Begrenzung der Rissbreite

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 Stahlbetonbauteilen kann in zwei Zustände unterschieden werden. Diese stellen sich bei fortlaufender Steigerung der Zugbeanspruchung nacheinander ein. Dieses ist der

Zustand der Erstrissbildung

und der

Zustand des abgeschlossenen Rissbildes.

Hintergrund

Bei fortlaufender Steigerung einer Last- oder Verformungseinwirkung entstehen im Bauteil zunehmend Beanspruchungen, bis es zur Bildung eines ersten Risses über die Höhe der Zugzone kommt. Hierzu kommt es wenn die resultierenden Beanspruchungen die Betonzugfestigkeit erreichen. Durch die Rissbildung wird im Riss die zuvor noch durch den Betonquerschnitt aufgenommene Zugspannung bzw. 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 Einwirkung vergrößert sich im weiteren Verlauf zum einen die Stahlzugkraft und -dehnung im Riss und zum anderen wird auch die Einleitungslänge und die damit auch 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. Bei weiterer Steigerung der Einwirkung wiederholt sich dieser Vorgang, bis der Abstand zwischen den entstandenen Rissen geringer, ist als die erforderliche Länge zur Einleitung der Rissschnittgröße. Dadurch können zwischen bereits entstandenen Rissen keine weiteren Risse mehr entstehen. Bei weiterer Steigerung der Einwirkung kommt es dadurch nur noch zu einer Zunahme der Stahldehnung in den bereits entstandenen Rissen; eine Bildung weiterer Risse erfolgt nicht. Diese Phase wird daher als Zustand des abgeschlossenen Rissbildes bezeichnet.

Besonderheit bei Zwang

Zwangsbeanspruchungen entstehen durch die Behinderung einer Verformung, wobei sich die resultierende Zwangsschnittgröße bei einer vollen Verformungsbehinderung aus dem Hookschen Gesetz ergibt (σzW = E * εZw). Im Umkehrschluss bedeutet dieses, dass bei einer teilweisen Ermöglichung einer Verformung auch nur ein Teil der Verformungseinwirkung in einer Zwangsschnittgröße resultiert (σzW = E * (εZw - ΔεZw). Hinsichtlich der Rissbildung ist dieses von Bedeutung, da ab Bildung des ersten Risses bei weiterer Steigerung der Verformungseinwirkung auch die mitresultierende Stahldehnung in den bereits entstandenen Risse einen Einfluss auf die weitere Entwicklung der Zwangszugkraft im Bauteil hat. Durch die teilweise ermöglichte Bauteilverkürzung (Rissöffnung) wächst die Zwangszugkraft bei stetiger Steigerung der Verformungseinwirkung nach Erstrissbildung langsamer an, als es noch vor Bildung des ersten Risses der Fall war. Bei zu schwach bewehrten Bauteilen kann ist es möglich, dass es nach Entstehung des ersten Risses nur noch zu einer weiteren Rissöffnung dieses ersten Risses kommt, da die maximale Stahlzugkraft nicht groß genug ist um einen weiteren Riss zu verursachen. Nur bei ausreichend bewehrten Bauteilen kann sich die im vorherigen Abschnitt beschriebenen Zustände der Rissbildung einstellen. Aus diesem Grund ist in Stahlbetonbauteilen nach Eurocode 2 eine Mindestbewehrung für Zwangsbeanspruchungen einzulegen [AVAK 177].

Quellen

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