Beschreibung
P 654 – Neue Konstruktionen durch Einsatz von Klebverbindungen im Stahlbau
Kleben als Alternative zu strukturellen Fügetechniken im Stahlbau spielt derzeit trotz vielfältiger Anwendungsmöglichkeiten noch eine untergeordnete Rolle. Dabei kann die relativ neue Technik „Kleben“ im Bauwesen in vielen Fällen wirtschaftlich und technologisch gegenüber vorhandenen etablierten Fügetechniken nicht nur bestehen, sondern bietet vielfältige Vorteile. Potentielle Anwendungsfelder ergeben sich insbesondere dort, wo die technischen und wirtschaftlichen Grenzen herkömmlicher Fügetechniken erreicht sind. Das hier vorgestellte Forschungsvorhaben möchte einen Beitrag zur Etablierung des Klebens im Stahlbau leisten.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden exemplarisch Konstruktionen aus dem Brückenbau und dem Fassadenbau als Anwendungsfelder für Klebeverbindungen ausgewählt:
Stellvertretend für den Bereich „Bauwerke der Infrastruktur“ wurden geklebte Sandwichfahrbahnplatten für Straßenbrücken entwickelt und untersucht. Neben dem klebgerechten Entwurf und der Dimensionierung wurden umfassende numerische und analytische Berechnungen durchgeführt. Das Tragverhalten und die Fertigungsabläufe der geklebten Fahrbahnplatten wurden zusätzlich experimentell anhand von großmaßstäblichen Demonstratoren und Kleinteilproben analysiert. Für den Brückenbau ergibt sich somit die Möglichkeit, mit Hilfe dieser neuen, hoch belastbaren geklebten Stahlfahrbahnen die Grenzen zu überwinden, an die herkömmliche orthotrope Fahrbahnplatten gestoßen sind.
Im Bereich des Stahlfassadenbaus waren zwei potentielle Anwendungen der Klebtechnik Gegenstand der Untersuchungen. Die erste Anwendung konzentrierte sich auf die klebtechnische Verstärkung von Hohlprofilen in Pfosten-Riegel-Fassaden. Als zweite Klebanwendung im Stahlfassadenbau wurde eine geklebte Alternative zur Befestigung von Stahltrapezprofilen im Fassadenbereich untersucht. In Versuchen wurde die Tragfähigkeit geklebter Anschlüsse nachgewiesen und auf Basis theoretischer Untersuchungen die Systemparameter hinsichtlich der Tragfähigkeitssteigerung optimiert.
Bezüglich der Auswahl und Charakterisierung von möglichen Klebstoffsystemen für den Einsatz im konstruktiven Stahlbau stand eine repräsentative Bandbreite kommerziell angebotener Produkte zur Verfügung. Neben den mechanischen Eigenschaften erfolgte eine Untersuchung des Verarbeitungs- und Applikationsverhaltens der Klebstoffsysteme, welche entscheidend für die Einsatzmöglichkeit im Stahlbau sind. Insbesondere wurde auch auf die Vorbereitung der Oberflächen und auf den Einfluss von Korrosionsschutzmaßnahmen eingegangen. Um die an geklebte Konstruktionen gestellten bauaufsichtlichen Anforderungen erfüllen zu können, wurden im Rahmen des Projekts Monitoringsysteme entwickelt, die eine kontinuierliche und kostengünstige Überwachung der Klebfugen erlauben.
Die Fertigung von geklebten Stahlstrukturen erfordert in gewissem Maß ein Umdenken bei der Ausführung. Besonderer Wert ist auf die Vorbereitung der Klebflächen zu legen. Die im Rahmen dieses Projektes gewonnen Erfahrungen zeigen, dass für die Herstellung großer Bauteile wie dem vorgestellten Brückendeck derzeit weder die vorhandenen Mischanlagen noch die Möglichkeiten zu Fixierung der Fügepartner ausreichend sind. Hier müssen weitere Produktionsverfahren
unter Berücksichtigung einer Baustellen- oder Werkstattfertigung entwickelt werden. Des Weiteren ist sicherzustellen, dass die Arbeiten nur von geschultem Fachpersonal mit Fertigungsbegleitenden Maßnahmen zur Kontrolle und Qualitätssicherung durchzuführen sind. Es konnte nachgewiesen werden, dass geklebte Bauteile gegenüber anderen Bauausführungen als gleichwertig zu betrachten sind. Es zeigte sich, dass geklebte Konstruktionen im Stahlbau realisierbar sind und bei entsprechender Ausführung eine dauerhafte Konstruktionsform darstellen.
Es bietet sich an, zukünftig das Potential des Klebens im Stahlbau durch ausgewählte Pilotprojekte aufzuzeigen, deren Ziel es sein muss, die bezüglich des konstruktiven Klebens bestehenden Vorbehalte und Hemmnisse systematisch abzubauen.
Autoren:
H. Pasternak, J. Meinz, M. Feldmann, B. Völling, B. Abeln, K. Dilger, S. Böhm, M. Ullmann, T. Ummenhofer, J. Medgenberg , P. L. Geiß, A. Wagner, F. J. Heise
Veröffentlichung:
2008
