DSpace
KOBRA
KOBRA

KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 14 / Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen  → Institut für konstruktiven Ingenieurbau (IKI)  → Fachgebiet Massivbau  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-814

Title: Ein Beitrag zur realitätsnahen Modellierung und Analyse von stahlfaserverstärkten Stahlbeton- und Stahlbetonflächentragwerken
Authors: Guttema, Tesfaye Bullo
???metadata.dc.subject.swd???: StahlfaserbetonTragwerkZug-Druck-BeanspruchungRissbildungStoffeigenschaft
???metadata.dc.subject.ddc???: 620 - Ingenieurwissenschaften (Engineering and allied operations)
Issue Date: 4-Dec-2003
Abstract: Das Werkstoffverhalten von stahlfaserfreiem bzw. stahlfaserverstärktem Stahlbeton unter biaxialle Druck- Zugbeanspruchung wurde experimentell und theoretisch untersucht. Die Basis der experimentellen Untersuchungen waren zahlreiche Versuche, die in der Vergangenheit an faserfreiem Stahlbetonscheiben zur Bestimmung des Werkstoffverhaltens von gerissenem Stahlbeton im ebenen Spannungszustand durchgeführt wurden. Bei diesen Untersuchungen wurde festgestellt, dass infolge einer Querzugbeanspruchung eine Abminderung der biaxialen Druckfestigkeit entsteht. Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnisse sind zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften des Betons, Stahlbetonscheiben aus stahlfaserverstärktem Beton hergestellt worden. Die aus der Literatur bekannten Werkstoffmodelle für Beton sowie Stahlbeton, im ungerissenen und gerissenen Zustand wurden hinsichtlich der in der Vergangenheit ermittelten Materialeigenschaften des Betons bzw. Stahlbetons unter proportionalen sowie nichtproportionalen äußeren Belastungen erklärt und kritisch untersucht. In den frischen Beton wurden Stahlfasern hinzugegeben. Dadurch konnte die Festigkeits- und die Materialsteifigkeitsabminderung infolge Rissbildung, die zur Schädigung des Verbundwerkstoffs Beton führt, reduziert werden. Man konnte sehen, dass der Druckfestigkeitsabminderungsfaktor und insbesondere die zur maximal aufnehmbaren Zylinderdruckfestigkeit gehörende Stauchung, durch Zugabe von Stahlfasern besser begrenzt wird. Die experimentelle Untersuchungen wurden an sechs faserfreien und sieben stahlfaserverstärkten Stahlbetonscheiben unter Druck-Zugbelastung zur Bestimmung des Verhaltens des gerissenen faserfreien und stahlfaserverstärkten Stahlbetons durchgeführt. Die aus eigenen Versuchen ermittelten Materialeigenschaften des Betons, des stahlfaserverstärkten Betons und Stahlbetons im gerissenen Zustand wurden dargelegt und diskutiert. Bei der Rissbildung des quasi- spröden Werkstoffs Beton und dem stahlfaserverstärkten Beton wurde neben dem plastischen Fließen, auch die Abnahme des Elastizitätsmoduls festgestellt. Die Abminderung der aufnehmbaren Festigkeit und der zugehörigen Verzerrung lässt sich nicht mit der klassischen Fließtheorie der Plastizität ohne Modifizierung des Verfestigungsgesetzes erfassen. Es wurden auf elasto-plastischen Werkstoffmodellen basierende konstitutive Beziehungen für den faserfreien sowie den stahlfaserverstärkten Beton vorgeschlagen. Darüber hinaus wurde in der vorliegenden Arbeit eine auf dem elasto-plastischen Werkstoffmodell basierende konstitutive Beziehung für Beton und den stahlfaser-verstärkten Beton im gerissenen Zustand formuliert. Die formulierten Werkstoffmodelle wurden mittels dem in einer modularen Form aufgebauten nichtlinearen Finite Elemente Programm DIANA zu numerischen Untersuchungen an ausgewählten experimentell untersuchten Flächentragwerken, wie scheibenartigen-, plattenartigen- und Schalentragwerken aus faserfreiem sowie stahlfaserverstärktem Beton verwendet. Das entwickelte elasto-plastische Modell ermöglichte durch eine modifizierte effektive Spannungs-Verzerrungs-Beziehung für das Verfestigungsmodell, nicht nur die Erfassung des plastischen Fließens sondern auch die Berücksichtigung der Schädigung der Elastizitätsmodule infolge Mikrorissen sowie Makrorissen im Hauptzugspannungs-Hauptdruckspannungs-Bereich. Es