Untersuchungen zur erforderlichen Mindestquerkraftbewehrung von Stahlbetonbauteilen für unterschiedliche Momenten/Querkraft-Kombinationen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Duc Tung Nguyen
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520431381

Das Querkraftversagen von Bauteilen ohne Querkraftbewehrung ist spröd und durch die Bildung eines kritischen Schubrisses gekennzeichnet. Um diese Versagensart zu vermeiden, ist für balkenartige Bauteile eine Mindestquerkraftbewehrung anzuordnen. Zur Bestimmung der Mindestquerkraftbewehrung wird ein Kraftfluss nach Fachwerkanalogie vorgestellt. Trotz der Unterschiede bei den verwendeten Ansätzen für die Querkrafttragfähigkeit sind die Formeln zur Ermittlung des Mindestbewehrungsgrades Rho w,min nach verschiedenen Normen sehr ähnlich. Diese Ansätze spiegeln jedoch das Verhalten von Balken mit geringer Querkraftbewehrung nicht korrekt wider, da das Versagen bei geringer Querkraftbewehrung durch die Bildung des kritischen Schubrisses beobachtet wird, dass die Hauptannahme des Fachwerkmodells nicht erfüllt. Jüngste experimentelle Untersuchungen an Balken mit unterschiedlichen Momenten/Querkraft-Kombinationen (M/V-Kombinationen) haben gezeigt, dass geringere Querkraftbewehrungsgrade als Rho w,min keinen Einfluss auf die Tragfähigkeit von Balken mit Einzellasten aufweisen, aber die Tragfähigkeit von Balken mit Gleichlasten um mehr als das Doppelte verbessern können. Diese Beobachtungen lassen sich mit den Ansätzen in den derzeitigen Bemessungsvorschriften nicht erklären. Ausgehend von den jüngsten Beobachtungen zielt dieses Forschungsprojekt darauf ab, den Kraftfluss und die Querkraftübertragungsmechanismen in Balken mit geringen Querkraftbewehrungsgraden und unterschiedlichen M/V-Kombinationen zu untersuchen. Da die Anzahl der in der Literatur verfügbaren Versuche an Balken, die sich von herkömmlichen Querkraftversuchen unterscheiden, sehr begrenzt ist, ist ein experimentelles Programm mit 26 Versuchen an gering querkraftbewehrten Balken unterschiedlicher M/V-Kombinationen geplant. Im Rahmen der experimentellen Untersuchung sollen die Stelle, Form und Geometrie des zum Versagen führenden Schubrisses erfasst werden. Ergänzend zur experimentellen Untersuchung wird eine numerische Simulation durchgeführt. Die numerischen Modelle werden durch die experimentellen Beobachtungen verifiziert. Die verifizierten numerischen Modelle werden dann verwendet, um den Kraftfluss in den Balken zu analysieren und um Informationen zu ergänzen, die nicht direkt aus der experimentellen Untersuchung abgeleitet werden können. Darüber hinaus wird eine Parameterstudie unter Verwendung der verifizierten numerischen Simulation durchgeführt. In der numerischen Studie werden die Versagensstelle und die Querkrafttragfähigkeit mit einem breiten Spektrum von Systemparametern und Querkraftbewehrungsgraden untersucht. Auf der Grundlage der experimentellen und numerischen Untersuchungen wird ein mechanisches Modell entwickelt. Das mechanische Modell quantifiziert die auf den kritischen Schubriss wirkenden Tragmechanismen. Aus dem Vergleich der aus dem mechanischen Modell ermittelten Tragfähigkeit wird eine neue Formulierung für den Mindestquerkraftbewehrungsgrad abgeleitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen