Entwicklung dünnwandiger, flächenhafter Konstruktionselemente aus UHPC und geeigneter Verbindungstechniken zum Einsatz im Hoch- und Industriebau

Große Spannweiten, hohe Tragfähigkeiten sowie verbesserte Robustheits- und Dauerhaftigkeitseigenschaften können insbesondere durch den Einsatz innovativer Werkstoffe wie Hochleistungsbetone (UHPC) mit Druckfestigkeiten von mehr als 150 N/mm² erreicht werden. Forderungen nach material- und ressourcenschonenden Konstruktionen im Sinne nachhaltiger Bauweisen durch Reduktion von Querschnittsabmessungen werden durch die Verwendung derartiger Hochleistungsbetone ebenfalls erfüllt.

Zielsetzung des Forschungsprojekts ist die Entwicklung tragender Wandelemente aus UHPC mit reduzierten Wanddicken von etwa 3-6 cm. Um den Einsatz in der Praxis zu ermöglichen, ist vor allem die Entwicklung werkstoffgerechter und auf die filigranen Abmessungen abgestimmter Verbindungsmittel erforderlich. Aber auch die Untersuchung des Stabilitätsverhaltens (Plattenbeulen, Knicken) von solch dünnen Wandelementen ist notwendig, um eine wirtschaftliche Anwendung zu ermöglichen.

Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird schwerpunktmäßig das Tragverhalten von dünnen UHPC-Wandelementen bei einer Lasteinleitung unter Verwendung unterschiedlicher Verbindungsmittel untersucht. Von der TU München werden dazu Versuchskörper erstellt, mit denen die Lasteinleitung über geeignete Verbindungsmittel, wie zum Beispiel von Stahl-Verbundleisten, getestet werden kann. Die Ergebnisse dieser Versuche dienen zur Kalibrierung der numerischen Berechnungen, mit welchen dann Parameterstudien und gegebenenfalls Formoptimierungen durchgeführt werden können. Die Ergebnisse sind auf diese Weise auch auf andere Abmessungen oder andere geänderte Randbedingungen übertragbar.

Aus dem Einsatz der dünnwandigen Konstruktionselemente als Wandbauteil bzw. wandartiger Träger resultieren hohe Druckbeanspruchungen mit der Notwendigkeit das Stabilitätsverhalten zu untersuchen. Als Ausgangspunkt und zur Kalibrierung für die numerische Berücksichtigung des Stabilitätsverhaltens von UHPC dienen in der Literatur dokumentierte Versuche zum Beulverhalten von Beton-Scheiben unter Normalkraftbeanspruchung. Diese werden durch eigene experimentelle Untersuchungen zum Tragverhalten und zur möglichen Einspannung von Wandelementen in Verbindungsmitteln ergänzt.

Es wird neben dem lokalen Tragverhalten im Bereich der Lasteinleitung bei den tragenden Wandelementen also auch die globale Tragfähigkeit berücksichtigt, wodurch eine möglichst schnelle Umsetzung der entwickelten Bauteile in die Praxis erreicht werden soll.