Fachgebiet Massivbauhttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/20060512115902024-03-29T05:07:13Z2024-03-29T05:07:13ZBehaviour Study of Grouted Connection for Offshore Wind Turbine Structures with Brittle Cement Based GroutsAboubakr, Attitou Amen Mohamedhttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/114882021-06-23T14:24:15Z2020-01-01T00:00:00ZResearches show that the energy demand in the world is significantly increasing and climate change becomes a problematic issue, therefore, the interest in renewable energy is growing extremely fast. Offshore wind energy is one of the most effective renewable sources in Europe and other places in the world. One of the most important parts in the offshore foundation is the grouted connection as it is the first element to be designed in the design of the foundation structure of an offshore wind turbine because the vertical length of the grout connection determines the total size of the transition part. Over the past two decades, the grouted connection has been used for an increasing number of offshore wind turbine structures.
The main aim of this thesis is to investigate the ultimate capacity of grouted connections under concentric and eccentric loading, with NC, HPC and UHPC grouts, different arrangements of shear keys and different connection geometry. To achieve this aim, an experimental program and numerical modelling were carried out. The result of the experimental program in chapter 4 was used as fundamental for the benchmark of the numerical model in chapter 5. Several specimens were required to complete this research therefore, 14 specimens were tested over a period of 18 months. Based on the experimental program and the analysis of results, design of the grouted connection could be developed. The research has focused on grouted connection behaviour and investigating the most important parameters through experimental tests and finite element modelling. Moreover, as of yet, there has only been a handful of studies, which have looked at the shear keys arrangement. For these reasons, the thesis addressed variations in the arrangement of shear keys and their effect on the connection capacity.
The main parameters, which affect the grouted connection behaviour according to the test results is summarized in chapter 6. The grouted connection behaviour as discussed in this chapter is highly dependent on grout material, type of loading and different arrangement of shear keys.
As an alternative to experimental testing, numerical modelling can be used. The numerical modelling was done using ATENA finite element program. After the validation of the numerical model, a stresses study was done. The stress checks were carried out in the highly stressed region near the shear keys and for the middle region of the compression struts, therefore, the stress checks was carried out for local principal stresses at shear keys, principal tensile stress and compression stresses.
There are many standards used for grouted connection design. One of the goals of this research was to look at current standards used to design the grouted connection. Nevertheless, one core issue should be investigated: How can these standards accommodate new grout materials such as HPC and UHPC. The applicability of the current design codes, which is described in chapter 7 was studied. Comparison was made with the predicted bond strengths derived from design codes (API, UKDE, NORSOK and DNV) and test results. The result of the comparison shows that some design codes formulae for grouted connections cannot be extrapolated to connection.
2020-01-01T00:00:00ZAboubakr, Attitou Amen MohamedResearches show that the energy demand in the world is significantly increasing and climate change becomes a problematic issue, therefore, the interest in renewable energy is growing extremely fast. Offshore wind energy is one of the most effective renewable sources in Europe and other places in the world. One of the most important parts in the offshore foundation is the grouted connection as it is the first element to be designed in the design of the foundation structure of an offshore wind turbine because the vertical length of the grout connection determines the total size of the transition part. Over the past two decades, the grouted connection has been used for an increasing number of offshore wind turbine structures.
The main aim of this thesis is to investigate the ultimate capacity of grouted connections under concentric and eccentric loading, with NC, HPC and UHPC grouts, different arrangements of shear keys and different connection geometry. To achieve this aim, an experimental program and numerical modelling were carried out. The result of the experimental program in chapter 4 was used as fundamental for the benchmark of the numerical model in chapter 5. Several specimens were required to complete this research therefore, 14 specimens were tested over a period of 18 months. Based on the experimental program and the analysis of results, design of the grouted connection could be developed. The research has focused on grouted connection behaviour and investigating the most important parameters through experimental tests and finite element modelling. Moreover, as of yet, there has only been a handful of studies, which have looked at the shear keys arrangement. For these reasons, the thesis addressed variations in the arrangement of shear keys and their effect on the connection capacity.
The main parameters, which affect the grouted connection behaviour according to the test results is summarized in chapter 6. The grouted connection behaviour as discussed in this chapter is highly dependent on grout material, type of loading and different arrangement of shear keys.
As an alternative to experimental testing, numerical modelling can be used. The numerical modelling was done using ATENA finite element program. After the validation of the numerical model, a stresses study was done. The stress checks were carried out in the highly stressed region near the shear keys and for the middle region of the compression struts, therefore, the stress checks was carried out for local principal stresses at shear keys, principal tensile stress and compression stresses.
