Numerisches Mehrebenen‐Modell für Stahlfaserbeton: Von der Faser‐ zur Bauteilebene

Im Beitrag wird die Prognosefähigkeit eines numerischen Mehrebenen‐Modells für stahlfaserverstärkte Betonstrukturen aus hochfestem Beton anhand einer die Faser‐ und die Strukturebene umfassenden Testserie systematisch untersucht. Die experimentelle Studie umfasst Auszugsversuche an Dramix 3D 55/60 und 65/60 Fasern in hochfestem Beton mit unterschiedlichen Einbettungslängen und Neigungen zur Rissfläche auf der Mesoskala sowie Dreipunkt‐Biegezugversuche an gekerbten Balken mit drei stark unterschiedlichen Fasergehalten zur Abbildung des Strukturverhaltens. Das numerische Modell ist derart konzipiert, dass es die direkte Verfolgung des Einflusses der Entwurfsparameter wie Faserart, Faserorientierung, Fasergehalt und Betonfestigkeit auf die Strukturantwort ermöglicht. Hierzu werden Submodelle auf der Ebene der Einzelfaser zu Rissüberbrückungsmodellen in Abhängigkeit von Faserorientierung und Fasergehalt zusammengeführt und zum Zwecke numerischer Strukturanalysen in ein Finite‐Elemente‐Modell integriert. Die Validierung der Modelle für endverankerte Stahlfasern zeigt, dass die wesentlichen Interaktionsmechanismen zwischen Faser und hochfestem Beton für alle untersuchten Fälle (Faserorientierung, Einbettungslängen) wirklichkeitsnah abgebildet werden. Auf der Strukturebene zeigen die Ergebnisse der numerischen Simulationen auf Basis des Faserbetonmodells eine sehr gute Übereinstimmung für alle Fasergehalte, sowohl was die maximale Last als auch das Nachbruchverhalten betrifft.