Startseite Programm Phase II Projekte A−Z TP Budelmann/Kloft
Sektionen

TP 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 faserverstärktem ultrahochfesten Beton (UHPFRC) 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 Raumtragwerke 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 numerischer Modelle 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 Strategien zur Betonierung dünner Bauteile aus UHPFRC. 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
Homepage

Prof. Dr.-Ing. Harald Kloft
h.kloft@tu-braunschweig.de
Homepage
 
Bearbeiter/in:

Dipl.-Ing. Sven Lehmberg
s.lehmberg@ibmb.tu-bs.de
Homepage

Dipl.-Ing. (M. a. A) Lukas Ledderose (Arch.)
l.ledderose@tu-bs.de
Homepage

M.Eng. Franz Wirth
f.wirth@tu-bs.de
Homepage

Dr.-Ing. Reinhard Nothnagel (bis Sommer 2014)

Projektlaufzeit:

Förderphase 2 von 12/2014 bis 11/2017

Hexagonales, räumlich gekrümmtes stabwerkintegriertes Flächentragwerk mit Knotenfügung von drei Stäben und Plattenelementen im Gesamtsystem als mögliche Kombination der entwickelten Fügeprinzipien
[ITE/iBMB, TU BS]

Die Entwicklung von Fügeprinzipien für dünnwandige, flächige Bauteile ist die Voraussetzung zum Bau von Platten oder Schalen aus segmentierten, trocken gefügten Fertigteilen. Es wurde daher in einem ersten Schritt die linienförmige trockene Fügung einzelner Elemente zu dünnwandigen UHPFRC-Bauteilen untersucht.

Optische Verformungsmessung an trocken gefügten Zahnleistenverbindungen bei Druckbeanspruchung unter unterschiedlichen Lastwinkeln

Aus den Ergebnissen der Fügung von stabförmigen Bauteilen aus der ersten Förderperiode und den Erkenntnissen aus der Erforschung flächiger Fügeprinzipien wurde ein zusammenwirkendes Bauteil in Form eines einachsig gespannten Plattenbalkens entwickelt und geprüft. Das untersuchte Bauteil stellt dabei nur einen Ausschnitt aus einem großflächigen Deckensystem dar.

Fügeprinzipien für UHPFRC-Plattenbalken mit UHPFRC-Passstücken und Zahnleistenverbindungen

Zusammenbau des modularen dünnwandigen Plattenbalkens

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
[6] Lehmberg, S.; Ledderose, L.; Wirth, F.; Budelmann, H.; Kloft, H.: From Jointing Systems to Light-Weight Structures: Hybrid, dry-fit beam, surface and spatial structures made of UHPFRC. In: KIVI (Hrsg.): Future Visions – Proceedings of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium 2015, 17.–20.8.2015 in Amsterdam (the Netherlands), paper No. IASS2015-417738, 8 S., ISBN (Electronic): 978-90-5363-042-6, 08/2015 (published on USB stick)
[7] Lehmberg, S.; Ledderose, L.; Wirth, F.; Budelmann, H.; Kloft, H.: Von der Bauteilfügung zu leichten Tragwerken: Trocken gefügte Flächenelemente aus UHPFRC. Beton- und Stahlbetonbau 111 (2016) 12, S. 806–815
[8] Budelmann, H.; Lehmberg, S.: Von der Küchenarbeitsplatte zum leichten Tragwerk – Was kann ultrahochfester faserverstärkter Feinkornbeton? In: Scheerer, S.; van Stipriaan, U. (Hrsg.): Festschrift zu Ehren von Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach, Dresden: Institut für Massivbau der TU Dresden, 2016, S. 90–103 (open access)
[9] Lehmberg, S.; Budelmann, H.: Modulare, dünnwandige Plattenbalken aus UHPFRC mit Non-Standard Fügungen. Kurzberichte aus der Forschung, 2016, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der TU Braunschweig − http://www.ibmb.tu-braunschweig.de/docpool/reports/KaF-2016-11.pdf

Studentische Arbeiten Förderphase II

[1] Baumgarten, V.: Tragverhalten eines dünnwandigen biegesteifen Knotens aus UHPFRC. Studienarbeit, TU Braunschweig, Wintersemester 2015/2016
[2] Wagner, N.: Wirksamkeit von kurzen Mikrostahlfasern bei ultrahochfestem faserverstärkten Beton. Masterarbeit, TU Braunschweig, Sommersemester 2015
[3] Peters, A.: Wirksamkeit von kurzen Mikrostahlfasern bei ultrahochfestem faserverstärkten Feinkornbeton. Masterarbeit, TU Braunschweig, Sommersemester 2016