Version vom 8. August 2021, 11:33 Uhr

In Betonbauteilen entstehen Risse, wenn die Betonzugfestigkeit durch eine Last- oder Zwangsbeanspruchung oder eine Kombination beider überschritten wird. Zur Erfüllung der Gebrauchstauglichkeitsanforderungen muss die Rissbildung bzw. die Rissbreie begrenzt werden.

Allgemeines

Risse in Stahlbetonbauteilen können insbesondere zur Beeinträchtigung der Gebrauchstauglichkeit führen durch:

die Veränderung des äußerlichen Erscheinungsbildes, wodurch Unbehagen bei Nutzern ausgelöst wird kann oder die Anforderungen an die Optik der Bauteiloberflächen nicht erfüllt werden
zum lokalen Verlust des Korrosionsschutzes der Bewehrung
die Erhöhung der Durchlässigkeit des Bauteils (z.B. bei Anforderungen an die Wasserundurchlässigkeit)
ggf. die Widerstandsfähigkeit gegen Frosteinwirkungen
Beeinflussung des Verformungsverhaltens (z.B. Zunahme der Durchbiegung)

Darüber hinaus wirkt sich die Rissbildung auch auf das Tragverhaltens der Bauteile aus (Änderung der Spannungsverteilung im Querschnitt, ggf. Änderung des statischen Systems). Dieses wird nach Eurocode 2 durch die Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit im Zustand 2 abgesichert, wobei hinsichtlich der Rissbegrenzung der Berücksichtigung des realistischen Tragverhaltens eine besondere Bedeutung zukommt.

Die Dauerhaftigkeit, das Erscheinungsbild und die ordnungsgemäße Nutzbarkeit des Tragwerks werden nach Eurocode 2 im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit durch eine rissbreitenbegrenzende Bewehrung sichergestellt.

Vorgang der Rissbildung

Zustände der Rissbildung

Der Vorgang der Rissbildung in Stahlbeton kann in zwei Zustände unterschieden werden, die sich bei stetiger Steigerung der Beanspruchung nacheinander einstellen. Dieses ist der Zustand der Erstrissbildung und der Zustand des abgeschlossene Rissbildes.

Bei fortlaufender Steigerung der Zugbeanspruchung infolge Last oder Zwang kommt es zur Bildung eines ersten Risses über die Höhe der Zugzone des Bauteils, wenn die Betonzugfestigkeit erreicht wird. Durch die Rissbildung wird im Riss die zuvor noch durch den Betonquerschnitt aufgenommene Zugkraft auf die Bewehrung umgelagert, wodurch diese gedehnt wird und sich der Riss öffnet. Entsprechend des Hookeschen Gesetzes ist die resultierende Rissöffnung auf Höhe der Schwerelinie der Zugbewehrung direkt abhängig vom vorhandenen Bewehrungsquerschnitt in der Zugzone und der aufgenommenen Zugkraft (ε = (Fcr/As) / Es). Da die Bewehrung an den Rissufern im Beton verankert ist, wird die Stahlzugkraft über die Verbundspannung zwischen Bewehrungsstahl und Beton über eine bestimmte Länge wieder in Beton eingeleitet. Durch diese Verankerung nehmen die Zugspannungen im Stahl über die Einleitungslänge ab und die Spannungen im Betonquerschnitt nehmen wieder zu.

Bei weiterer Steigerung der Zugbeanspruchung im Bauteil durch Last oder Zwang vergrößert sich im weiteren zum einen die Stahlzugkraft und -dehnung im Riss und zum anderen wird auch die maximale Zugspannung im Beton am Ende der Einleitungslänge größer. Dieses erfolgt solange, bis am Ende der Einleitungslänge wieder die Betonzugfestigkeit erreicht wird und sich ein weiterer Riss bildet. Dieser Vorgang setzt sich bei weiterer Laststeigerung fort, bis der Abstand zwischen den Abständen geringer als die erforderliche Länge für die Einleitung der Stahlzugkräfte ist. Dadurch ist es nicht mehr möglich, dass die Betonspannungen am Ende der Lasteinleitungslänge bis zur Rissschnittgröße anwachsen. Bei weiterer Laststeigerung nur noch zu einer Zunahme der Stahldehnung in den bereits entstandenen Rissen, eine Bildung weiterer Risse erfolgt nicht und es wurde der Zustand des abgeschlossenen Rissbildes erreicht.

Risse infolge Zwangsbeanspruchungen

Risse infolge Lastbeanspruchungen

= Zulässige Rissbreiten (Dauerhaftigkeit)

