Beschreibung
P 516 – Leichte Tragwerke aus Stahl und Stahlverbundwerkstoffe für die Gebäudesanierung
Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojekts P516 wurden zunächst das Gebiet der Bauwerkssanierung und dessen beeinflussende Faktoren untersucht. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen, wurde eine Bedarfsanalyse bzw. Beurteilung gemäß Nutzwertanalyse erstellt. Ziel war die Entwicklung von neuartigen Konstruktionselementen aus vorhandenen Bauprodukten. Ausgehend hiervon wurden die drei folgenden Bauteilgruppen untersucht:
– kinematische Tragwerke
– leichtes Deckensystem aus Einzelstäben
– leichte Träger mit Stegen aus Sandwichelementen
Während die beiden erstgenannten Felder ausschließlich theoretisch-numerisch untersucht wurden, lag der Schwerpunkt bei der Entwicklung eines Leichtbauträgers auf dem durchgeführten umfangreichen Versuchsprogramm. Die Analyse der kinematischen Tragwerke zeigte, dass die Einsatzmöglichkeiten für ein solches System wegen der relativ großen Nachgiebigkeit sehr begrenzt sind. Das System erhält unter Belastung erst durch eine Vielzahl von eingebrachten Sperrstäben eine akzeptable Durchbiegung, wodurch der Arbeitsaufwand zu groß würde und ein wirtschaftlicher Einsatz – auch als Nischenprodukt – nicht in Frage käme.
Beim Teilprojekt „leichtes Deckensystem“ wurden zunächst Überlegungen bzgl. des
geforderten händischen Transports und der hieraus resultierenden zumutbaren Lasten angestellt. Aufbauend auf den gewonnen Erkenntnissen lag der Schwerpunkt des Teilprojekts neben der grundsätzlichen Analyse des Tragverhaltens zunächst auf der Untersuchung geeigneter Querschnitte. Es wurde eine umfangreiche Parameterstudie durchgeführt. Hauptschwierigkeit bildete die Suche nach einer geeigneten Verbindungsmethode, wobei hier letztlich Verbindungen favorisiert wurden, die auf einer Verkeilung basieren. Das System ist für die Verwendung im Rahmen der Bauwerkserhaltung und –sanierung gut geeignet.
Bei der Entwicklung eines leichten Trägers unter Verwendung von Sandwichelementen wurden zunächst kleinmaßstäbliche Versuche zur Identifikation geeigneter Verbindungsmittel durchgeführt, begleitet von einer Analysen der verwendeten Werkstoffe. Neben fließlochformenden Blechschrauben erwiesen sich Klebeverbindungen als gut geeignet für die Verbindung des Trägerstegs (Sandwichelement) mit den Gurten (gekantete Bleche). Anschließend wurden über 40 Bauteilversuche durchgeführt, wobei zahlreiche Parameter variiert wurden. Hierzu zählten die Art der Lasteinleitung, die Trägerhöhe, die Dicke und die Sickung der Deckschichten, die Geometrie der Gurte sowie die Kombination mehrerer Verbindungsmittel. Zusätzlich wurde noch das Verhalten des Trägers ohne Gurte analysiert sowie das Verhalten von Trägern mit großen Stegausschnitten für die Gebäudeausrüstung. Durch eine neuartige Versuchstechnik war es unter Ausnutzung des hydrostatischen Drucks möglich, eine Linienbelastung auf den Träger wirken zu lassen.
Der neu entwickelte Träger zeigte bei geringem Eigengewicht eine sehr große Tragfähigkeit bei gleichzeitig gutartigem Versagen. Im Traglastzustand stellte sich neben der Biegetragwirkung durch die Ausbildung eines Zugbandes ein kombinierter Zustand ein. Als ideal in Bezug auf die eingesetzten Verbindungsmittel erwies sich eine Kombination aus Kleb- und Schraubverbindung. Eine parallel durchgeführte numerische Studie mit Hilfe der der FE-Methode zeigte das Optimierungspotenzial des Trägers auf. Der vorgestellte Bemessungsvorschlag basiert auf einer Durchbiegungsbeschränkung des Trägers.
Abschließend kann festgestellt werden, dass mit dem leichten Deckensystem und den Trägern mit Stegen aus Sandwichelementen zwei unterschiedliche Möglichkeiten entwickelt wurden, die für den Einsatz bei der Bauwerkssanierung gut geeignet sind.
Autoren:
U. Peil, D. C. Ruff
Veröffentlichung:
2006