Bemessung carbonbewehrter Betonbauteile unter besonderer Betrachtung des Gebrauchszustandes - Entwicklung eines Modells zur wirklichkeitsnahen Verformungsberechnung

Bewehrungen aus Faserverbundkunststoffen (FVK) haben sich im konstruktiven Betonbau aufgrund ihrer hohen Festigkeiten und ihrer Beständigkeit gegenüber physikalischen und chemischen Einflüssen zu einer Alternative zu konventionellem Betonstahl entwickelt. Aufgrund der abweichenden Material- und Verbundeigenschaften sind für eine sichere Bemessung präzise Kenntnisse über das Bauteilverhalten unter Kurzzeit- sowie Langzeitbeanspruchung notwendig. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden experimentelle Untersuchungen zum Trag-, Riss- und Verformungsverhalten an carbonbewehrten Betonbauteilen unter Kurzzeit- sowie statischer und zyklischer Dauerbeanspruchung vorgestellt. Aufbauend auf den Versuchsergebnissen erfolgt eine präzise Analyse des Bauteilverhaltens unter Langzeitbeanspruchung und eine Prüfung bestehender Ingenieur- und Bemessungsmodelle. Durch die in der Regel niedrigeren Elastizitätsmoduln der FVK-Bewehrung kommt dem Nachweis zur Begrenzung der Verformungen eine besondere Rolle zu. Hierfür wird ein nichtlineares Berechnungsmodell analytisch hergeleitet, durch das eine präzise Berechnung der Verformungen unter expliziter Berücksichtigung der Mitwirkung des Betons zwischen den Rissen möglich ist. Es erfolgt eine Untersuchung statisch unbestimmter Systeme, eine Validierung mit Hilfe eines numerischen Modells und der Versuchsergebnisse sowie eine Überführung in Näherungslösungen und praxisnahe Regeln zur Bemessung.

Reinforcements made of fibre-reinforced polymers (FRP) have become an alternative to conventional steel reinforcement in structural concrete. This is due to their high strength and resistance to physical and chemical influences. As a result of the different material and bond properties, precise knowledge of the structural behaviour under short-term and long-term loading is necessary for reliable design. Within the scope of the present work, experimental investigations on the load-bearing, cracking and deformation behaviour of members with carbon fibre-reinforced polymer reinforcement under short-term as well as long-term loading are presented. Based on the experimental results, a precise analysis of the structural behaviour under long-term loading and a verification of existing engineering and design models is done. Due to the generally lower modulus of elasticity of the FRP reinforcement, the control of deflections is of special importance. For this purpose, a non-linear calculation model is derived analytically, which allows a precise calculation of the deflections under explicit consideration of the tension stiffening effect. An investigation of statically indeterminate systems, a validation with the help of a numerical model and the experimental results as well as a transfer to approximate solutions and practical rules for the design are carried out.