Torsionstragverhalten von stahlfaserbewehrten Beton-, Stahlbeton- und Spannetonbalken

Das Torsionstragverhalten von mit Stahlfasern bewehrten Beton-, Stahlbeton- und zum Teil auch Spannbetonbalken ist bereits seit den 1970er Jahren Gegenstand internationaler Forschungen. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass in Abhängigkeit der Leistungsfähigkeit der Stahlfasern das Torsionsrissmoment, die Torsionssteifigkeit nach Rissbildung sowie das maximal aufnehmbare Torsionsmoment positiv beeinflusst werden. Auf Grundlage der Ergebnisse wurden teilweise auch Berechnungsgleichungen aufgestellt. Eine systematische Auswertung aller in der Fachliteratur vorhandenen Versuchsergebnisse sowie die Ableitung eines allgemeingültigen Berechnungsansatzes erfolgten jedoch bisher nicht. Aus diesem Grund enthalten aktuelle Regelwerke keine Bemessungsgleichungen zur Berücksichtigung der Stahlfasertragwirkung beim Torsionsnachweis. Im Zuge der Arbeit werden zunächst die wichtigsten Grundlagen des Stahlfaserbetons und der Torsionstheorie zusammengestellt. Hierauf aufbauend folgt eine Übersicht zum Stand der Forschung an stahlfaserbewehrten Beton-, Stahlbeton- und Spannbetonbalken unter Torsionsbeanspruchung. Im Weiteren wird anhand von eigenen Versuchen das Torsionstragverhalten von Beton-, Stahlbeton- und Spannbetonbalken mit Hohlkastenquerschnitt aus ultrahochfestem Faserbeton (UHPFRC) untersucht und analysiert. Die Untersuchungen zeigen, dass unter Verwendung von Stahlfasern ein höheres Torsionsrissmoment, eine höhere Torsionssteifigkeit nach Rissbildung, eine feinere Rissbildung sowie ein deutlich höheres Torsionsbruchmoment auftreten. Auf Grundlage dessen wird ein Ingenieurmodell entwickelt, mit dem die Versuchsergebnisse gut bis sehr gut nachvollzogen werden können. Zur Ableitung eines allgemeingültigen Bemessungsansatzes werden anschließend die in der Fachliteratur vorhandenen experimentellen Versuchsergebnisse an stahlfaserbewehrten Torsionsbalken in einer Datenbank zusammengefasst und systematisch ausgewertet. Hierbei zeigt sich, dass das entwickelte Ingenieurmodell auch auf andere Stahlfaserbetone und Querschnittsformen übertragen werden kann. Abschließend wird auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse ein praxisgerechtes Bemessungsmodell inklusive konstruktiver Regelungen vorgeschlagen, welches die Erfassung der Stahlfasertragwirkung beim Torsionsnachweis von stahlfaserbewehrten Stahlbeton- und Spannbetonbalken aus normal- und ultrahochfestem Beton ermöglicht.