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Budelmann/Kloft

Von der Bauteilfügung zu leichten Tragwerken: Hybride, trocken gefügte Stab-, Flächen- und Raumtragelemente aus UHPFRC



Kurzfassung

Ziel des Vorhabens ist es, die neuesten Erkenntnisse im Bereich von ultrahochfesten Betonen (UHPC) mit den Möglichkeiten der CNC-gesteuerten Fertigungstechnik für Formenbau und Nachbearbeitung zusammenzubringen und innovative Leichtbaustrukturen aus Beton zu entwickeln. Im Hinblick auf einen ressourceneffizienten Einsatz von Werkstoffen wird dem Einsatz von leichten und schlanken Betonkonstruktionen aus UHPC in Zukunft eine entscheidende Bedeutung zukommen. Hierzu werden hybride Tragwerksstrukturen in Form von Stabwerken und zweiachsig gekrümmten Flächenelementen aus UHPC entwickelt und untersucht. Die Tragwerksstrukturen sind modular aufgebaut und für eine Vorfertigung konzipiert. Die wesentlichen Bauteile des Stabwerkes sind Stäbe und deren Verbindungselemente – Auflager, Ecken und Knoten. Für die gekrümmten Flächenelemente werden vor allem die Ränder zur Kraftübertragung und -weiterleitung genauer betrachtet. Die Formen der Elemente werden unter Einfluss verschiedener Parameter wie Belastung, Materialkennwerte und Fertigungsvorgaben entwickelt. Speziell durch eine optimierte Anordnung von Aussteifungen und Ausrundungen sollen vorhandene Spannungsspitzen minimiert und die Tragfähigkeit erhöht werden. Die Formfindung und -optimierung erfolgt iterativ – unter Beachtung der genauen mechanischen Materialeigenschaften – mit Hilfe der FEM am numerischen Modell und durch mittels 3D-Print-Technologie hergestellter, realer Modelle. Einen besonderen Schwerpunkt stellt die Realisierbarkeit dar. Hierzu zählen das Finden des geeigneten Formenmaterials, das Formen der Schalung mit Hilfe der 3D-CNC-Technik sowie die Definition und Abstimmung der Betonage. Die zusammengefügten Bauteile werden abschließend experimentell untersucht. Dabei werden Verformungen und Dehnungen messtechnisch, unterstützt durch optische Verfahren, erfasst und mit den Berechnungen verglichen.

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Harald Budelmann
h.budelmann@ibmb.tu-bs.de
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Prof. Dr.-Ing. Harald Kloft
h.kloft@tu-braunschweig.de
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Bearbeiter/in:

Dipl.-Ing. Sven Lehmberg
s.lehmberg@ibmb.tu-bs.de
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Dipl.-Ing. Jeldrik Mainka
jeldrik.mainka@tu-bs.de
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Dipl.-Ing. (M. a. A) Lukas Ledderose (Arch.)
l.ledderose@tu-bs.de
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Dipl.-Ing. Stefan Neudecker (Arch.)
s.neudecker@tu-bs.de
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Dr.-Ing. Reinhard Nothnagel (bis Sommer 2014)

Projektlaufzeit:

Föderphase 1 von 10/2011 bis 10/2014

 


Betonage eines leichten UHPFRC-Knotenelementes; Ausschalen und fertiger UHPFRC-Knoten mit einer Wanddicke von 15 mm und einem Gewicht von 9 kg
[ITE/iBMB, TU BS
]

 


Versuchsaufbau der Knotenprüfung in der Druckprüfmaschnine; links: schematisch mit konstanter Vorspannung und in der 3D-Ansicht mit Auflagern; Mitte: im realen Versuch; rechts: geprüftes Knotenelement
[ITE/iBMB, TU BS]

 

Veröffentlichungen

[1] Mainka, J.; Lehmberg, S.; Budelmann, H.; Kloft, H.: Non-Standard Fügeprinzipien für leichte Bauteile aus UHPFRC. Beton- und Stahlbetonbau 108 (2013) 11, S. 763−773
[2] Lehmberg, S.; Budelmann, H.: Entwicklung von dünnwandigen Stabwerksknoten aus ultrahochfestem faserverstärkten Beton. In: Breitenbücher, R.; Mark, P. (Hrsg.): Beiträge zur 1. DAfStb-Jahrestagung mit 54. Forschungskolloquium in Bochum, 07.−08.11.2013, Ruhr-Universität Bochum, 2013, S. 47−52
[3] Mainka, J. et al.: Development of new jointing systems for lightweight UHPC structures. In: Müller, H. S.; Haist, M.; Acosta, F. (Eds.): Proceedings of the 9th fib International PhD Symposium in Civil Engineering, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), 22.−25.07.2012, Karlsruhe, Germany. KIT Scientific Publishing, Karlsruhe, 2012, S. 341−348.
[4] Lehmberg, S.; Ledderose, L.; Mainka, J.; Budelmann, H.; Kloft, H.: Non-Standard Joints for lightweight modular spatial and shell structures made from UHPFRC. In: Brasil, R. und Pauletti, R. (Eds.): Shells, Membranes and Spatial Structures: Footprints, Proceedings of the IASS-SLTE 2014 Symposium, 15.-19.9.2014, Brasilia (Brasilien), 2014
[5] Lehmberg, S.; Mainka, J.; Ledderose, L.; Budelmann, H.; Kloft, H.: Neuartige Verbindungen für geometrisch komplexe Flächen-und Stabwerkelemente aus UHPFRC. In: Scheerer, S.; Curbach, M. (Hrsg.): Leicht Bauen mit Beton – Forschung im Schwerpunktprogramm 1542, Förderphase 1, Dresden: Eigenverlag TU Dresden, 2014, S. 122−139 – http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-171431

 

Studentische Arbeiten in Förderphase 1

[1] Flaum, A.: Ein Blick auf das Wirken des Schweizer Bauingenieur Maillart am Beispiel des Lagerhausvordaches in Chiasso. Studienarbeit, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB), TU Braunschweig, 2012
[2] Günes, E.: Ermittlung der Bruchenergie bei ultrahochfestem Beton. Studienarbeit, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB), TU Braunschweig, 2013
[3] Mützel, M.: Dünnwandige Querschnitte aus vorgespanntem faserbewehrten ultrahochfesten Beton. Studienarbeit, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB), TU Braunschweig, 2013
[4] Al-Falah, S.: Mechanisches Verhalten von dünnwandigen Bauteilen aus ultrahochfestem faserverstärkten Beton. Bachelorarbeit, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB), TU Braunschweig, 2013
[5] Le Vo Phuong, T.: Faserbetoneigenschaften im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit. Bachelorarbeit, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB), TU Braunschweig, 2014