Schriftenreihe der Fachgebiete Baustofftechnologie und Bauschadenanalyse, Massivbau und Baukonstruktion, Stahlbau des Studienganges Bauingenieurwesen
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Die Bedeutung und Nachfrage an der Holz-Beton-Verbundbauweise nimmt
aufgrund einer Vielzahl an Vorteilen gegenüber dem reinen Holzund
Stahlbetonbau immer weiter zu. Die Bemessung von Holz-Beton-
Verbundkonstruktionen ist aktuell nicht normativ geregelt, sondern wird auf
der Grundlage von bauaufsichtlichen Zulassungen und Bauartgenehmigungen
durchgeführt. Dabei kommen die unterschiedlichsten Typen an Verbindungsmitteln
zum Einsatz, wie beispielsweise stiftförmige Verbindungsmittel
und Kerven. Kontinuierliche Verbindungsmittel wie die Verbunddübelleiste
im Stahl-Beton-Verbundbau wurden bisher nicht im Holz-Beton-
Verbundbau verwendet. Verbunddübelleisten haben sich als sehr leistungsfähige
Verbundmittel mit einer hohen Tragfähigkeit und einfacher Herstellung
herausgestellt, deren Bemessung in der AbZ Z-26.4-56 2018 geregelt
ist. Zur Entwicklung eines Bemessungskonzeptes für ein den Verbunddübelleisten
ähnliches Verbundmittel für den Holz-Beton-Verbundbau sind klassischer
Weise experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung der Tragfähigkeit
durchzuführen. Neben den oftmals zeitaufwendigen und kostenintensiven
Versuchen haben viele Untersuchungen an verschiedensten Verbundmitteln
gezeigt, dass sich numerische Untersuchungen in Form von Finite-
Elemente-Modellen dafür eignen das Tragverhalten abzubilden und die erforderliche
Anzahl an Versuchen zur Abdeckung der verschiedenen Parameter
zu reduzieren.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein kontinuierliches Verbundmittel für die
Holz-Beton-Verbundbauweise entwickelt und es wurde mittels experimenteller
und numerischer Untersuchungen ein Bemessungskonzept erarbeitet.
Zur Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens wurden Versuche
unter Längsschub- und Zugbeanspruchung durchgeführt. Anhand dieser
Versuche konnten Finite-Elemente-Modelle kalibriert werden und darauf aufbauend
numerische Untersuchungen zum Tragverhalten unter kombinierter
Zug- und Schubbeanspruchung durchgeführt werden. Da viele numerische
Untersuchungen an Verbundmitteln in der Vergangenheit eine hohe Sensibilität
bei der Variation der Materialparameter der Betonmodelle gezeigt
haben, wurde eine separate Untersuchung zu den Besonderheiten von Verbundmitteln
im Beton bei der numerischen Simulation herausgearbeitet und
entsprechende Lösungsansätze gegeben. Auf Grundlage der experimentellen
und numerischen Untersuchungen konnten die für das neue Verbundmittel
spezifischen Tragmechanismen identifiziert, in einem abschließenden
Trägerversuch bestätigt und in ein Bemessungsmodell überführt werden.
Durch den kombinierten Einsatz von experimentellen und numerischen
Untersuchungen konnte das Tragverhalten des neuen Holz-Beton-
Verbundsystems umfassend beschrieben und ein für die Praxis anwendbares
Bemessungskonzept entwickelt werden. Diese Arbeit soll damit neben dem
Bemessungskonzept einen Beitrag für die Anwendung numerischer Verfahren
bei der Untersuchung des Tragverhaltens von Verbundmitteln im Beton
leisten.
