Dünnwandige Betonbauteile mit Bewehrung aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen

Dissertation von Dipl.-Ing. Franz Xaver Forstlechner

Durch die Entwicklung hochleistungsfähiger Betone mit enormer mechanischer Festig-keit, hoher Widerstandsfähigkeit und verlässlich einstellbarer Konsistenz ist es heute möglich, tragende Betonbauteile mit Dicken im Bereich weniger Zentimeter herzustel-len. Auch die Entwicklung korrosionsresistenter und hochfester Bewehrungsformen aus Carbonfasern begünstigt diese Tendenz, da sie Betondeckungen im Bereich weniger Millimeter und geringe Bewehrungsgrade zulässt. Die zentrale Forschungsfrage der vorliegenden Dissertation lautet daher, wie maximal fünf Zentimeter dicke Betonbautei-le mithilfe von Carbonfasern bewehrt werden sollen, um unter Biegebeanspruchung eine hohe Steifigkeit auf Gebrauchslast-Niveau, und zugleich eine hohe Tragfähigkeit und Duktilität im Bruchzustand zu erreichen? Der in dieser Arbeit verfolgte Lösungsan-satz besteht darin, den Beton mittels Textilgelegen aus Carbonfasern möglichst oberflä-chennah zu bewehren, und in den Bereichen der größten Beanspruchungen zusätzlich zentrische Spannglieder in Form von CFK-Lamellen anzuordnen, die im Spannbett vor-gespannt werden.
Die Beantwortung der Forschungsfrage erfolgt einerseits anhand von Laborversuchen, die das Verbundverhalten von Carbonbewehrung und Hochleistungsbetonen bzw. das Biegetragverhalten von schlaff bewehrten und vorgespannten Carbonbeton-Platten un-tersuchen. Auf Grundlage der Versuche wird ein Modell zur Abbildung des Tragverhal-tens aufgestellt, und ein Bemessungskonzept abgeleitet. Andererseits wird die Anwend-barkeit der entwickelten Leitbauweise im größeren Maßstab durch Herstellung eines Prototypens überprüft, der neben Erfahrungen hinsichtlich des geeigneten Bauverfah-rens auch Erkenntnisse über die Wirtschaftlichkeit und das Langzeitverhalten liefert. Die gegenständliche Arbeit stellt einen baupraktischen Beitrag zur Entwicklung dünn-wandiger Tragkonstruktionen aus Carbonbeton dar, die aufgrund des geringen Eigen-gewichts und der hohen Dauerhaftigkeit die Ressourceneffizienz im Massivbau steigern sollen.
 



Literatur:

  • ACI 440.1 R-06.2006. Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars. USA, Michigan: American Concrete Institute, Farmington Hills.
  • Deutscher Ausschuss für Stahlbetonbau. 2008. Sachstandsbericht Ultrahochfester Beton. Berlin: Beuth Verlag GmbH.
  • Forstlechner, F. 2012. Composite Structures made of Ultra-High Performance Concrete and Fiber-Reinforced polymers. Brescia: Publisher creations