There are many standards used for grouted connection design. One of the goals of this research was to look at current standards used to design the grouted connection. Nevertheless, one core issue should be investigated: How can these standards accommodate new grout materials such as HPC and UHPC. The applicability of the current design codes, which is described in chapter 7 was studied. Comparison was made with the predicted bond strengths derived from design codes (API, UKDE, NORSOK and DNV) and test results. The result of the comparison shows that some design codes formulae for grouted connections cannot be extrapolated to connection.Untersuchung der Verstärkung bestehender Stahlbetonkonstruktionen unter Nutzung Ultrahochfesten Betons (UHPC) im Vergleich zu herkömmlichen VerstärkungsmaßnahmenAlkhoury, Majedhttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/20171207539132021-06-23T14:24:27Z2017-12-07T00:00:00ZAufgrund des hohen Anteils instandsetzungsbedürftiger Gebäude in Syrien spielen Verstärkungsmaßnahmen eine große Rolle im Bauingenieurwesen. Dabei wird den wirtschaftlichen Aspekten besondere Bedeutung beigemessen. Maßnahmen der Gebäudeverstärkung beruhen in Syrien fast nur auf dem Verfahren der Verstärkung durch Stahlbauteile. Für die Verstärkung und Sanierung bestehender Bauwerke und Bauteile sind in Deutschland verschiedene Methoden, wie z. B. Anbringen zusätzlicher Stahlprofile, Kleben von Stahl-, CFK- oder GFK-Lamellen, üblich. Darüber hinaus kommen Querschnittsergänzungen aus bewehrtem Beton, oft hergestellt in Spritzbetonbauweise, zur Anwendung.
Arbeitsziel ist "die Schaffung und Entwicklung einer neuen Methode für die Verstärkung von Stahlbetonbauten". Als eine Alternative zu konventionellen Methoden ist der Einsatz dünner Schichten aus faserbewehrtem Ultrahochleistungsbeton möglich.
Um das Arbeitsziel zu erreichen, wurden mehrere Reihen von Versuchen durchgeführt. Die Untersuchung zielen auf den „Einsatz von UHPC als modernem Baustoff der Gebäudeverstärkung“ ab und insbesondere welche Rolle oder Nutzungsmöglichkeiten der UHPC in der Verstärkung von Stahlbetonbalken hat. Dazu wird das Verhalten hinsichtlich der Traglasten, der Rissbildung und der Verformungen von mit UHPC verstärkten Balken im Vergleich zu unverstärkten Referenzbalken untersucht.
Verschiedene Serien vorbereitender Versuche wurden durchgeführt, um die Fließfähigkeit von faserbewehrtem UHPC in dünnen Querschnitten mit Durchflussbehinderung durch Stabbewehrung sowie das Verbundverhalten mit dem Altbeton zu untersuchen. Die Hauptversuche wurden an sieben Stahlbetonbalken mit T-förmigem Querschnitt mit und ohne U-förmige Verstärkung aus einer 40 mm dicken UHPC- durchgeführt. Die Balken waren so dimensioniert, dass an vier Balken ein Biegezugversagen und an drei Balken ein Querkraftversagen untersucht werden konnte.
Die durchgeführten Versuche haben grundsätzlich die Anwendbarkeit von faserbewehrtem UHPC zur Verstärkung von Stahlbetonbalken gezeigt. Dabei konnte sowohl die Biegetrag-fähigkeit als auch die Querkrafttragfähigkeit signifikant gesteigert werden.
Bezüglich der Verformungskapazität war jedoch festzustellen, dass diese nach Erreichen der Maximallast etwas reduziert wurde. Dies scheint damit zusammenzuhängen, dass bei Faserbeton generell eine Tendenz zur Lokalisierung der Verformungen in einem einzigen Riss vorliegt. Dies wurde auch in Experimenten an Balken aus ultrahochfestem Faserbeton mit kombinierter Bewehrung (Stäbe und Fasern) beobachtet.
In den durchgeführten Versuchen wurde die Oberfläche der Bauteile aus normalfestem Beton lediglich durch Sandstrahlen vorbehandelt, nicht mit Hochdruckwasserstrahlen. Trotzdem war die Verbundtragfähigkeit ausreichend, um genug Schubkräfte zwischen Altbeton und Verstärkungsschicht zu übertragen, so dass die zusätzliche Bewehrung dort voll aktiviert werden konnte. Die UHPC-Verdübelung in den Bohrlöchern des Oberflanschs konnten eine Separation der UHPC-Verstärkung vom normalfesten Betonteil des Querschnitts weitgehend verhindern.