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Die Bemessung von Verbunddecken ist in DIN EN 1994-1-1 2010 geregelt,
worin ausführliche Informationen zur Bestimmung der Längsschub- und Biegetragfähigkeit
aufgeführt sind. Für den Nachweis der Querkrafttragfähigkeit
verweist der EC4 auf das Modell für nicht schubbewehrte Massivquerschnitte
in DIN EN 1992-1-1 2011, da bis vor kurzem kein eigenständiges
Querkraftbemessungsmodell für Verbunddecken zur Verfügung stand. Das
Modell im EC2 gründet auf einigen Annahmen, die für Verbunddecken nicht
vorausgesetzt werden können. Außerdem können die spezifischen Eigenschaften
von Verbunddecken nicht berücksichtigt werden. Daher wurde in
Hartmeyer 2014 ein Modell zur Ermittlung der Querkrafttragfähigkeit von
Verbunddecken, die ausschließlich durch das Verbundblech längsbewehrt
sind, entwickelt. Verbunddecken werden in der Praxis allerdings stets mit
zusätzlicher Betonstahlbewehrung ausgeführt. In dem zuvor genannten Modell
für Verbunddecken kann der positive Einfluss der zusätzlichen Betonstahlbewehrung
auf das Querkrafttragverhalten der Verbunddecken jedoch
nicht vollumfänglich berücksichtigt werden.
In dieser Arbeit wurde daher ein eigenständiges Ingenieurmodell entwickelt,
mit dem das Querkrafttragverhalten von Verbunddecken unter der Kombination
der beiden Längsbewehrungsarten Blech und Betonstahl mechanisch
beschrieben werden kann. Hierzu wurden umfangreiche Querkraftversuche
an Verbunddecken durchgeführt. Durch den Einsatz kontinuierlicher
Dehnungsmessung mittels Sensorfasern, konnten wesentliche Erkenntnisse
zum Querkrafttragverhalten gewonnen werden. So wurde beispielsweise
festgestellt, dass das Querkrafttragverhalten von Verbunddecken dem
Bogen-Zugband-Modell zuzuordnen ist und Ebenbleiben der Querschnitte
nicht vorausgesetzt werden kann. Das entwickelte Modell beinhaltet vier
Traganteile, die additiv berücksichtigt werden. Diese sind der Schubtraganteil
der ungerissenen Druckzone, der Traganteil der Rissprozesszone, die
Dübelwirkung von Blech und Betonstahl sowie der vertikale Anteil einer direkten
Druckstrebe ins Auflager. Das Modell ist gleichermaßen für offene
und hinterschnittene Geometrien gültig und berücksichtigt über die Teilverbundtheorie
die spezifischen Eigenschaften der Verbundbleche. Die Untersuchungen
in dieser Arbeit konzentrierten sich auf Verbunddecken aus
Normalbeton. Eine Öffnung des Modells für Verbunddecken aus Leichtbeton
ist prinzipiell möglich, da die Materialeigenschaften innerhalb der einzelnen
Traganteile direkt Berücksichtigung finden und somit die speziellen Eigenschaften
des Leichtbetons Eingang finden könnten.
Durch die Berücksichtigung der Kombination der beiden Längsbewehrungsarten
ist es erstmals möglich, die Querkrafttragfähigkeit von Verbunddecken
zutreffend zu beschreiben. Da hiermit eine erhebliche Traglaststeigerung
einhergeht, konnte folglich die Wirtschaftlichkeit von Verbunddecken gesteigert
werden. Im Zuge der Überarbeitung des EC4 wurde das entwickelte
Modell bereits in den Entwurf (prEN 1994-1-1 2020) aufgenommen.
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Carbonbeton ist ein neuartiger Verbundwerkstoff, der seit ca. 20 Jahren in den Sonderforschungsbereichen (SFB) 528 und 532 erforscht wird. Abgesehen von vereinzelten Unikaten im Neubaubereich sind Einsatzgebiete bisher vornehmlich die Bereiche Sanieren, Verstärken und Ertüchtigen in Verbindung mit engmaschigen Bewehrungsstrukturen und hochfesten Feinbetonen.
In Ergänzung hierzu wird in dieser Arbeit ein Versuchskonzept für die industriell gefertigte Deckenplatte des Parkhaussystems GOBACAR® als Neubauteil vorgestellt, bei welcher eine Bewehrungsstruktur mit großer Maschenweite und Normalbeton (Großkorn 16 mm) Anwendung findet.
