V-L4 Werkstoffgerechte Verbindungen von Carbonbetonbauteilen

von Arno Richter
17. Oktober 2019 , 13:43 Uhr
PI-Platte | © TU Berlin

Durch die C³-Forschungsvorhaben konnten an der TU Berlin wichtige Erkenntnisse zum Thema Carbonbeton erlangt werden. Dabei fokussierten sich die Arbeiten hauptsächlich auf (vorgespannte) (Halb-)Fertigteile und Brücken. Das Verbinden und Fügen solcher Bauteile konnte bisher noch nicht bearbeitet werden und bedarf somit dringende Untersuchungen, um eine ganzheitliche Bauweise mit (Halb-)Fertigteilen aus Carbonbeton zu ermöglichen. Verbindungen sind meist Diskontinuitätsbereiche (D-Bereiche), weswegen sich eine Bemessung durch die Methode der Stabwerkmodelle anbietet, bei der der Tragfähigkeitsnachweis nach dem 1. (unteren) Grenzwertsatz der Plastizitätstheorie geführt wird. Aus dem Ziel, werkstoffegerechte Verbindungen für carbonbewehrte Bauteile mit der Methode der Stabwerkmodelle zu entwickeln und zu erforschen, ergeben sich folgende zu untersuchende Themen für das hier beschriebene Projekt.

Aufgrund des elastischen Materialverhaltens der Carbonbewehrung muss grundsätzlich untersucht werden, ob D-Bereiche aus Carbonbeton ohne weiteres nach der Methode der Stabwerkmodelle bemessen werden können. In Abhängigkeit der Resultate wird zunächst die Anwendung dieser Methode bei elastischen Materialien entsprechend angepasst und optimiert. Durch die Erstellung von geeigneten Stabwerkmodellen für die D-Bereiche, werden die zu übertragenden Druck- und Zugkräfte, respektive Biegemomente und/oder auch Scherkräfte ermittelt und Bemessungsansätze formuliert. Zusätzlich wird eine konstruktive Durchbildung aus den Untersuchungen der D-Bereiche in Hinblick auf einen werkstoffgerechten Einsatz der Carbonbewehrung erfolgen. Dabei muss untersucht werden, wie sich etablierte Lösungen des Stahlbetonbaus werkstoffgerecht übersetzen lassen. Diese Fragestellungen sollen anhand weniger, wichtiger und typischer Bereiche aus dem Brückenbau und Hochbau erforscht werden. Es werden zwei D-Bereiche der vorgespannten, integralen Brücke und der D-Bereich der Verbindung von zwei Pi-Platten aus dem Projekt C³-V4.2 untersucht.

Brücke | © TU Berlin

Als Ergebnis des Forschungsvorhabens entstehen, auf Grundlage der gesammelten Erkenntnisse für Verbindungen von Bauteilen mit einer Stab- und mit einer Gelegebewehrung, entsprechende Prüfkörper, die experimentell untersucht werden, um das Tragfähigkeitsvermögen, die praktische Anwendbarkeit, aber auch etwaige Grenzen solcher Verbindungen aufzuzeigen.

Im Speziellen werden für Carbonbewehrung in Form von Stäben zwei D-Bereiche einer vorgespannten integralen Brücke herangezogen. Genauer untersucht werden bei der integralen Brücke die Anschlussbewehrung in der Rahmenecke und der Anschluss des Fertigteils mit der Ortbetonergänzen der Fahrbahndecke. Für Carbonbewehrung in Form von Gelegen wird als Beispiel die Verbindung zwischen Pi-Platten untereinander betrachtet. Sowohl für das Beispiel der integralen Brücke, als auch für das Beispiel der Pi-Platten bestehen durch das Projekt C³-V4.2 schon einschlägige Erfahrung auf Bauteilebene. Es sollen analog zum Stahlbetonbau direkte Verbindungsmöglichkeiten der Stab- und Gelegebewehrung durch z.B. Muffen oder Kuppler, oder durch die Aufbringung von Wärme oder Infrarot- oder Laserstrahlung entwickelt und untersucht werden. Daneben werden auch indirekte Verbindungsmöglichkeiten in Form von Einbauteilen entwickelt und untersucht.

Die Entwürfe müssen den konstruktiven Anforderungen hinsichtlich des Kraft-, Stoff- und Formschluss und den zulässigen Verformungen, etwaigen Maßtoleranzen aus der Produktion und ästhetische Anforderungen gerecht werden. Ferner muss für den Entwurf die Art der Montage, eventuelle Montagehilfsmittel und der Montageablauf berücksichtigt werden. Zusätzlich muss die Möglichkeit der Kontrolle der Verbindung gewährleistet werden können.

Ziel ist es, anhand der genannten Beispiele, sowohl die D-Bereiche als auch die Detaillösungen ganzheitlich zu entwickeln und zu erforschen, um daraus nach Möglichkeit allgemeingültige Aussagen zum Verbinden von carbonbewehrten Bauteilen treffen zu können.

Verbundkoordinator
Technische Universität Berlin

Vorhabenleiter
Prof. Dr. sc. techn. Mike Schlaich

Ansprechpartner
Arno Richter, M.Sc.
+49 30 314 72 534
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Beteiligte C³-Partner

  1. Ginkgo Projektentwicklung GmbH
  2. sbp GmbH
  3. Jordahl GmbH (assoziiert)
  4. SGL Carbon GmbH (assoziiert)
  5. solidian GmbH (assoziiert)

Laufzeit: 01.03.2019 – 31.12.2021