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In der vorliegenden Arbeit wird das Querkrafttragverhalten vorgefertigter Wand-elemente aus haufwerksporigem Leichtbeton (LAC) untersucht.
Leichtbeton mit haufwerksporigem Gefüge gilt als gut wärmedämmend und ressourcenschonend, weshalb er bei Verwendung in Fassadenelementen weiter an Bedeutung gewinnt. Allerdings führen unzureichende Erkenntnisse zum Querkraft-tragverhalten freitragender Wandbauteile ohne und mit Querkraftbewehrung zu normativen Einschränkungen in der konstruktiven Durchbildung und Herstellung der Fertigteile.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Bemessungsmodells für freitragende Wandelemente aus LAC, das mit geeigneten Bewehrungskonstruktionen sowohl die einwandfreie Herstellung im üblichen Walzverfahren ermöglicht als auch die Tragfähigkeit der Elemente sicherstellt.
Zunächst werden experimentelle Untersuchungen zur Verdichtung von Elementen aus haufwerksporigem Leichtbeton durchgeführt. Darauf aufbauend ermöglichen Auszug-versuche mit einem modifizierten BeamEndTest eine Aussage über das Verbund- und Verankerungsverhalten von Bewehrungsstäben in LAC.
Mit den Ergebnissen der Auszugversuche werden Großversuche an Wandbauteilen konzipiert und durchgeführt, welche die Beurteilung der Querkrafttragfähigkeit von Bauteilen ohne und mit Querkraftbewehrung erlauben. Aus den experimentellen Untersuchungen wird ein an den Eurocode 2 und DIN EN 1520:2011-06 angelehnter Bemessungsvorschlag entwickelt, der unter anderem auch die Schubschlankheit der Elemente und die Verankerung der Querkraftbewehrung als Einflussparameter berücksichtigt.
Teile dieser Arbeit wurden im Forschungsvorhaben „Innovative Konstruktions- und Bemessungsregeln zur Optimierung der Querkraft- und Torsionstragfähigkeit von freitragenden Wandplatten aus LAC“ erarbeitet. Dabei handelt es sich um ein Kooperationsprojekt zwischen der Technischen Universität Kaiserslautern (Prof. Dr.-Ing. Matthias Pahn, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schnell), der Hochschule Koblenz (Prof. Dr.-Ing. Ralf Zeitler) und dem Bundesverband Leichtbeton e.V. (Dieter Heller). Das Projekt wurde gefördert durch das Bundesministerium fürWirtschaft und Energie.
Die Verbunddecke ist ein Deckensystem, das Akzeptanz und Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitig ausgereifter bautechnischer Qualität vereint. Nachweiskonzepte zur Biegetragfähigkeit und Längsschubtragfähigkeit wurden bereits für normative Regelungen erarbeitet. Für die Bemessung unter Querkraft orientiert sich das Regelwerk für Verbundbau am Nachweiskonzept für Massivbauteile. Eine eigenständige, an die besondere konstruktive Gestaltung von Verbunddecken angepasste Bemessung ist nicht vorhanden. Bisher wird somit ein empirisch gestütztes Querkraftmodell verwendet, dessen statistische Kalibrierung ohne Berücksichtigung von Verbunddeckenversuchen vorgenommen wurde. Neuere Untersuchungen an Verbunddecken mit gefügedichtem Leichtbeton zeigten, dass bei einem ungünstigen Verhältnis der Zug- zur Druckfestigkeit des Betons und in Abhängigkeit der Verankerung der Längsbewehrung relevante Sicherheitsdefizite infolge Querkraftversagen auftreten können.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden die das Querkraftversagen bei Verbunddecken auslösenden Mechanismen separiert und in ihrer Wirkung beschrieben. Hierzu wurden eine Vielzahl von Querkraftversuchen an Verbunddecken mit variierender Blechgeometrie und in wechselnder Kombination mit Normal- und Leichtbeton durchgeführt. Aus dem Zugewinn an Erkenntnissen wurde ein mechanisch begründetes, variables Bemessungsmodell für Verbunddecken unter Querkraftbeanspruchung formuliert. Das Modell zeichnet sich durch die Berücksichtigung der bisher vernachlässigten Eigentragfähigkeit des Verbundblechs aus und kann zudem flexibel an die verwendete Betonart sowie an variierende Blechgeometrien angepasst werden. Das Querkraftmodell setzt sich aus den additiv wirkenden Traganteilen des Blechs, der ungerissenen Druckzone sowie der aktivierten Bruchprozesszone zusammen. Damit wurde ein geschlossener Lösungsvorschlag zur Querkraftbemessung erarbeitet, welcher eine optimale und sichere Ausnutzung des Deckensystems ermöglicht. Da die Einzeltragwirkungen individuell und mechanisch beschrieben wurden sind Ergän-zungen leicht möglich, so dass zukünftig auch die Einbindung der Wirkung von Faserbeton denkbar wäre.
In der Arbeit wurde erstmals der Frage nach einem ingenieurmäßigen Nachweisformat für Verbunddecken unter Schubbeanspruchung nachgegangen. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen Schlussfolgerungen zu dem von Stahlbetonbalken abweichenden Tragverhalten und liefern damit eine Basis für weitere Forschungsansätze. Um dies zu unterstützen wurde eine umfangreiche Datensammlung durchgeführt und in einer Versuchsdatenbank von Stahlverbunddecken mit Querkraftversagen festgehalten.