Ultrahochfester Beton (UHPC) ist ein sehr gefügedichter, zementgebundener Werkstoff. Abhängig von der Zusammensetzung und dem Herstellungsverfahren wurden Druckfestigkeiten von über 250 N/mm2 erreicht. Mit dieser Eigenschaft lässt sich der Ultra-hochfeste Beton gut für die Verstärkung von bestehenden Stahlbetonträgern verwenden.
Numerische Untersuchungen sollten als nächster Schritt erfolgen, um das komplexe Zusammenwirken der Verstärkungsschicht mit dem ursprünglichen Stahlbetonbalken aus normalfestem Beton besser verstehen zu lernen, besonders bei Querkraftbeanspruchung.
2017-12-07T00:00:00ZAlkhoury, MajedAufgrund des hohen Anteils instandsetzungsbedürftiger Gebäude in Syrien spielen Verstärkungsmaßnahmen eine große Rolle im Bauingenieurwesen. Dabei wird den wirtschaftlichen Aspekten besondere Bedeutung beigemessen. Maßnahmen der Gebäudeverstärkung beruhen in Syrien fast nur auf dem Verfahren der Verstärkung durch Stahlbauteile. Für die Verstärkung und Sanierung bestehender Bauwerke und Bauteile sind in Deutschland verschiedene Methoden, wie z. B. Anbringen zusätzlicher Stahlprofile, Kleben von Stahl-, CFK- oder GFK-Lamellen, üblich. Darüber hinaus kommen Querschnittsergänzungen aus bewehrtem Beton, oft hergestellt in Spritzbetonbauweise, zur Anwendung.
Arbeitsziel ist "die Schaffung und Entwicklung einer neuen Methode für die Verstärkung von Stahlbetonbauten". Als eine Alternative zu konventionellen Methoden ist der Einsatz dünner Schichten aus faserbewehrtem Ultrahochleistungsbeton möglich.
Um das Arbeitsziel zu erreichen, wurden mehrere Reihen von Versuchen durchgeführt. Die Untersuchung zielen auf den „Einsatz von UHPC als modernem Baustoff der Gebäudeverstärkung“ ab und insbesondere welche Rolle oder Nutzungsmöglichkeiten der UHPC in der Verstärkung von Stahlbetonbalken hat. Dazu wird das Verhalten hinsichtlich der Traglasten, der Rissbildung und der Verformungen von mit UHPC verstärkten Balken im Vergleich zu unverstärkten Referenzbalken untersucht.
Verschiedene Serien vorbereitender Versuche wurden durchgeführt, um die Fließfähigkeit von faserbewehrtem UHPC in dünnen Querschnitten mit Durchflussbehinderung durch Stabbewehrung sowie das Verbundverhalten mit dem Altbeton zu untersuchen. Die Hauptversuche wurden an sieben Stahlbetonbalken mit T-förmigem Querschnitt mit und ohne U-förmige Verstärkung aus einer 40 mm dicken UHPC- durchgeführt. Die Balken waren so dimensioniert, dass an vier Balken ein Biegezugversagen und an drei Balken ein Querkraftversagen untersucht werden konnte.
Die durchgeführten Versuche haben grundsätzlich die Anwendbarkeit von faserbewehrtem UHPC zur Verstärkung von Stahlbetonbalken gezeigt. Dabei konnte sowohl die Biegetrag-fähigkeit als auch die Querkrafttragfähigkeit signifikant gesteigert werden.
Bezüglich der Verformungskapazität war jedoch festzustellen, dass diese nach Erreichen der Maximallast etwas reduziert wurde. Dies scheint damit zusammenzuhängen, dass bei Faserbeton generell eine Tendenz zur Lokalisierung der Verformungen in einem einzigen Riss vorliegt. Dies wurde auch in Experimenten an Balken aus ultrahochfestem Faserbeton mit kombinierter Bewehrung (Stäbe und Fasern) beobachtet.
In den durchgeführten Versuchen wurde die Oberfläche der Bauteile aus normalfestem Beton lediglich durch Sandstrahlen vorbehandelt, nicht mit Hochdruckwasserstrahlen. Trotzdem war die Verbundtragfähigkeit ausreichend, um genug Schubkräfte zwischen Altbeton und Verstärkungsschicht zu übertragen, so dass die zusätzliche Bewehrung dort voll aktiviert werden konnte. Die UHPC-Verdübelung in den Bohrlöchern des Oberflanschs konnten eine Separation der UHPC-Verstärkung vom normalfesten Betonteil des Querschnitts weitgehend verhindern.
Ultrahochfester Beton (UHPC) ist ein sehr gefügedichter, zementgebundener Werkstoff. Abhängig von der Zusammensetzung und dem Herstellungsverfahren wurden Druckfestigkeiten von über 250 N/mm2 erreicht. Mit dieser Eigenschaft lässt sich der Ultra-hochfeste Beton gut für die Verstärkung von bestehenden Stahlbetonträgern verwenden.
Numerische Untersuchungen sollten als nächster Schritt erfolgen, um das komplexe Zusammenwirken der Verstärkungsschicht mit dem ursprünglichen Stahlbetonbalken aus normalfestem Beton besser verstehen zu lernen, besonders bei Querkraftbeanspruchung.Zum Querkrafttragverhalten von UHPC-Balken mit kombinierter Bewehrung aus Stahlfasern und StabstahlThiemicke, Jennyhttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/20151126494292021-06-23T15:03:42Z2015-01-01T00:00:00ZUltrahochfester Beton besitzt aufgrund seiner Zusammensetzung eine sehr hohe Druckfestigkeit von 150 bis über 200 N/mm² und eine außergewöhnlich hohe Dichtigkeit. Damit werden Anwendungen in stark belasteten Bereichen und mit hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit des Materials ermöglicht. Gleichzeitig zeigt ultrahochfester Beton bei Erreichen seiner Festigkeit ein sehr sprödes Verhalten. Zur Verhinderung eines explosionsartigen Versagens werden einer UHPC-Mischung Fasern zugegeben oder wird eine Umschnürung mit Stahlrohren ausgebildet. Die Zugabe von Fasern zur Betonmatrix beeinflusst neben der Verformungsfähigkeit auch die Tragfähigkeit des UHPC. Das Versagen der Fasern ist abhängig von Fasergeometrie, Fasergehalt, Verbundverhalten sowie Zugfestigkeit der Faser und gekennzeichnet durch Faserauszug oder Faserreißen. Zur Sicherstellung der Tragfähigkeit kann daher auf konventionelle Bewehrung außer bei sehr dünnen Bauteilen nicht verzichtet werden. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 1182 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wurden in dem dieser Arbeit zugrunde liegenden Forschungsprojekt die Fragen nach der Beschreibung des Querkrafttragverhaltens von UHPC-Bauteilen mit kombinierter Querkraftbewehrung und der Übertragbarkeit bestehender Querkraftmodelle auf UHPC untersucht. Neben einer umfassenden Darstellung vorhandener Querkraftmodelle für Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung und mit verschiedenen Querkraftbewehrungsarten bilden experimentelle Untersuchungen zum Querkrafttragverhalten an UHPC-Balken mit verschiedener Querkraftbewehrung den Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit.
Die experimentellen Untersuchungen beinhalteten zehn Querkraftversuche an UHPC-Balken. Diese Balken waren in Abmessungen und Biegezugbewehrung identisch. Sie unterschieden sich nur in der Art der Querkraftbewehrung. Die Querkraftbewehrungsarten umfassten eine Querkraftbewehrung aus Stahlfasern oder Vertikalstäben, eine kombinierte Querkraftbewehrung aus Stahlfasern und Vertikalstäben und einen Balken ohne Querkraftbewehrung. Obwohl für die in diesem Projekt untersuchten Balken Fasergehalte gewählt wurden, die zu einem entfestigenden Nachrissverhalten des Faserbetons führten, zeigten die Balkenversuche, dass die Zugabe von Stahlfasern die Querkrafttragfähigkeit steigerte.