Aus einem umfassenden Versuchsprogramm beginnend mit der Ermittlung von Festigkeitswerten für die Bewehrung, über die Ermittlung einer Dauerfestigkeit, Verbundeigenschaften und Auswirkungen aus dynamischer Beanspruchung bis hin zu Einflüssen aus Temperaturwirkung auf die Bewehrung und deren Verbundfestigkeit werden Teilsicherheitsbeiwerte abgeleitet und daraus ein Bemessungsmodell für die Biegetragfähigkeit beschrieben. Es wird aufgezeigt, wie die aus den Versuchen ermittelten Kennwerte in die Bemessung einfließen. Aus dem Versuchsprogramm werden weiterhin Bauteilversuche mit Originalspannweite im Maßstab 1:1 vorgestellt, aus denen Bauteilwiderstände für die Biege und Querkrafttragfähigkeit sowie Durchstanzen aus simulierter Radlast für die Deckenplatte als Systembauteil abgeleitet werden.
Für die Biegetragfähigkeit wird der Widerstand aus dem Bemessungsmodell und der versuchsgestützte Bauteilwiderstand gegenübergestellt.
Für die Entwicklung der Parkhausdeckenplatte mit Carbonbeton hat das Unternehmen GOLDBECK unter der Gesamtleitung des Autors in der Summe mehr als 400 Versuche durchgeführt, von denen etwas mehr als 100 die Grundlage dieser Arbeit sind und aus denen eine wirtschaftliche Biegebemessung mit der ermittelten Dauerfestigkeit der Carbonbewehrung abgeleitet wird.
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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der analytischen, integralen und nichtlinearen Bemessung von Sandwichwänden mit Stahlbetonschalen unter vertikaler und horizontaler Belastung nach Theorie II. Ordnung und führt zu der Entwicklung eines in der Programmiersprache VBA implementierten Bemessungsprogramms. Das zugrunde liegende Bemessungskonzept ermöglicht eine Bemessung der Sandwichwand bei Berücksichtigung des versteifenden Einflusses ihrer Vorsatzschale. Somit können besonders bei schlanken und knickgefährdeten Sandwichwänden ihre Querschnittsabmessungen optimiert werden.
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Mauerwerk muss neben dem vertikalen und horizontalen Abtrag von Lasten in der Ebene auch Lasten rechtwinklig zur Ebene (out-of-plane), z.B. infolge Erdbeben, standhalten. Das out-of-plane Verhalten von unbewehrten Mauerwerkswänden ist abhängig von der verwendeten Stein-Mörtel-Kombination und ist auf Grund der starken Nichtlinearität sehr komplex. Aktuelle Bemessungsverfahren in der deutschen Normung sind nicht explizit für das out-of-plane Verhalten entwickelt und enthalten zum Teil erhebliche Konservativitäten. Detaillierte Untersuchungen zu in Deutschland typischen Mauerwerksarten existieren bisher nicht.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das out-of-plane Verhalten von einachsig spannenden unbewehrten Mauerwerkswänden analytisch und experimentell untersucht. Ziel war die Entwicklung eines Modells zur Beschreibung des out-of-plane Schwingverhaltens von Mauerwerkswänden.
Die bestehenden Verfahren zur Bestimmung der out-of-plane Tragfähigkeit aus Literatur und Normung wurden analysiert. Durch den Vergleich mit nichtlinearen, numerischen Simulationen wurden die wesentlichen Einflussfaktoren identifiziert. In anschließenden Rütteltisch-Versuchen mit wärmedämmendem Ziegelmauerwerk und Porenbetonmauerwerk wurden diese Faktoren experimentell verifiziert.
Als einen wesentlichen Parameter hat sich dabei die vertikale Steifigkeit am Wandkopf infolge darüber liegenden Rahmen, Unterzügen oder Decken herausgestellt. Da diese in bisherigen Verfahren nicht berücksichtigt werden können, wurde ein Ingenieurmodell hergeleitet, welches unter anderem diesen Parameter berücksichtigt.
