Zuverlaessigkeit hochbeanspruchter Druckglieder aus UHPC / Reliability of highly stressed UHPC columns

Der Anwendungsbereich bisher ueblicher massiver Betonkonstruktionen wurde durch die Entwicklung ultrahochfester Betone (Ultra-High Performance Concrete, UHPC) deutlich erweitert. Im Zuge dieser Entwicklung stellte sich insbesondere bei schlanken Druckgliedern die Frage nach den Grenzen des Anwendungsbereichs. Der Beantwortung dieser Frage wurde in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefoerderten Forschungsvorhabens nachgegangen. Mit diesem Vorhaben sollte die Tragwerkszuverlaessigkeit von druckbeanspruchten Bauteilen aus UHPC in Abhaengigkeit von den Material- und Systemeigenschaften bestimmt und die Anwendungsgrenzen dieser Bauteile bestimmt werden. Die zu den Untersuchungen benoetigten Materialmodelle leitete man aus den bisherigen Forschungsergebnissen zu UHPC her. Das Tragverhalten von Druckgliedern aus UHPC wurde mittels verformungskontrollierter Bauteilversuche an Stuetzen mit einer Schlankheit von lambda = 80 bestimmt. Ergaenzend hierzu erfolgte die Bestimmung von Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit und E-Modul an gesondert hergestellten Pruefkoerpern. Die wichtigsten Ergebnisse der Traglastversuche an den Stuetzen sind in einer Tabelle zusammengestellt. Bemerkenswert ist, dass die maximale Tragfaehigkeit von Stuetzen aus UHPC bei gleichem Querschnitt etwa der von Stuetzen aus hochfestem Beton (High Strength Concrete, HSC) entspricht, waehrend bei Stuetzen aus Normalbeton wesentlich niedrigere Traglasten erreicht werden. Offensichtlich wird die Grenztragfaehigkeit schlanker Stuetzen im Wesentlichen von der Steifigkeit des Materials dominiert. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde auch ein Konzept zur numerischen Berechnung der Tragfaehigkeit nach Theorie II. Ordnung entwickelt. Zur Validierung dieses Rechenprogramms dienten die Ergebnisse aus den durchgefuehrten Versuchen. Die Untersuchungen zur Zuverlaessigkeit von Druckgliedern aus UHPC erfolgten mittels eines eigens entwickelten stochastischen Simulationsverfahrens unter Beruecksichtigung streuender Eingangsparameter. Die wesentlichen Ergebnisse der Zuverlaessigkeitsanalysen sind in Diagrammen wiedergegeben. Zu erkennen ist, dass bei grossen Schlankheiten und kleinen Ausmitten das Stabilitaetsversagen massgebend wird, waehrend bei grossen Ausmitten ein klassisches Biegeversagen eintritt. Dies bedeutet, dass im Fall des Stabilitaetsversagens ein Einbruch der Tragwerkszuverlaessigkeit mit zunehmender Schlankheit zu verzeichnen ist. Im zweiten Fall, wenn grosse Ausmitten vorliegen, kann man mit einem gleichbleibenden stabilen Zuverlaessigkeitsniveau auch bei grossen Schlankheiten rechnen. ABSTRACT IN ENGLISH: Meanwhile concrete-technological developments allow the production of UHPC with a compressive strength of more than 150 N/mm2. Thus, the cross-sectional dimensions required for highly stressed compression members can be reduced. However, in many cases this positive development increased the trend to even more slender and therefore likelier to buckle structural systems. Hence, it is to be expected that under certain conditions the safety level of such construction elements decreases. Because of this, the reliability of slender UHPC structural members is being investigated in a research project, supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft at Darmstadt University of Technology. This article reports about the research activities and the most important findings of this project. (A)