Zum Verbund von Stahlbeton und Stahlfaserbeton bei Beachtung des Arbeitsprinzips

Das Verbundverhalten zwischen Beton und Betonstahl hat einen maßgebenden Einfluss auf das Tragverhaltens von Stahlbeton. Ein grundlegender Schritt hierzu gelang seinerzeit mit der Formulierung der Differentialgleichung des verschieblichen Verbundes (DGL). Diese erfordert eine Beziehung zwischen der ertragbaren lokalen Verbundspannung bei stattfindender Relativbewegung (Schlupf) zwischen Stahl und Beton. Diese Beziehung ist von geometrischen und materialbehafteten Faktoren abhängig. Somit werden zunächst grundlegende Zusammenhänge zu Stahl und Beton sowie dem Verbundverhalten zwischen beiden zusammengetragen und die Einflüsse einzelner Parameter dargestellt. Zur Auflösung der DGL werden analytische Lösungen von trivialen Verbundspannung-Schlupf-Beziehungen dargestellt. Unter Nutzung einer energiebasierten Erweiterung der DGL wird ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Verbundspannung-Schlupf-Beziehung und dem Schlupf (bzw. Rissbreite) sowie der Kraft an der Lasteinleitung (bzw. in der Bewehrung im Riss) hergestellt. Es wird gezeigt, dass diese Erweiterung zur Beschreibung des Erstrisses und des abgeschlossenen Rissbildes für Stahlbeton und Stahlfaserbeton unabhängig von der Festigkeitsklasse angewendet werden kann und dass nicht nur die Form der Verbundspannungs-Schlupf-Beziehung, sondern das Integral unterhalb dieser Beziehung also eine Einheitsverbundarbeit maßgeblich den Schlupf und die Kraft an der Lasteinleitung beeinflussen. Zur Beschreibung der Zusammenhänge entlang der Verbundlänge ist es aber weiterhin erforderlich die Differentialgleichung zu lösen. Weiterhin werden Versuche zum Verbundverhalten von stahlfaserverstärktem Ultrahochleistungsbeton (UHPC) bei diversen Betondeckungen, Verbundlängen sowie Versagensformen dargestellt. Es zeigt sich, dass aktuell nur eine sehr begrenzte verwertbare Datenmenge zur Verfügung steht. Mit Hilfe einer numerischen Inverssuche wird gezeigt, dass es möglich ist eine gültige Verbundspannung-Schlupf-Beziehung aus Versuchsdaten zu ermitteln, wenn hierfür der energetische Verbundansatz genutzt wird. Dafür sind Schlupf und Dehnungswerte an der Lasteinleitung ausreichend. Da Spalten eine dominante Rolle beim Stabstahlverbund einnimmt, wird ein analytisches Modell vorgestellt, welches Zugspannungen und Rissöffnung im Spaltriss zur Herleitung einer Verbundspannung-Schlupf-Beziehung berücksichtigt. Abschließend werden Empfehlungen für die Bemessungspraxis für stahlfaserbewehrten Ultrahochleistungsbeton vorgestellt.