Durch die gewählte Querkraftbewehrungskonfiguration bei ansonsten identischen Balken konnte außerdem eine quantitative Abschätzung der einzelnen Traganteile aus den Versuchen abgeleitet werden. Der profilierte Querschnitt ließ einen großen Einfluss auf das Querkrafttragverhalten im Nachbruchbereich erkennen. Ein relativ stabiles Lastniveau nach Erreichen der Höchstlast konnte einer Vierendeelwirkung zugeordnet werden. Auf Basis dieser Versuchsergebnisse und analytischer Überlegungen zu vorhandenen Querkraftmodellen wurde ein additiver Modellansatz zur Beschreibung des Querkrafttragverhaltens von UHPCBalken mit einer kombinierten Querkraftbewehrung aus Stahlfasern und Vertikalstäben formuliert. Für die Formulierung der Traganteile des Betonquerschnitts und der konventionellen Querkraftbewehrung wurden bekannte Ansätze verwendet. Für die Ermittlung des Fasertraganteils wurde die Faserwirksamkeit zugrunde gelegt. Das Lastniveau im Nachbruchbereich aus Viendeelwirkung ergibt sich aus geometrischen Überlegungen.; Due to its composition, ultra high performance concrete exhibits a very high compression strength ranging from 150 to over 200 N/mm², as well as having an exceptionally high density. Consequently, it enables applications in situations of high stress and where high durability is required. At the same time, ultra high performance concrete shows a very brittle behaviour when reaching its strength. Fibres are added to a UHPC-mixture or a steel tube jacket is installed, in order to prevent an explosive collapse. The added fibres have an impact on the deformation capability as well as on the load bearing capacity of UHPC. The failure of the fibres is indicated by pull-out or fibre rupture and depends upon the fibre geometry, content, bonding behaviour and tensile strength. Hence, it is not possible except for very thin elements to ensure the load bearing capacity without using conventional reinforcement. In the scope of the priority programme SPP 1182 of the German Research Foundation (DFG), the matter
of the description of the shear bearing behaviour of UHPC-beams and of the transferability of accepted shear bearing models were investigated in the project this work is based on. Besides a comprehensive presentation of existing shear bearing models, experimental investigations on the shear bearing behaviour of UHPC-beams with different shear reinforcement had provided the starting point of the PhD-thesis presented. The experimental programme comprised ten shear bearing tests on UHPC-beams. These beams were identical in their physical dimensions and longitudinal reinforcement. They differed only in the type of shear reinforcement. The shear reinforcement types included a shear reinforcement of either steel fibres or vertical steel rods, a shear reinforcement, which combined steel fibres and vertical steel rods, and one beam without shear reinforcement. The selected fibre contents for the UHPC-beams analysed in this project led to a softening behaviour in the post-cracking range. Nevertheless, the results of the shear tests showed that the addition of steel fibres led to an enhanced shear bearing capacity. By the chosen shear reinforcement configuration of otherwise identical beams, it was also possible to derive a quantitative estimation of the particular ratio of bearing capacities from the tests. The profiled cross section revealed a strong influence on the post-peak shear bearing behaviour. This
influence could be identified as an effect described by Vierendeel. Based on these shear test results and on analytical considerations regarding existing shear bearing models, an additive proposal was formulated to describe the shear bearing behaviour of UHPC-beams with shear reinforcement combined of steel fibres and vertical steel rods. To formulate the particular ratio of bearing capacities for the concrete cross section and the conventional shear reinforcement, existing shear models were used. To determine the effect of the bearing capacity of the fibres, fibre efficiency was described. The particular contribution of the post-peak bearing behaviour of the Vierendeel effect arose from geometrical considerations.
2015-01-01T00:00:00ZThiemicke, JennyUltrahochfester Beton besitzt aufgrund seiner Zusammensetzung eine sehr hohe Druckfestigkeit von 150 bis über 200 N/mm² und eine außergewöhnlich hohe Dichtigkeit. Damit werden Anwendungen in stark belasteten Bereichen und mit hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit des Materials ermöglicht. Gleichzeitig zeigt ultrahochfester Beton bei Erreichen seiner Festigkeit ein sehr sprödes Verhalten. Zur Verhinderung eines explosionsartigen Versagens werden einer UHPC-Mischung Fasern zugegeben oder wird eine Umschnürung mit Stahlrohren ausgebildet. Die Zugabe von Fasern zur Betonmatrix beeinflusst neben der Verformungsfähigkeit auch die Tragfähigkeit des UHPC. Das Versagen der Fasern ist abhängig von Fasergeometrie, Fasergehalt, Verbundverhalten sowie Zugfestigkeit der Faser und gekennzeichnet durch Faserauszug oder Faserreißen. Zur Sicherstellung der Tragfähigkeit kann daher auf konventionelle Bewehrung außer bei sehr dünnen Bauteilen nicht verzichtet werden. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 1182 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wurden in dem dieser Arbeit zugrunde liegenden Forschungsprojekt die Fragen nach der Beschreibung des Querkrafttragverhaltens von UHPC-Bauteilen mit kombinierter Querkraftbewehrung und der Übertragbarkeit bestehender Querkraftmodelle auf UHPC untersucht. Neben einer umfassenden Darstellung vorhandener Querkraftmodelle für Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung und mit verschiedenen Querkraftbewehrungsarten bilden experimentelle Untersuchungen zum Querkrafttragverhalten an UHPC-Balken mit verschiedener Querkraftbewehrung den Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit.
Die experimentellen Untersuchungen beinhalteten zehn Querkraftversuche an UHPC-Balken. Diese Balken waren in Abmessungen und Biegezugbewehrung identisch. Sie unterschieden sich nur in der Art der Querkraftbewehrung. Die Querkraftbewehrungsarten umfassten eine Querkraftbewehrung aus Stahlfasern oder Vertikalstäben, eine kombinierte Querkraftbewehrung aus Stahlfasern und Vertikalstäben und einen Balken ohne Querkraftbewehrung. Obwohl für die in diesem Projekt untersuchten Balken Fasergehalte gewählt wurden, die zu einem entfestigenden Nachrissverhalten des Faserbetons führten, zeigten die Balkenversuche, dass die Zugabe von Stahlfasern die Querkrafttragfähigkeit steigerte.