In nachfolgenden Versuchen wurde das entwickelte Modell verifiziert und weitere Untersuchungen zum Schwing- und Dämpfungsverhalten durchgeführt.
In abschließenden Sensitivitäts- und Korrelationsanalysen wurde der Zusammenhang zwischen Erdbebenparametern und Verschiebung der Wand untersucht. Auf dieser Basis wurde ein Bemessungsmodell für die betrachteten Mauerwerkswände vorgeschlagen.
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Maschinenbetten und -gestelle werden vorwiegend aus Grauguss und als Stahlschweißkonstruktion gefertigt. Aufgrund technischer und wirtschaftlicher Vorteile haben sich seit den 80er Jahren zusätzlich Mineralguss oder epoxidharzgebundener Polymerbeton etabliert. Seit mehreren Jahren wird Ultra High Performance Concrete – UHPC – erfolgreich bei Werkzeugmaschinen eingesetzt. Auf diesen Grundgestellen aus Beton werden neben Gehäusen, Getrieben, Werkzeughaltern, Trafos usw. vor allem die beweglichen Teile der Maschine befestigt. Gängige Praxis hierfür ist die Verwendung von Linearführungsschienen.
Diese Arbeit untersucht die vorgespannte, geschraubte Befestigung der Linearführung auf geschliffenen Betonoberfläche mit Hilfe von speziellen Gewindehülsen. In rechnerischen Voruntersuchungen mittels der FE-Methode wurde der Kraftfluss von der Linearführung über die Befestigungsschraube zur Gewindehülse bis in den Betonuntergrund untersucht und darauf aufbauend ein Versuchsprogramm festgelegt. Probekörper aus hochfestem Beton des Marktführers wurden hergestellt und experimentell untersucht. Nach der Auswertung der Versuche wurde ein Bemessungskonzept entwickelt und in Form einer schrittweisen Anleitung festgehalten. Mehrere Beispiele zeigen die Anwendung des Verfahrens.
Berechnungen, Versuchskonzeption, Durchführung der Versuche, Versuchsauswertung sowie die Entwicklung des Bemessungskonzeptes erfolgten durch den Verfasser. Die Versuche wurden in seiner Anwesenheit in seinem Betrieb, in spezialisierten Unternehmen mit entsprechender Geräteausstattung und zum größten Teil an der TU Kaiserslautern durchgeführt. Die hier betrachteten Untersuchungen und Bemessungsvorschläge betrachten ausschließlich Maschinenbauteile und dürfen nicht auf Situationen im Bauwesen übertragen werden.
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Beim Bauen im Bestand werden häufig neue Stahlbetonbauteile kraftschlüssig an bestehende Tragstrukturen angeschlossen. Dies wird bei Ortbetonbauteilen günstig mit dem Übergreifungsstoß realisiert.
Bis Ende der 1950-er Jahre wurden im Stahlbetonbau überwiegend glatte Betonstähle verwendet, bevor sie mit einer Übergangszeit bis Ende der 1970-er Jahre von den heute eingesetzten gerippten Betonstählen abgelöst wurden. Im Gegensatz zu den seit 1925 genormten Übergreifungsstößen mit Betonstählen gleicher Art und Güte sind kombinierte Übergreifungsstöße von Glatt- und Rippenstählen jedoch bis heute nicht geregelt.
Zur Beseitigung dieses Defizits wurden im Rahmen dieser Arbeit differenzierte Bewehrungsregeln hergeleitet, die wissenschaftlich abgesicherte und gleichzeitig wirtschaftliche Lösungen für kombinierte Übergreifungsstöße ermöglichen, denn unter Einbeziehung des Rückbaus bestehender Altbetonsubstanz verlangt eine ökonomische Bauweise für Übergreifungsstöße von freigelegten historischen Glattstählen mit aktuell verwendeten Rippenstählen nach Vollstößen mit kleinstmöglichen Übergreifungslängen. Dabei sind die Anforderungen nach heute gültigem Regelwerk an die Zuverlässigkeit gegen Versagen im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) und die Sicherstellung der vorgegebenen Nutzung durch Begrenzung der Rissbreiten im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) zu beachten.
