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Ultraleichte, dünnwandige stabförmige Betonhohlbauteile



Kurzvorstellung

Beispiele aus der Baupraxis – ebene und räumliche Fachwerke, aufgelöste Träger, Stützen, Mastkonstruktionen – zeigen, dass stabförmige Tragelemente dem Ansatz form follows force in hervorragender Weise gerecht werden, da sie konzentriert und optimiert an einwirkende Beanspruchungen und den Kraftfluss der Konstruktion angepasst werden können. Dem Prinzip Leicht Bauen mit Beton folgend, stellt der Bambus ein ausgezeichnetes Vorbild für ultraleichte, dünnwandige Betonhohlbauteile dar. Zudem eröffnen Entwicklungen zu Hochleistungsbetonen und innovativen Bewehrungskonzepten sehr gute Möglichkeiten für eine vermehrte Anwendung der Betonbauweise bei leichten stabförmigen Tragstrukturen.

In der 1. Förderperiode des SPP 1542 wurden sehr dünnwandige Betonhohlbauteile entwickelt, deren Wandstärken von 2,5 bis 3,0 cm im Bereich der aktuellen Betondeckung liegen. Ferner wurden zur Bewehrung der dünnen Wandung innovative Konzepte umgesetzt. Versuche zum Tragverhalten der dünnwandigen Betonhohlbauteile unter überwiegender Normalkraft- und Biegebeanspruchung zeigten, dass mit geringem Materialeinsatz bei hoher Ressourceneffizienz hohe Traglasten erreicht werden können.

Derzeit fehlen experimentelle Grundlagen zur Beurteilung des Querkraft- und Torsionstragverhaltens für Kreisringquerschnitte aus Stahlbeton mit sehr geringen Wandstärken. Ebenso sind Versagensmechanismen dünnwandiger Betonbauteile nicht genügend erforscht. Unter diesem Aspekt sind Systemstabilisierungsmaßnahmen, wie z. B. Profilierungen und Querschotte unter Zuhilfenahme der bionischen Struktur des Bambus zu betrachten. Für andere Bauteilgruppen vorhandene Bemessungsmodelle wären zu überprüfen und anzupassen. Die fehlenden Erkenntnisse stehen derzeit der Nutzung von ultraleichten Betonhohlbauteilen entgegen.

In der 2. Förderperiode sollen daher weitergehende theoretische und experimentelle Untersuchungen für die Beanspruchungssituationen „Querkraft“ und „Torsion“ erfolgen, mit denen dann theoretische und konstruktive Grundlagen für Entwurf, Berechnung und Herstellung von dünnwandigen, stabförmigen Betonhohlbauteilen unter allgemeinen Beanspruchungssituationen vorliegen.

Projektleiter:

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Martin Empelmann
massivbau@ibmb.tu-bs.de
SPP-Homepage

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Bearbeiter/in:

Dipl.-Ing. Daniel Busse
d.Busse@ibmb.tu-bs.de
SPP-Homepage
Instituts-Homepage

Patricia Sawicki (06/2011 bis 08/2013)

Projektlaufzeit:

Föerderphase 2 von 10/2014 bis 09/2017

Zur Untersuchung des Biegetragverhaltens mikrobewehrter Bauteile wurden Versuche an mikrobewehrten Biegebalken und an dünnwandigen mikrobewehrten Bauteilen mit Kreisringquerschnitt durchgeführt. Die Versuche werden derzeit mit einem FE-Modell, das mit dem Programm DIANA erstellt wurde, nachgerechnet.

   

  

Erste Querkraftversuche an mikrobewehrten Bauteilen sind in Vorbereitung.

Parallel wurde eine Datenbank mit insgesamt 300 Querkraftversuchen an Stahlbetonbauteilen mit Kreisringquerschnitt zusammengestellt und zur Überprüfung der aktuell vorhandenen Querkraftmodelle genutzt.

  

Veröffentlichungen

[1] Empelmann, M.; Sawicki, P.: Bambus als Vorbild für ultraleichte, dünnwandige stabförmige Betonhohlbauteile. Kurzberichte aus der Forschung, 2012, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der TU Braunschweig − http://www.ibmb.tu-braunschweig.de/docpool/reports/KaF-2012-06.pdf
[2] Empelmann, M.; Sawicki, P.: Herstellung dünnwandiger Betonhohlbauteile aus hochfestem Beton. Kurzberichte aus der Forschung, 2012, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der TU Braunschweig − http://www.ibmb.tu-braunschweig.de/docpool/reports/KaF-2012-07.pdf
[3] Sawicki, P.: Ultra-lightweight concrete members inspired by bamboo. 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. 291−296
[4] Busse, D.; Sawicki, P.; Empelmann, M.: Ultraleichte, dünnwandige Betonhohlbauteile aus hochfestem Feinkornbeton. In: Scheerer, S.; Curbach, M. (Hrsg.): Leicht Bauen mit Beton – Forschung im Schwerpunktprogramm 1542, Förderphase 1, Dresden: Eigenverlag TU Dresden, 2014, S. 36−47 – http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-171364
[5] Busse, D.; Empelmann, M.: Ultra-light Concrete Members Inspired by Bamboo. In: Stang, H.; Braestrup, M.: (Hrsg.): Concrete – Innovation and Design, fib Symposium Proceedings, 18.–20.5.2015 in Copenhagen (Denmark), 2015, S. 199-200 (abstract; full paper on CD, 8 S.)
[6] Busse, D.; Empelmann, M.: Ultra-lightweight, tubular concrete members for three-dimensional truss structures. 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. IASS2015-523542, 12 S., ISBN (Electronic): 978-90-5363-042-6, 08/2015 (published on USB stick)
[7]

Busse, D.; Empelmann, M.: Dünnwandige, mikrobewehrte Betonbauteile unter Querkraftbeanspruchung. Beton- und Stahlbetonbau 111 (2016) 12, S. 840–850


Studentische Arbeiten in Förderphase 2

[a] Ilkaya, S.: Bewehren dünnwandiger Stahlbetonbauteile. Studienarbeit, Dezember 2014
[b] Kalus, S.: Tragverhalten von hochfestem, mikrobewehrtem Beton. Bachelorarbeit, Januar 2015
[c] Wang, A.: Bewehren dünnwandiger Stahlbetonbauteile. Studienarbeit, Oktober 2015
[d] Ringe, T.: Querkraftnachweis von dünnwandigen, stahlfaserbewehrten Betonbauteilen. Studienarbeit, Oktober 2015