Durch die gewählte Querkraftbewehrungskonfiguration bei ansonsten identischen Balken konnte außerdem eine quantitative Abschätzung der einzelnen Traganteile aus den Versuchen abgeleitet werden. Der profilierte Querschnitt ließ einen großen Einfluss auf das Querkrafttragverhalten im Nachbruchbereich erkennen. Ein relativ stabiles Lastniveau nach Erreichen der Höchstlast konnte einer Vierendeelwirkung zugeordnet werden. Auf Basis dieser Versuchsergebnisse und analytischer Überlegungen zu vorhandenen Querkraftmodellen wurde ein additiver Modellansatz zur Beschreibung des Querkrafttragverhaltens von UHPCBalken mit einer kombinierten Querkraftbewehrung aus Stahlfasern und Vertikalstäben formuliert. Für die Formulierung der Traganteile des Betonquerschnitts und der konventionellen Querkraftbewehrung wurden bekannte Ansätze verwendet. Für die Ermittlung des Fasertraganteils wurde die Faserwirksamkeit zugrunde gelegt. Das Lastniveau im Nachbruchbereich aus Viendeelwirkung ergibt sich aus geometrischen Überlegungen.
Due to its composition, ultra high performance concrete exhibits a very high compression strength ranging from 150 to over 200 N/mm², as well as having an exceptionally high density. Consequently, it enables applications in situations of high stress and where high durability is required. At the same time, ultra high performance concrete shows a very brittle behaviour when reaching its strength. Fibres are added to a UHPC-mixture or a steel tube jacket is installed, in order to prevent an explosive collapse. The added fibres have an impact on the deformation capability as well as on the load bearing capacity of UHPC. The failure of the fibres is indicated by pull-out or fibre rupture and depends upon the fibre geometry, content, bonding behaviour and tensile strength. Hence, it is not possible except for very thin elements to ensure the load bearing capacity without using conventional reinforcement. In the scope of the priority programme SPP 1182 of the German Research Foundation (DFG), the matter
of the description of the shear bearing behaviour of UHPC-beams and of the transferability of accepted shear bearing models were investigated in the project this work is based on. Besides a comprehensive presentation of existing shear bearing models, experimental investigations on the shear bearing behaviour of UHPC-beams with different shear reinforcement had provided the starting point of the PhD-thesis presented. The experimental programme comprised ten shear bearing tests on UHPC-beams. These beams were identical in their physical dimensions and longitudinal reinforcement. They differed only in the type of shear reinforcement. The shear reinforcement types included a shear reinforcement of either steel fibres or vertical steel rods, a shear reinforcement, which combined steel fibres and vertical steel rods, and one beam without shear reinforcement. The selected fibre contents for the UHPC-beams analysed in this project led to a softening behaviour in the post-cracking range. Nevertheless, the results of the shear tests showed that the addition of steel fibres led to an enhanced shear bearing capacity. By the chosen shear reinforcement configuration of otherwise identical beams, it was also possible to derive a quantitative estimation of the particular ratio of bearing capacities from the tests. The profiled cross section revealed a strong influence on the post-peak shear bearing behaviour. This
influence could be identified as an effect described by Vierendeel. Based on these shear test results and on analytical considerations regarding existing shear bearing models, an additive proposal was formulated to describe the shear bearing behaviour of UHPC-beams with shear reinforcement combined of steel fibres and vertical steel rods. To formulate the particular ratio of bearing capacities for the concrete cross section and the conventional shear reinforcement, existing shear models were used. To determine the effect of the bearing capacity of the fibres, fibre efficiency was described. The particular contribution of the post-peak bearing behaviour of the Vierendeel effect arose from geometrical considerations.Punching Shear Behavior of UHPC Flat SlabsAl-Quraishi, Hussein Abbas Azeezhttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/20140925460882021-06-23T14:24:27Z2014-09-25T00:00:00ZAt the Institute of Structural Engineering of the Faculty of Civil Engineering, Kassel University, series tests of slab-column connection were carried out, subjected to concentrated punching load. The effects of steel fiber content, concrete compressive strength, tension reinforcement ratio, size effect, and yield stress of tension reinforcement were studied by testing a total of six UHPC slabs and one normal strength concrete slab.
