On tension stiffening in cracked reinforced concrete slabs and shells considering geometric and physical nonlinearity

Summary

The “tension stiffening effect” represents the capacity of the intact concrete between neighboring cracks to cany a limited amount of tensile forces. The reason for this effect is bond slip between the reinforcement and the neighboring concrete. In the present work, a theory of tension stiffening for thin reinforced concrete slabs and shells is presented which considers the influence of the angle between the reinforcement and the crack, the extent of crack propagation through the thickness of the shell and the propagation of secondary cracks between primary cracks. In addition to cracking and crushing of concrete, respectively, nonlinearity of concrete, yielding of reinforcement, geometric nonlinearity and the dependence of hydrostatic pressure on the displacements is accounted for. The investigation is performed with the help of the Finite Element Method. By comparison of analytically obtained ultimate loads and load-displacement diagrams, respectively, for one slab and one shell with experimentally obtained results, reported in the literature, the potential of the theory is demonstrated.

Übersicht

Der „Tension Stiffening Effekt” stellt die Kapazität des ungerissenen Betons zwischen benachbarten Rissen dar, Zugbeanspruchungen in beschränktem Ausmaß aufzunehmen. Ursache für diesen Effekt ist Gleitverbund zwischen Bewehrung und benachbartem Beton. In der vorliegenden Arbeit wird eine auf Gleitverbund beruhende Theorie des Tension Stiffening Effekts für dünne Stahlbetonplatten und -schalen vorgestellt, die den Einfluß des Winkels zwischen Bewehrung und Riß, das Ausmaß der Rißausbreitung über die Schalendicke sowie die Ausbreitung von Sekundärrissen zwischen Primärrissen berücksichtigt. Zusätzlich zu Reißen bzw. Zerstauchen des Betons werden seine Nichtlinearität, Fließen der Bewehrung, geometrische Nichtlinearität sowie die Verschiebungsabhängigkeit des hydrostatischen Drucks berücksichtigt. Die Untersuchung erfolgt mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente. Durch Vergleich rechnerisch ermittelter Bruchlasten bzw. Last-Verschiebungsdiagramme für je eine dünne Platte und Schale mit Resultaten aus der Literatur, die auf experimentellem Wege erhalten worden sind, wird die Leistungsfähigkeit der Theorie überprüft.