Nachweisverfahren

Mindestbewehrung für Zwangsbeanspruchungen

Begrenzung des Stabdurchmessers

Begrenzung der Stababstände

Berechnung der Rissbreite

Quellen

Seiteninfo

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 == Zustände der Rissbildung ==
+Der Vorgang der Rissbildung in Stahlbeton kann in zwei Zustände unterschieden werden, die sich bei stetiger Steigerung der Beanspruchung nacheinander einstellen. Dieses ist der Zustand der Erstrissbildung und der Zustand des abgeschlossene Rissbildes.
-Diissbildung Betoonbauteilen kann in zwei Zustände unterschieden werden,. Dieses ssind der Zustand dee rstrissbildung und das abgeschlossene Rissbild. Bei der Erstrissbildung entsteht beim Überschreiten der Betonzugfestigkeit ein Einzelriss, der im Wirkungsbereich der Mindestbewehrung mit hoher Wahrscheinlichkeit die zulässige Rissbreite nicht übersteigt. Durch die Begrenzung der Rissbreite kann die volle Zwangskraft jedoch nicht nur durch diesen einen Riss abgebaut werden. Daher entstehen weitere Risse bis die Zwangskraft vollständig abgebaut ist. [1]
+Bei fortlaufender Steigerung der Zugbeanspruchung infolge Last oder Zwang kommt es zur Bildung eines ersten Risses über die Höhe der Zugzone des Bauteils, wenn die Betonzugfestigkeit erreicht wird.
-Bei der Rissbildung wird die freiwerdende Zugkraft, die im Beton zum Riss führt, vom Stahlquerschnitt aufgenommen. Von den Rissufern beginnend wird diese Kraft vom Stahl wieder in den Beton eingeleitet. Da die Zwangsschnittgröße durch den Riss teilweise abgebaut wird, übersteigen die Spannungen im Beton zunächst nicht wieder die Betonzugfestigkeit. Erst wenn die Zwangsspannung und damit auch die Zugspannung im Beton weiter ansteigt und die Betonzugfestigkeit überschreitet, entsteht der nächste Riss. Das abgeschlossene Rissbild ist erreicht, wenn die Zwangsbeanspruchung vollständig abgebaut ist und die Zugfestigkeit im Betonquerschnitt nicht mehr überschritten wird.
+Durch die Rissbildung wird im Riss die zuvor noch durch den Betonquerschnitt aufgenommene Zugkraft auf die Bewehrung umgelagert, wodurch diese gedehnt wird und sich der Riss öffnet. Entsprechend des Hookeschen Gesetzes ist die resultierende Rissöffnung auf Höhe der Schwerelinie der Zugbewehrung direkt abhängig vom vorhandenen Bewehrungsquerschnitt in der Zugzone und der aufgenommenen Zugkraft (ε = (Fcr/As) / Es). Da die Bewehrung an den Rissufern im Beton verankert ist, wird die Stahlzugkraft über die Verbundspannung zwischen Bewehrungsstahl und Beton über eine bestimmte Länge wieder in Beton eingeleitet. Durch diese Verankerung nehmen die Zugspannungen im Stahl über die Einleitungslänge ab und die Spannungen im Betonquerschnitt nehmen wieder zu.
-Der Rissabstand ergibt sich aus der Einleitungslänge, also der Länge, über welche die Kraft aus dem Stahl in den Beton eingeleitet wird. Bei einer geringen Beanspruchung entspricht der maximale Rissabstand der doppelten Einleitungslänge. Steigt die Beanspruchung an, verringert sich der Rissabstand auf die Größe der Einleitungslänge. [3]
-Außerhalb des Wirkungsbereiches der Bewehrung laufen die entstehenden Einzelrisse zu Sammelrissen zusammen. Da die Breite dieser Sammelrisse größer als der vorgegebene Maximalwert ist, muss die Mindestbewehrung über die gesamte Höhe der Zugzone am Bauteilrand verteilt werden. Bei gegliederten Querschnitten muss die Bewehrung zusätzlich für die Teilquerschnitte einzeln ermittelt werden.
+Bei weiterer Steigerung der Zugbeanspruchung im Bauteil durch Last oder Zwang vergrößert sich im weiteren zum einen die Stahlzugkraft und -dehnung im Riss und zum anderen wird auch die maximale Zugspannung im Beton am Ende der Einleitungslänge größer. Dieses erfolgt solange, bis am Ende der Einleitungslänge wieder die Betonzugfestigkeit erreicht wird und sich ein weiterer Riss bildet. Dieser Vorgang setzt sich bei weiterer Laststeigerung fort, bis der Abstand zwischen den Abständen geringer als die erforderliche Länge für die Einleitung der Stahlzugkräfte ist. Dadurch ist es nicht mehr möglich, dass die Betonspannungen am Ende der Lasteinleitungslänge bis zur Rissschnittgröße anwachsen. Bei weiterer Laststeigerung nur noch zu einer Zunahme der Stahldehnung in den bereits entstandenen Rissen, eine Bildung weiterer Risse erfolgt nicht und es wurde der Zustand des abgeschlossenen Rissbildes erreicht.
-Dabei ist sowohl die frühe Rissbildung durch den Zwang aus dem Abfließen der Hydratationswärme als auch die späte Rissbildung aus einer Überlagerung aus Last- und Zwangsbeanspruchungen zu berücksichtigen. Auch der Einfluss einer möglichen Überfestigkeit des Betons bei der Rissbildung infolge des späten Zwangs darf nicht vernachlässigt werden. Daher wird bei der Ermittlung der Mindestbewehrung für eine Beanspruchung aus spätem Zwang ein Mindestwert der Betonzugfestigkeit von fct,eff = 3,0 N/mm2 vorgegeben. [1]
-Nach DIN EN 1992-1-1 darf die Bemessung der Mindestbewehrung zur Rissbreitenbegrenzung mit dem Bemessungswert der Zwangsspannung σct,d erfolgen, wenn die Zwangsspannung kleiner als die Rissschnittgröße, also die Spannung, die zum Riss führt, ist. Empfehlungen aus dem „Lohmeyer Stahlbetonbau“[1] zur Ermittlung der Zwangsspannung werden auf der Seite „Zwang - verringerte Zwangsbeanspruchungen“ gegeben.
 == Risse infolge Zwangsbeanspruchungen ==

Begrenzung der Rissbreite: Unterschied zwischen den Versionen