonstruktionen hat einen Forschungsauftrag über textilbewehrte Ultrahochleistungsbetone (englisch: textile Reinforced Ultra-High Performance Concrete, kurz: TRUHPC) in Kombination mit Carbonbewehrung in Bearbeitung. Im Rahmen dieses Forschungsauftrages war es meine Aufgabe anhand einer Versuchsserie das Biegetragverhalten von Fertigteilträgern und Fertigteildeckenelementen zu analysieren. Das Ziel des Projekts ist es, filigrane schlanke carbonbewehrte Fertigteilträger bzw. Fertigteildeckenelemente zu entwickeln. In Kombination mit Ultra-High Performance Conrcete (UHPC) stehen diese Fertigteil Konstruktionen aus Stahl oder vergleichbaren Materialien in nichts nach. Sie besitzen eine hohe Dauerhaftigkeit, die zusätzlich durch die hohe Packungsdichte des UHPC begünstigt wird. Dadurch wird die Korrosionsgefahr, wie sie bei normalen Stahlbetonträgern gegeben ist, stark reduziert bzw. gänzlich vermieden. Ein zweiter entscheidender Punkt ist das Gewicht derartiger Fertigteilelemente. Es sind Betonkubatureinsparungen von rund 40% möglich (vglb. mit Fertigteilhohldielen) womit der Preisfaktor â Transportâ bei Fertigteilen nicht mehr einen derartig starken Anteil des Gesamtpreises ausmacht. In der vorliegenden Diplomarbeit wird anfangs der Hochleistungswerkstoff UHPC und die textile Bewehrung, die in den Fertigteilen verbaut ist, näher beschrieben. Im weiteren Verlauf wird auf die Kombination von vorgespannten CFK-Stäben mit UHPC und die auftretenden Schwierigkeiten eingegangen. Der Vorteil von UHPC ist seine schnelle Festigkeitsentwicklung in Kombination mit den geringen Relaxationsverlusten von CFK-Stäben ergeben sich ideale Eigenschaften für die Vorspannung derartiger Konstruktionen. Jedoch muss beim Vorspannen von CFK-Stäben ein besonderer Blick auf die Verbundfestigkeit gelegt werden, denn diese ist ein gro er Problemfaktor. Zum Abschluss findet sich der experimentelle Teil der Arbeit wieder, der Untersuchungen an Trägern und Deckenelementen beinhaltet. Bei beiden Versuchskörperkonfigurationen wird ein 4-Punkt-Biege-versuch und ein 3-Punkt-Biegeversuch durchgeführt. Der Vorteil des 4-Punkt-Biegeversuches besteht im konstanten Moment, im Bereich zwischen den zwei Lasteinleitungspunkten. Der 3-Punkt Biegeversuch wurde gewählt, um insgesamt ein grö eres Moment zu bekommen, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, ein Biegeversagen zu erreichen. Um die à bertragbarkeit der Versuche auf FEM-Berechnungssoftware zu prüfen, werden die Versuche parallel mittels FEM modelliert und mit den gemessenen Werten verglichen.

The Institute for Structural Engineering at TU Wien has an ongoing research contract on textile reinforced ultra high performance concrete (short: TRUHPC) in combination with carbon reinforcement. In the context of this experimental program it is my part to analyze the bending load capacity of precast reinforced beams and ceiling elements. The aim of the project is to develop filigree precast reinforced beams and precast reinforced ceiling elements. In combination with TRUHPC these precast elements reach performance levels of steel constructions and similar materials. They have a great durability, which is the benefit of a high packing density of TRUHPC. Therefore the danger of corrosion is not longer present. A second crucial point is the weight of the precast elements. There are concrete cubature savings of around 40% possible (comparing with a hollow-core slab). As a result of this saving the price factor "transport" is not such a big part of the total price. At the beginning of this thesis the material TRUHPC is described. Furthermore the problems which occur by combining prestressed carbon fiber reinforced Polymer (short:CFRP) bars with TRUHPC are described. The fast strengths development and the low relaxation losses of CFRP bars make this material combination favourable for prestressing. Nontheless a big problem of CFRP bars is the bonding behaviour. The final part of the master thesis contains experimental investigations on precast carbon reinforced beams and ceiling elements. For both configurations a 4-point and 3-point bending test is implemented. These configurations are chosen because there is a constant bending moment between the cross beams on the one hand and on the other hand there is a bigger bending moment at the 3-point bending test. At the end of the master thesis FEM simulation are compared with the experimental test, implementing the test results as input parameters.