wurde bei den numerischen Untersuchungen zur Ermittlung des Last-Verformungsverhaltens von scheibenartigen, plattenartigen- und Schalentragwerken aus faserfreiem und stahlfaserverstärktem Stahlbeton, im Vergleich mit den aus Versuchen ermittelten Ergebnissen, eine gute Übereinstimmung festgestellt.The material behaviour of steel fibre free and steel-fibre reinforced concrete under biaxial compression-tension loading was investigated both experimentally and theoretically. The basis of the experimental investigations was numerous tests that were carried out in the past on steel-fibre-free reinforced concrete panels to determine the material behaviour of cracked reinforced concrete under in-plane tension-compression loading. In the past investigations, it was observed that under tension-compression loading, as a result of tensile stresses, a reduction in the compressive strength occurs. Based on theses findings, reinforced steel fibre concrete panels were cast to improve the mechanical properties of reinforced steel-fibre-free concrete. Moreover, the constitutive models for concrete as well as reinforced concrete in uncracked and cracked condition found in the literature and suggested in the past were discussed and critically reviewed in order to assess there capability to model the material characteristics of concrete and reinforced concrete under proportional as well as non-proportional external loads. The steel fibres added to fresh concrete helped to reduce the strength- and material stiffness reduction as a result of matrix cracking, which leads to the damaging of the composite material reinforced concrete. It was observed that the strength reduction factor and especially the reduction factor of the strain corresponding to the cylinder compressive strength was improved by adding steel fibre to the fresh concrete. In order to determine the behaviour of cracked reinforced steel-fibre-free and steel fibre concrete panels, experimental investigations were performed on 6 reinforced steel-fibre-free and 7 reinforced steel fibre concrete panels subjected to tension-compression loading. The material characteristics obtained from tests on steel-fibre-free and steel fibre concrete panels were presented and discussed. Cracking of quasi brittle material such as plain concrete and steel fibre concrete leads to a reduction in elastic Modulus in addition to plastic flow. The reduction of the biaxial compressive strength and the accompanying strain cannot be modelled using the classic theory of plasticity, without modifying the hardening law. Constitutive models based on plasticity were proposed for both steel-fibre-free concrete and steel fibre concrete. Finally, elasto-plastic constitutive models were formulated for steel-fibre-free and steel fibre reinforced concrete in cracked condition. The formulated constitutive models were implemented in the non-linear Finite Element Program DIANA. Thereby, numerical investigations were undertaken on selected, experimentally tested surface structures such as deep beams, wall panels, slabs and shells produced from both reinforced steel- fibre- free concrete and reinforced steel fibre concrete. The developed elasto-plastic model enabled through modified effective stress -8211; effective strain relations for the hardening model in the principal compressive and principal tensile stress region, not only to model the plastic flow but also the reduction in strength and stiffens due to micro- and macro-cracking of steel fibre and steel fibre concrete. Good correlations were obtained between the numerically simulated load-deformation- behaviour of deep beams, wall panels, slabs and shells produced from both reinforced steel-fibre-free concrete and steel fibre concrete with that obtained from experimental investigations.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-814
Appears in Collections:Dissertationen

Files in This Item:

File Description SizeFormat
dis1518_14.pdf5.55 MBAdobe PDFView/Open

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.