Based on experimental results; all the tested slabs failed in punching shear as a type of failure, except the UHPC slab without steel fiber which failed due to splitting of concrete cover. The post ultimate load-deformation behavior of UHPC slabs subjected to punching load shows harmonic behavior of three stages; first, drop of load-deflection curve after reaching maximum load, second, resistance of both steel fibers and tension reinforcement, and third, pure tension reinforcement resistance. The first shear crack of UHPC slabs starts to open at a load higher than that of normal strength concrete slabs. Typically, the diameter of the punching cone for UHPC slabs on the tension surface is larger than that of NSC slabs and the location of critical shear crack is far away from the face of the column. The angle of punching cone for NSC slabs is larger than that of UHPC slabs. For UHPC slabs, the critical perimeter is proposed and located at 2.5d from the face of the column. The final shape of the punching cone is completed after the tension reinforcement starts to yield and the column stub starts to penetrate through the slab.
A numerical model using Finite Element Analysis (FEA) for UHPC slabs is presented. Also some variables effect on punching shear is demonstrated by a parametric study.
A design equation for UHPC slabs under punching load is presented and shown to be applicable for a wide range of parametric variations; in the ranges between 40 mm to 300 mm in slab thickness, 0.1 % to 2.9 % in tension reinforcement ratio, 150 MPa to 250 MPa in compressive strength of concrete and 0.1 % to 2 % steel fiber content. The proposed design equation of UHPC slabs is modified to include HSC and NSC slabs without steel fiber, and it is checked with the test results from earlier researches.; Am Institut für Konstruktiven Ingenieurbau des Fachbereichs Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen der Universität Kassel wurden Reihenuntersuchungen von Verbindungen zwischen Stützen und Decken durchgeführt, um das Durchstanzverhalten von Flachdecken zu untersuchen.
Die Auswirkungen des Stahlfasergehalts, der Betondruckfestigkeit, des Bewehrungsgrades und der Streckgrenze der Stabstahlbewehrung wurden in Tests an insgesamt sechs UHPC-Platten und einer Platte aus normalfesten Beton untersucht.
Die experimentellen Ergebnisse belegen ein Versagen aller Platten durch Durchstanzen, mit Ausnahme der UHPC-Platte ohne Stahlfasern, welche durch Abspaltung der Betondeckung versagte. Die Lastverformungskurve im Nachbruchbereich der UHPC-Platten weist ein duktiles Verhalten in drei Bereichen auf. Erstens zeigt sich ein Abfall der Lastverformungskurve nach Erreichen der Maximallast, zweitens ein duktiles Verhalten durch Aktivierung der Stahlfasern und der Stabstahl-Bewehrung und drittens die alleinige Wirkung der Stabstahl-Bewehrung.
Der erste Schub-Riss der UHPC-Platten beginnt sich erst bei einer Belastung zu öffnen, die höher liegt als die der Platte aus normalfestem Beton (NSC). Typischerweise ist der Durchmesser des Durchstanzkegels für UHPC-Platten auf der Zugseite größer als der von NSC-Platten.
Der Winkel zwischen der Stabstahl-Bewehrung und dem Durchstanzkegel für NSC-Platten ist größer als der für UHPC-Platten. Für UHPC-Platten wird vorgeschlagen, den kritischen Umfang bei einem Abstand von 2,5 d von der Stützeninnenkante zu wählen. Die endgültige Form des Ausbruchskegels zeigt sich nach dem Fließen der Stabstahl-Bewehrung und dem Einsinken des Stützenquerschnitts in die Platte.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein numerisches Modell für UHPC-Platten unter Zuhilfenahme der Finite-Element-Analyse verwendet. Durch eine Parameter-Studie wurde der Einfluss einiger Variablen auf das Durchstanzen untersucht.
Eine Bemessungsgleichung für UHPC-Platten unter Durchstanzen wurde vorgestellt und ihre Anwendbarkeit für eine Vielzahl von Parametervariationen untersucht: für Plattenstärken von 40 mm bis 300 mm, für Stabstahl-Bewehrungsgrade von 0,1 % bis 2,9 %, für Betondruckfestigkeiten von 150 MPa bis 250 MPa und Stahlfasergehalten von 0,1 % bis 2 %. Die vorgestellte Bemessungsgleichung der UHPC-Platten wurde für die Anwendung an (hochfesten) HSC- und (normalfesten) NSC-Platten ohne Stahlfasern modifiziert, und an Testergebnissen aus früheren Untersuchungen verifiziert.
2014-09-25T00:00:00ZAl-Quraishi, Hussein Abbas AzeezAt the Institute of Structural Engineering of the Faculty of Civil Engineering, Kassel University, series tests of slab-column connection were carried out, subjected to concentrated punching load. The effects of steel fiber content, concrete compressive strength, tension reinforcement ratio, size effect, and yield stress of tension reinforcement were studied by testing a total of six UHPC slabs and one normal strength concrete slab.
