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TP Curbach 2D

Leichte Deckentragwerke aus geschichteten Hochleistungsbetonen



Kurzvorstellung

Während in der 1. Förderperiode der Schwerpunkt auf der Untersuchung einaxial gespannter Deckentragwerke lag, werden in der 2. Förderperiode zweiaxial tragende, geschichtete Decken theoretisch und experimentell analysiert. Ziel dieses Projektes ist neben der Gewinnung vertiefter Kenntnisse zum Tragverhalten und den möglichen Versagensmechanismen, die Aufstellung von Rechen-, Bemessungs- und Konstruktionsregeln, mit denen das Verhältnis von benötigter Tragfähigkeit zu Ressourcenverbrauch bzw. Eigengewicht optimal an gegebene Randbedingungen angepasst werden kann. Um dies zu erreichen, wird eine formoptimierte, kraftflussorientierte Tragstruktur entwickelt, bei der die geschichteten Materialien entsprechend ihrer Beanspruchung optimal in Längsrichtung und über die Querschnittshöhe angeordnet werden. Ein mögliches Ergebnis könnte die dargestellte Querschnittsgestaltung - in Kombination mit dem Teilprojekt „Querschnittsadaption für stabförmige Druckbauteile“ sein.

3D-Simulation einer möglichen optimierten Tragwerksstruktur

Projektleiter:

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing E.h. Manfred Curbach
Manfred.Curbach@tu-dresden.de
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Bearbeiter/in:

Kristina Farwig
kristina.farwig@tu-dresden.de
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Dipl.-Ing. Michael Frenzel
M.Frenzel@tu-dresden.de
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Projektlaufzeit:

Förderphase 2 von 10/2014 bis 09/2017

Im Jahr 2015 wurden vorwiegend theoretische Betrachtungen zum Tragverhalten von zweiaxial gespannten und besonders zu punktgestützten, geschichteten Decken getätigt. Um mögliche Einsparungen an Material und Gewicht aufzuzeigen, wurden sechs verschiedene, punktgestützte Deckenausführungen mit einer Stützweite von 7 m numerisch berechnet. Mögliche Varianten zeigt Bild 1.

Bild 1: Geschichtete Deckenaufbauten aus konstruktiven Leichtbetonen und Normalbeton mit Porenleichtbeton

Bei den Betrachtungen wurde als Deckschichtmaterial ein C25/30 und für die Kernschicht ein Infraleichtbeton der Festigkeitsklasse LC8/9 mit einer Trockenrohdichte von 0,78 kg/dm³ gewählt. Platte 1 und 2 (siehe Bild 2) sind herkömmliche ebene und gevoutete Vollplatten und dienen als Referenz. Die Platten 3 bis 6 weisen einen dreilagigen Aufbau auf. Die Ausführungen 4 und 6 haben im Vergleich zu 3 und 5 eine veränderliche Querschnittshöhe. Zur Reduzierung der erforderlichen Plattenhöhe wurde bei den Platten 5 und 6 ein Vollquerschnitt im kritischen Auflagerbereich vorgesehen. Als einheitliche Randbedingungen wurden eine Durchbiegung von 14 mm auf Gebrauchslastniveau und eine veränderliche Nutzlast von 5 kN/m² vorgegeben.

Bild 2: Prozentualer Vergleich verschiedener Deckenplatten

In der Abbildung sind die zur Erhaltung der Randbedingungen erforderlichen Plattenhöhen und die in Bezug auf die Referenzplatte Nr. 1 bezogene Stahlmenge, das Eigengewicht und das benötigte Betonvolumen dargestellt. Bei einem Vergleich der ebenen Platten 1, 3, 5 wird ersichtlich, dass das Eigengewicht bis auf 59 % und das Betonvolumen bis auf 84 % der Referenzplatte durch die Querschnittsoptimierung verringert werden können. Wird des Weiteren die Querschnittshöhe der Platte veränderlich ausgeführt, lässt sich das Eigengewicht im Vergleich zur Referenzplatte bis auf 48 % (Nr. 4) und das Betonvolumen bis auf 58 % (Nr. 6) bei geringfügig höherem Stahlverbrauch (bis auf 106 %) reduzieren. Die theoretischen Ergebnisse sollen 2016 durch Experimente bestätigt werden.

Veröffentlichungen

[1] Frenzel, M.: Numerical simulation of single-span lightweight concrete sandwich slabs. 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. 309−315
[2] Frenzel, M.; Kahnt, A.: Ökobilanzielle Betrachtung von leichten Sandwichelemente aus 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. 23−28
[3] Frenzel, M.; Curbach, M.: Deckentragwerke aus geschichteten Betonen – leicht und effizient. In: Scheerer, S.; Curbach, M. (Hrsg.): Leicht Bauen mit Beton – Forschung im Schwerpunktprogramm 1542, Förderphase 1, Dresden: Eigenverlag TU Dresden, 2014, S. 70−81 – http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-171629
[4] Frenzel, M.; Eger, T.; Curbach, M.: Numerical investigation of two-way layered lightweight concrete slabs. 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. IASS2015-521562, 12 S., ISBN (Electronic): 978-90-5363-042-6, 08/2015 (published on USB stick)
[5] Frenzel, M.; Curbach, M.: Tragverhalten von geschichteten Deckenelementen aus Normal- und Porenleichtbeton. Beton- und Stahlbetonbau 111 (2016) 12, S. 828–839
[6] Frenzel, M.; Curbach, M.: Load-bearing behavior and efficiency of layered two-way slabs. In: Bögle, A.; Grohmann, M. (Eds.): Interfaces: architecture.engineering.science – Proceedings of the IASS Annual Symposium 2017, 25.–28.9.2017 in Hamburg, Hamburg: HCU & IASS, 2107, book of abstracts: p. 153, full paper published digitally: paper no. 9868, 8 pages


Studentische Arbeiten in Förderphase 2

[a] Eger, T.: Untersuchung von leichten Deckentragwerken aus Beton. Projektarbeit, Wintersemester 2014/2015