Load and deformation behaviour of reinforced concrete surface structures under biaxial tension loading

Die Stahlbetonbauweise wird durch das komplexe Tragverhalten des Werkstoffes Stahlbeton geprägt. Dabei bilden die Aspekte Rissbildung und Verbundverhalten zwei wichtige Komponenten bei der rechnerischen Erfassung des Verformungsverhaltens. Ein Großteil der in bisherigen Normungen verwendeten Materialgesetze zur Berücksichtigung dieser Aspekte ist für einen einaxialen Beanspruchungszustand hergeleitet worden. Liegen aber mehraxiale Beanspruchungszustände vor, die sich auf die Materialansätze auswirken, kann die Vernachlässigung dieser Interaktionen zu einer Fehleinschätzung des Tragverhaltens führen. Dies betrifft vor allem die in den letzten Jahren in die Bemessungsnormen aufgenommenen nichtlinearen Berechnungsverfahren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen von mehraxialen Beanspruchungszuständen auf das Trag- und Verformungs-Verhalten von Flächentragwerken aus Stahlbeton näher untersucht. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der gegenseitigen Beeinflussung von Zugbeanspruchungen in den Bewehrungsrichtungen. Zunächst werden bestehende Formulierungen von Bauteilen unter einaxialer Zugbeanspruchung vorgestellt und insbesondere ihre Anwendbarkeit unter Berücksichtigung von Querbewehrung überprüft. Die hierbei auftretende Rissbildung entlang der Querbewehrung interagiert mit einer Zugbeanspruchung in der zweiten Bewehrungsrichtung. Die aus der einaxialen Zugbeanspruchung gewonnenen Beziehungen werden auf diese zweiaxiale Zugbeanspruchung übertragen und sofern notwendig modifiziert. Nach der Aufstellung eines Berechnungsmodells zur Beschreibung des Tragverhaltens unter Berücksichtigung der vorhandenen Interaktionen und dessen Überprüfung an Bauteilversuchen, erfolgt eine Erweiterung des Berechnungsmodells auf eine zusätzliche Biegebeanspruchung mit ein- oder zweiachsiger Spannrichtung des Bauteils.The description of reinforced concrete structures is mainly influenced by complex behaviour of its material. Cracking and bond between steel and concrete are two important aspects in the numerical treatment of the load-carrying behaviour. Material laws used in the existing design codes were derived from uniaxial state of stress. Multiaxial states of stress can influence these material laws, so that neglecting these interacting effects can cause a false estimation of the structural behaviour. This has to be taken into account in the nonlinear analysis of rc-structures which is now allowed by the current design codes. Within the scope of this dissertation the effects of multiaxial state of stress on the carrying and deformation behaviour of rc-surface structures is examined. Main focus lies on the interacting effects of tension forces in the direction of reinforcement. Initially existing formulations for structural members subjected to uniaxial tension are presented and their applicability taking into account the influence of transverse reinforcement is examined. The crack formation along the reinforcement interacts with tension forces into this reinforcement direction. The formulations derived from the uniaxial state of stress are transferred to biaxial tensioned members and modified if necessary. After the development of a model to calculate rc-members under biaxial tension taking into account the different interacting effects, it is verified at test results of rc-members. This model is expanded for one- or two-way flexural members under additional biaxial tension forces