Based on experimental results; all the tested slabs failed in punching shear as a type of failure, except the UHPC slab without steel fiber which failed due to splitting of concrete cover. The post ultimate load-deformation behavior of UHPC slabs subjected to punching load shows harmonic behavior of three stages; first, drop of load-deflection curve after reaching maximum load, second, resistance of both steel fibers and tension reinforcement, and third, pure tension reinforcement resistance. The first shear crack of UHPC slabs starts to open at a load higher than that of normal strength concrete slabs. Typically, the diameter of the punching cone for UHPC slabs on the tension surface is larger than that of NSC slabs and the location of critical shear crack is far away from the face of the column. The angle of punching cone for NSC slabs is larger than that of UHPC slabs. For UHPC slabs, the critical perimeter is proposed and located at 2.5d from the face of the column. The final shape of the punching cone is completed after the tension reinforcement starts to yield and the column stub starts to penetrate through the slab.
A numerical model using Finite Element Analysis (FEA) for UHPC slabs is presented. Also some variables effect on punching shear is demonstrated by a parametric study.
A design equation for UHPC slabs under punching load is presented and shown to be applicable for a wide range of parametric variations; in the ranges between 40 mm to 300 mm in slab thickness, 0.1 % to 2.9 % in tension reinforcement ratio, 150 MPa to 250 MPa in compressive strength of concrete and 0.1 % to 2 % steel fiber content. The proposed design equation of UHPC slabs is modified to include HSC and NSC slabs without steel fiber, and it is checked with the test results from earlier researches.
Am Institut für Konstruktiven Ingenieurbau des Fachbereichs Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen der Universität Kassel wurden Reihenuntersuchungen von Verbindungen zwischen Stützen und Decken durchgeführt, um das Durchstanzverhalten von Flachdecken zu untersuchen.
Die Auswirkungen des Stahlfasergehalts, der Betondruckfestigkeit, des Bewehrungsgrades und der Streckgrenze der Stabstahlbewehrung wurden in Tests an insgesamt sechs UHPC-Platten und einer Platte aus normalfesten Beton untersucht.
Die experimentellen Ergebnisse belegen ein Versagen aller Platten durch Durchstanzen, mit Ausnahme der UHPC-Platte ohne Stahlfasern, welche durch Abspaltung der Betondeckung versagte. Die Lastverformungskurve im Nachbruchbereich der UHPC-Platten weist ein duktiles Verhalten in drei Bereichen auf. Erstens zeigt sich ein Abfall der Lastverformungskurve nach Erreichen der Maximallast, zweitens ein duktiles Verhalten durch Aktivierung der Stahlfasern und der Stabstahl-Bewehrung und drittens die alleinige Wirkung der Stabstahl-Bewehrung.
Der erste Schub-Riss der UHPC-Platten beginnt sich erst bei einer Belastung zu öffnen, die höher liegt als die der Platte aus normalfestem Beton (NSC). Typischerweise ist der Durchmesser des Durchstanzkegels für UHPC-Platten auf der Zugseite größer als der von NSC-Platten.
Der Winkel zwischen der Stabstahl-Bewehrung und dem Durchstanzkegel für NSC-Platten ist größer als der für UHPC-Platten. Für UHPC-Platten wird vorgeschlagen, den kritischen Umfang bei einem Abstand von 2,5 d von der Stützeninnenkante zu wählen. Die endgültige Form des Ausbruchskegels zeigt sich nach dem Fließen der Stabstahl-Bewehrung und dem Einsinken des Stützenquerschnitts in die Platte.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein numerisches Modell für UHPC-Platten unter Zuhilfenahme der Finite-Element-Analyse verwendet. Durch eine Parameter-Studie wurde der Einfluss einiger Variablen auf das Durchstanzen untersucht.
Eine Bemessungsgleichung für UHPC-Platten unter Durchstanzen wurde vorgestellt und ihre Anwendbarkeit für eine Vielzahl von Parametervariationen untersucht: für Plattenstärken von 40 mm bis 300 mm, für Stabstahl-Bewehrungsgrade von 0,1 % bis 2,9 %, für Betondruckfestigkeiten von 150 MPa bis 250 MPa und Stahlfasergehalten von 0,1 % bis 2 %. Die vorgestellte Bemessungsgleichung der UHPC-Platten wurde für die Anwendung an (hochfesten) HSC- und (normalfesten) NSC-Platten ohne Stahlfasern modifiziert, und an Testergebnissen aus früheren Untersuchungen verifiziert.