Herleitung des Bemessungswerts der Nachrisszugfestigkeit für stahlfaserbewehrten ultrahochfesten Beton unter Berücksichtigung der Größenabhängigkeit der Streuung

Forschungsschwerpunkt

Bemessen und Konstruieren mit Ultrahochleistungsbeton (UHPC)

Finanzierung und Laufzeit

Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb), Forschungsvorhaben V 525
Laufzeit: Februar 2025 bis Oktober 2025

Bearbeiter

Lennart Heck, M.Sc.

Projektbeschreibung

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Herleitung des Bemessungswerts der Nachrisszugfestigkeit für stahlfaserbewehrten ultrahochfesten Beton (UHFB). Durch die Berücksichtigung der Größenabhängigkeit der Streuung soll ausreichende Zuverlässigkeit gewährleistet und zugleich die Wirtschaftlichkeit der Bauweise nicht gefährdet werden.

Im Vergleich zu dem von der DAfStb-Richtlinie "Stahlfaserbeton" behandelten (normalfesten) Stahlfaserbeton sind die Stahlfasergehalte bei stahlfaserbewehrtem UHFB deutlich höher. Entsprechend ist der rechnerische Beitrag der Stahlfasern zur Gesamttragfähigkeit erheblich, sodass selbst bei biegebeanspruchten Bauteilen neben (Spannbett-)Vorspannung keine weitere Bewehrung (z. B. in Form von Querkraftbewehrung, Spaltzugbewehrung etc.) erforderlich wird. Dies erlaubt eine deutlich verminderte Massivität der Konstruktion, einen hohen Vorfertigungsgrad, eine gesteigerte Lebensdauer und hohe Ressourceneffizienz. Die Umsetzung neuer Formen des Konstruierens und der Ausführung in der Baupraxis setzt allerdings voraus, dass die rechnerisch vorhandene Leistungsfähigkeit der kostenintensiven Stahlfasern auch tatsächlich in Ansatz gebracht werden darf. Insofern sind neben der Zuverlässigkeit auch die Möglichkeit des werkstoffgerechten Konstruierens und die Frage der Wirtschaftlichkeit der Bauweise eng mit der Frage der Definition eines angemessenen Bemessungswerts der Nachrisszugfestigkeit verknüpft.

Eine besondere Schwierigkeit bei der Festlegung eines Sicherheitskonzepts für stahlfaserbewehrte Betone besteht allgemein darin, dass die Streuung der Nachrisszugfestigkeit wesentlich von der Größe der gezogenen Querschnittsfläche abhängt: Betrachtet man kleine Querschnitte, wie sie in der Baustoffprüfung eingesetzt werden, so ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass die Faseranzahl in einem Schnitt einen sehr großen oder sehr kleinen Wert annimmt, und es ergeben sich im Vergleich zu anderen Festigkeitskenngrößen sehr hohe Variationskoeffizienten für die Nachrisszugfestigkeit. Mit zunehmender Größe der Querschnittsfläche wird es immer unwahrscheinlicher, dass die Faseranzahl einen extremen Wert annimmt.

Ausgehend von diesen grundsätzlichen Überlegungen sollen im Rahmen des Forschungsvorhabens gezielte Untersuchungen durchgeführt werden, um die beschriebenen Effekte zu quantifizieren. Mit den Daten soll dann ein Bemessungswert der Nachrisszugfestigkeit für stahlfaserbewehrten UHFB hergeleitet werden. Das Konzept soll sich dabei im Grundsatz an der DAfStb-Richtlinie "Stahlfaserbeton" orientieren und den Größeneinfluss auf die Streuung berücksichtigen.