Für verschiedene kombinierte Übergreifungsstöße von mit Endhaken versehenen glatten Betonstählen BStI und gerippten Betonstählen B500 mit geraden Stabenden oder Endhaken wurden die erforderlichen Übergreifungslängen anhand systematisch aufgebauter Versuchsreihen empirisch ermittelt. Dabei wurde ein grundlegendes Verständnis für die Tragwirkung kombinierter Übergreifungsstöße gewonnen und ein allgemeingültiges Lastübertragungsmodell erarbeitet.
Zur Bemessung kombinierter Übergreifungsstöße wurde weiter ein Ingenieurmodell abgeleitet, welches die Tragwirkung derartiger Stöße zuverlässig beschreibt und die experimentell ermittelten Übergreifungslängen bestätigt. Dabei wurde unter Berücksichtigung der für den Verbund maßgebenden Betonzugfestigkeit, der Stahlspannungen und den Stabdurchmessern auf Basis statistischer Methoden ein Bemessungsdiagramm für die erforderliche Übergreifungslänge bestimmter Stoßkombinationen erarbeitet und eine ergänzende FE-Modellierung durchgeführt.
Darauf aufbauend werden allgemeingültige Gleichungen zur Ermittlung der Bemessungswerte der Übergreifungslängen kombinierter Übergreifungsstöße mit Glattstahl BStI und Rippenstahl B500 angegeben und Konstruktionsregeln für in der Praxis regelmäßig vorkommende Kombinationen von Stabdurchmessern, Betongüten und Verbundbedingungen erarbeitet, die für Kombi-Stöße gleichwertig zu den Regeln des EC2 für den Neubaufall angewendet werden können.
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Zur Auslegung von innovativen Betonkollektorelementen für solarthermische Parabolrinnenkraftwerke
(2016)
Kurzfassung
Parabolrinnen stellen die wirtschaftlichste Form der solarthermischen Kraftwerke mit
Solarstrahlenkonzentration dar. Die Kollektorelemente sind der entscheidende Faktor
für die Wirtschaftlichkeit des gesamten Parabolrinnenkraftwerks. Stand der Technik
ist es, die Kollektoren als räumliche Stahlfachwerke mit punktförmig gestützten Spiegeln
auszuführen. Zu diesem Konstruktionsprinzip sind Alternativen möglich.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Machbarkeit einer wirtschaftlichen
Konstruktionsvariante für die Ausführung der Parabolrinnen unter Verwendung des
Werkstoffs Beton untersucht.
Die dabei erörterten Fragestellungen umfassen ein breites Spektrum. Ein Schwerpunkt
liegt auf der Konzeptionierung einer geeigneten Betonrezeptur und den damit
verbundenen betontechnologischen Herausforderungen. Diese waren stets unter
dem Gesichtspunkt einer schnellen Festigkeitsentwicklung zu betrachten. Des Weiteren
konnte ein Großdemonstrator konzeptionell und baulich realisiert werden, durch
welchen die Bauweise eines Parabolrinnenkollektorelements aus hochfestem Beton
vor Augen geführt wird. Diesem sind zwei Innovationen immanent: Zum einen die
Verwendung des Werkstoffs Beton, zum anderen sein neuartiges Auflagerungskonzept.
Der fertiggestellte Großdemonstrator wurde in einer Genauigkeitsanalyse mittels
optischer Messverfahren hinsichtlich seines Interceptfaktors, eine Kenngröße,
von welcher der Systemwirkungsgrad abhängt, beurteilt. Ein weiterer betrachteter
Aspekt ist die Maßhaltigkeit und Formstabilität von Beton, da durch Abweichungen
von ihrer Sollgeometrie der Interceptfaktor einer Parabolrinne reduziert wird. Anhand
von numerischen Untersuchungen wurden die unter realitätsnahen Bedingungen an
einem geeigneten Standort auftretenden Verformungen für den Großdemonstrator
analysiert und in Form einer rechnerischen Wirksamkeitsbeurteilung interpretiert.
