V-I.2 Optimierung des Verformungsverhaltens von Carbonbetonbauteilen durch Vorspannung im sofortigen Verbund mit duroplastischen Zugelementen (Ergänzung zu V4.18)

Ein Ziel des Vorhabens „Carbon Concrete Composite (C³)“ ist es, die Dauerhaftigkeit von biegebeanspruchten Betonkonstruktionen durch die Verwendung nichtrostender Bewehrung aus faserverstärkten Kunststoffen zu verbessern. Im Vergleich zur herkömmlichen Stahlbewehrung ist der Elastizitätsmodul der Bewehrung aus faserverstärkten Kunststoffen jedoch geringer. Das bedeutet, um die verbundenen größeren Verformungen im Zustand II zu begrenzen, muss oftmals mehr Bewehrung eingelegt werden, als statisch für den Bruchzustand erforderlich ist. Dieser Sachverhalt kann solche Bauteile sehr teuer und unwirtschaftlich machen.

In Anbetracht der gewünschten Reduzierung des Bewehrungsgrads kommt die wirtschaftliche Ausnutzung der Bewehrung durch Vorspannung in Frage. Hierdurch kann die hohe Festigkeit von Carbon ausgeschöpft und gleichzeitig das Tragverhalten von Carbonbetonbauteilen verbessert werden. Außerdem ermöglicht dies die Herstellung von schlankeren Bauteilen, die zur Baukultur beitragen. Derzeit werden wichtige Erkenntnisse zu mit Carbon vorgespannten (Halb- ) Fertigteilen in den Projekten V4.2 und V4.18 gewonnen. Die Vorspannart im Rahmen des V4.2-Vorhabens ist jedoch auf die nachträgliche und die externe Vorspannung beschränkt. Dies wird im Vorhaben V4.18 durch die Vorspannung im sofortigen Verbund ergänzt, allerdings liegt der Fokus hier auf der Vorspannung mit thermoplastischen Zugelementen. Spannglieder mit einer thermoplastischen Matrix versprechen einige Vorteile im Vergleich zu duroplastischen, sind jedoch derzeit noch nicht marktfähig.

Ziel des Vorhabens VI.2 ist es, diese Lücke auszufüllen und mit der Verwendung von duroplastischen Zugelementen Carbonbetonbauteile zu entwickeln, deren Verformungsverhalten durch die Vorspannung im sofortigen Verbund optimiert wird. Die Abmessungen und Belastungen der untersuchten Bauteile werden so gewählt, dass diese für übliche Anwendungen im Hoch- und Ingenieurbau repräsentativ sind.
Als Ergänzung vom Vorhaben V4.18 soll hier das Trag- und Verformungsverhalten von mit Carbon im sofortigen Verbund vorgespannten Bauteilen analytisch, numerisch und experimentell untersucht werden. Hierfür soll ein Spannbett und das entsprechende Verankerungssystem entwickelt und hergestellt werden, sodass die Vorspannung von Betonbauteilen ausführlich untersucht werden kann. Es soll weiterhin untersucht werden, ob die bisher verwendeten ingenieurmäßigen Modelle für die Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens geeignet sind. Insbesondere sollen praxistaugliche Verbesserungsvorschlage erarbeitet werden. Ergänzend soll das für die Durchbiegung wichtige Dauerstandverhalten der verschiedenen Bewehrungen untersucht und verglichen werden.

Die Ergebnisse der Forschung dienen zur Einschätzung des Potentials der mit Carbon im sofortigen Verbund vorgespannten Bauteile und als Grundlage für deren industrielle Umsetzung. Bereits während des Vorhabens soll dazu ein enger Kontakt zu interessierten Herstellern gesucht werden. Bei entsprechendem Interesse aus der Bauindustrie kann ein Prototyp erstellt werden, beispielsweise ein Fertigteil für eine Anwendung in Küstennähe.

Damit verfolgt das Teilvorhaben mehrere wissenschaftliche Zielsetzungen, namentlich:

– Erkenntnisse über das Verbundverhalten zwischen duroplastischen Spanngliedern aus Carbon und verschiedenen Betonen,
– Erkenntnisse über das Trag- und Versagensverhalten sowie die Rissbildung und das Kriechverhalten von mit Carbon vorgespannten Bauteilen
– Bewertung der Eignung der bisher verwendeten ingenieurmäßigen Modelle für die Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens

Verbundkoordinator
Technische Univeristät Berlin, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren – Massivbau

Vorhabenleiter
Prof. Dr. sc. techn. Mike Schlaich

Ansprechpartner
Dr. Alex Hückler
+49 30 314 72136
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Beteiligte C³-Partner

  1. Technische Univeristät Berlin, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren – Massivbau

Laufzeit: 01.11.2018 – 31.05.2020