Bemessung von Betonfertigteilen mit vorgespannter Bewehrung aus Faserverbundkunststoff : Entwicklung eines Bemessungskonzeptes unter Berücksichtigung wirklichkeitsnaher Bauteilverformungen

Vor dem Hintergrund des ressourcenschonenden und dauerhaften Bauens stellen Bewehrungen aus Faserverbundkunststoffen (FVK) aufgrund ihrer großen Zugfestigkeit und ausgeprägten Korrosionsresistenz eine Alternative gegenüber Betonstahl dar. Aufgrund der im Allgemeinen geringeren Steifigkeit und der Sprödheit der FVK-Bewehrung wird die Bemessung dabei maßgeblich durch das Verformungsverhalten der Bauteile beeinflusst, da unter Gebrauchslasten größere Verformungen auftreten und bei Erreichen der Traglast die Gefahr eines unangekündigten Versagens bestehen kann. In diesem Kontext stellen das Vorspannen der FVK-Bewehrung sowie der explizite Nachweis der Bauteilverformungen in beiden Grenzzuständen vielversprechende Lösungsansätze dar. In der vorliegenden Arbeit werden theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten von Betonbauteilen mit vorgespannter FVK-Bewehrung unter Kurzzeit- und statischer Dauerbeanspruchung präsentiert. Auf Grundlage dessen wird ein nichtlineares Berechnungsmodell zur Ermittlung der wirklichkeitsnahen Bauteilverformungen hergeleitet und mithilfe einer umfangreichen Versuchsdatenbank validiert. Zudem wird ein Nachweiskonzept der Bauteilverformungen vorgestellt, welches neben der Verformungsbegrenzung unter Gebrauchslasten ebenfalls den Nachweis einer Mindestverformung im Grenzzustand der Tragfähigkeit vorsieht, um eine ausreichende Versagensvorankündigung sicherzustellen. Abschließend wird auf Grundlage aller Ergebnisse ein anwendungsorientiertes Bemessungskonzept entwickelt, welches eine zuverlässige Bemessung von Betonfertigteilen mit vorgespannter FVK-Bewehrung ermöglicht.

By trying to design resource-efficient and durable structural concrete members, the use of reinforcements made of fibre-reinforced plastics (FRP) represents an alternative to rein- forcing steel due to their high tensile strength and corrosion resistance. Due to the generally lower stiffness and the brittleness of the FRP reinforcement, the design is significantly influenced by the deformation behaviour, as greater deformations occur under service loads and it is possible that an unannounced failure occurs when the ultimate load is reached. In this context, the prestressing of the FRP reinforcement and the explicit verification of the member deflections in both limit states represent promising approaches. In this dissertation, theoretical and experimental investigations of the load-bearing and deformation behaviour of structural concrete members with prestressed FRP reinforcement are presented and a non-linear calculation model for determining the realistic deflections is derived and validated with an extensive test database. Furthermore, a new design approach considering the deflections is presented. In addition to limiting the deflections under service loads, a minimum deflection in the ultimate limit state has to be guaranteed in order to ensure sufficient advance notice of failure. Finally, a design concept is developed on the basis of all previous results, which enables a reliable design of pre-tensioned concrete members with prestressed FRP reinforcement.