Abstract
Parabolic troughs are the most economic type of solarthermal power plants working
by concentrating solar power. The collector elements are the most influencing factor
concerning the cost effectiveness of the whole power plant. State of the art is to construct
the collectors as spatial steel truss systems with point-wise supported mirrors.
Alternatives to this construction principle exist.
In the thesis at hand the feasibility of an economic way of constructing of an economic
execution of the parabolic troughs while using concrete as construction material
was analyzed.
The spectrum of the discussed questions is large. One focus was put on the conception
of a suitable concrete and the connected challenges concerning the concrete
technology. These were always to be considered under the aspect of a fast development
of the strength. Furthermore, a full-size demonstrator was planned and built,
which shows the construction method of a parabolic trough collector element using
high-strength concrete. Two innovations are immanent: On the one hand, the use of
the construction material concrete, on the other hand its novel supporting concept.
The completed full-size demonstrator was evaluated regarding its intercept factor (a
parameter by which the efficiency factor of the system is influenced) by using a precision
analysis using optical measurement methods. Another examined aspect is the
dimensional accuracy and stability of concrete because by deviations from the target
geometry the intercept factor of a parabolic trough is reduced. By means of numerical
methods the deflections, which result under realistic conditions at a suitable location,
were analyzed and in due form of a mathematical effectiveness assessment interpreted.
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Die Bewertung bestehender Bauteile unterscheidet sich grundsätzlich von der Bemessung neu zu erstellender Bauteile, da im Gegensatz zur Neubausituation bemessungsrelevante Parameter am Bestandstragwerk ermittelt werden können. Trotzdem müssen baustatische Nachweise in beiden Fällen auf Basis der aktuellen technischen Baubestimmungen geführt werden, deren Sicherheits- und Nachweiskonzept zur Erstellung von Neubauten konzipiert wurde und berücksichtigt, dass die tatsächlichen Bauteilkennwerte zum Zeitpunkt der Bemessung mit Unsicherheiten behaftet sind.
Bestehende Tragwerke können und müssen in vielen Fällen die darin enthaltenen Anforderungen nicht erfüllen, da im Vergleich zur Neubausituation eine Vielzahl von Tragwerksinformationen vorliegen, die eine Absenkung der im Zuverlässigkeitskonzept enthaltenen Unsicherheitsfaktoren begründen.
Aus diesem Grund wird innerhalb der vorliegenden Arbeit ein zur Bewertung bestehender Wasserbauwerke angepasstes, semiprobabilistisches Nachweiskonzept erarbeitet, das auf den wahrscheinlichkeitstheoretischen Festlegungen des Eurocode beruht. Im Vergleich zum aktuellen Nachweiskonzept zeichnet es sich durch die Berücksichtigung von im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme am Tragwerk festgestellten Bauteilkennwerten und Einwirkungen sowie angepassten Zuverlässigkeitselementen aus.
Innerhalb einer probabilistischen Querschnittsanalyse werden weiterhin die zur Zuverlässigkeitsbewertung bestehender Wasserbauwerke aus Beton maßgebenden Basisvariablen identifiziert und es wird nachgewiesen, dass auch die Zuverlässigkeitselemente des modifizierten Nachweiskonzeptes dem Format nach den wahrscheinlichkeitstheoretischen Festlegungen des Eurocodes entsprechen.
Darüber hinaus wird gezeigt, dass die Konstruktionsweise zur Errichtung von unbewehrten Gewichtsstützwänden alter Schleusen zu einem Zuverlässigkeitsniveau führt, wie es aktuell auch innerhalb des Eurocodes gefordert wird.
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Sandwichelemente mit Deckschichten aus Hochleistungsbeton und einem Kern aus extrudiertem Polystyrol
(2015)
Sandwichelemente vereinen aufgrund des gezielten Einsatzes verschiedener Materialien und deren schichtartigen Aufbaus sehr gute Dämmeigenschaften und ein geringes Eigengewicht mit hoher Tragfähigkeit und Biegesteifigkeit. Sie werden daher seit Beginn der 1960er-Jahre sowohl im Metallleichtbau als auch im Stahlbetonmassivbau vielfältig eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Sandwichelemente mit Deckschichten aus einem mikro- oder auch textilbewehrtem Hochleistungsbeton und einem Kern aus extrudiertem Polystyrol-Hartschaum umfangreich experimentell und rechnerisch untersucht. Ziel war es, den Verbund zwischen dem Kern und den Deckschichten ohne mechanische Verbundmittel, sondern rein über die Adhäsion des profilierten Dämmkerns und den Deckschichten zu erzielen.
Das Sandwichtragverhalten wurde durch eine Vielzahl von Biege- und Scherversuchen experimentell untersucht. Die Dauerhaftigkeit des Verbunds zwischen dem Kern und den Deckschichten wurde durch eine Frost-Tau-Wechselbeanspruchung der Scherprobekörper sowie durch eine zyklische Ermüdungsbeanspruchung der Biegeprobekörper bestimmt. Anhand der Versuchsergebnisse konnte gezeigt werden, dass die Sandwichelemente bei der Verwendung als Wand- oder Dachelement den praxisüblichen Beanspruchungen standhalten und nicht vorzeitig versagen. Das Tragverhalten wurde weiterhin in Bauteilversuchen an großformatigen Sandwichelementen überprüft. Hierzu wurden in einem eigens konstruierten Unterdruckprüfstand zweifeldrig gelagerte Sandwichelemente einer realitätsnahen Beanspruchung durch eine Flächenlast ausgesetzt. Die Materialeigenschaften, die anhand der Scherversuche sowie an Dehnkörperversuchen am bewehrtem Beton ermittelt wurden, dienten zudem als Eingangsparameter zur rechnerischen Untersuchung der Sandwichelemente mit der FE-Software ANSYS. Auf Grundlage der Modellierungen konnten die Versuchsergebnisse interpretiert und das Tragverhalten in Parameterstudien vertiefend analysiert werden. Darüber hinaus wurden auch die Einwirkungen aus einer Temperatur- und Schwindbeanspruchung der Elemente ermittelt.
Über Ingenieurmodelle auf Grundlage der Sandwichtheorie konnte bisher der Einfluss der Rissbildung in den Betondeckschichten nur überschlägig und gemittelt über die Länge der Elemente berücksichtigt werden. Aus diesem Grund wurde ein bestehendes Programm zur Ermittlung der Sandwichschnittgrößen um einen Ansatz zur Berücksichtigung der Steifigkeitsreduzierung infolge der Rissbildung umfangreich erweitert. Mit dem neuen Programm swe2+ können nun erstmalig die Schnittgrößen und Verformungen von Sandwichelementen mit gerissenen Betondeckschichten zielsicher und diskret über die Länge eines Sandwichelements ermittelt werden. Durch Beispielrechnungen wurde gezeigt, dass die Umlagerung der Schnittgrößen infolge der Rissbildung in den Deckschichten zu ungünstigeren Beanspruchungen führen kann und diese Umlagerungen bei der Bemessung der Elemente entsprechend zu berücksichtigen sind. Die Bemessung der hier untersuchten Sandwichelemente kann in Anlehnung an die Norm DIN EN 14509 zur Bemessung von Sandwichelementen mit metallischen Deckschichten durchgeführt werden. Durch die Nachrechnungen der Biegeversuche wurde gezeigt, dass auf diese Weise die Elemente mit ausreichender Sicherheit und sehr guter Übereinstimmung bemessen werden können. Dies wird abschließend in zwei Bemessungsbeispielen an einem Wand- sowie einem Dachelement demonstriert.