Entwicklung und Erprobung von Versuchsgrenzlastindikatoren bei der experimentellen Tragfähigkeitsanalyse bestehender Hochbaukonstruktionen mit geringem Ankündigungsverhalten - Folgeantrag

Die Bewertung der Tragsicherheit von bestehenden Gebäuden ist aufgrund fehlender Bestandsunterlagen oder nach heutigen Maßstäben unzureichender Konstruktionen oft nicht auf rechnerischem Wege durchführbar. In solchen Fällen können Probebelastungen ein hilfreiches Mittel sein die Tragsicherheit experimentell nachzuweisen. Tragwerke mit geringem Ankündigungsverhalten sind bisher für die Anwendung der Probebelastung nahezu ausgeschlossen, haben jedoch einen großen Anteil am Gesamtbestand von Massivbaukonstruktionen.

Im ersten Arbeitsschritt des Forschungsvorhabens wurden die bekannten Versagensmechanismen von Massivbaukonstruktionen (spezielle Bauteile ohne Querkraftbewehrung und vorgespannte Bauteile) hinsichtlich ihres Ankündigungsverhaltens analysiert und bewertet. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf möglichst allgemeingültige Identifikationsmerkmale gelegt, welche schon bei geringen Strukturveränderungen mit den vorweg beschriebenen messtechnischen Verfahren erfasst werden können. Parallel dazu erfolgte die Anpassung und aufgabenspezifische Entwicklung der für die Aufgabe ausgewählten Messverfahren (Photogrammetrie, Schallemissionsanalyse und abschnittsweise Verformungsmessung). Alle Messverfahren sind grundsätzlich für die flächenhafte Messung von kleinsten Strukturveränderungen geeignet. Jedoch waren die Verfahren auf die zu untersuchende Problemstellung zu adaptieren. Dies betraf insbesondere die Fragen der Messbereiche, der erforderlichen Auflösung sowie der Auswertungssoftware, welche die notwendigen Informationen verdichtet und zu Bewertungskriterien hocharbeitet.

Um die Funktionsfähigkeit und Leistungsfähigkeit der adaptierten Messverfahren zu erproben und die theoretischen Vorüberlegungen zu verifizieren, wurden zunächst Tastversuche durchgeführt. Für die Vorversuche wurden vornehmlich Dehnkörper verwendet, da hier die möglichen Rissbildungs- und Versagensbereiche gleichmäßig über den gesamten Probekörper verteilt sind und damit nur von den unbekannten Streuungen der Materialeigenschaften abhängen. Darüber hinaus liegen aufgrund der einheitlichen Oberfläche gute Beobachtungsbedingungen vor. Die in den, in der Literatur recherchierten Versuchen, beobachteten allgemeinen Schädigungs- und Versagensmuster wurden bewertet, insbesondere hinsichtlich ihrer Allgemeingültigkeit, der messtechnischen Erfassbarkeit und ihrer Auftretenswahrscheinlichkeit auf niedrigem Schädigungslevel. In geeigneten Fällen wurden daraus Versuchsgrenzlastindikatoren abgeleitet, welche das Auftreten nicht tolerierbarer Schädigungen während eines Belastungsversuches sicher ausschließen. Außerdem mussten die für die praktische Anwendung erforderlichen Anforderungen an die Auswertungssoftware definiert und deren Umsetzbarkeit geprüft werden. Im nächsten Schritt wurden die zuvor abgeleiteten Indikatoren im Labor an typischen Bauteilen, d. h. an Bauteilen ohne Querkraftbewehrung und an Spannbetonbauteilen überprüft und verifiziert bzw. entsprechend modifiziert. Dazu wurden Versuche an Stahl- und Spannbetonbalken in Originalgröße durchgeführt, da Schädigungs- und Versagensprozesse an Bauteilen im Modellmaßstab bzw. an einzelnen Bauteilabschnitten nicht ausreichend realitätsgetreu abgebildet werden können.

Die Detektion kleinster Strukturveränderung mit Hilfe der gewählten Messverfahren Photogrammetrie, Schallemission und abschnittsweise Verformungsmessung ist möglich und in Laborversuchen nachgewiesen worden. Lokal erhöhte Dehnungen sind eindeutig vor der Makrorissbildung messbar und somit ist eine Schädigung bereits auf sehr geringem Niveau erkennbar. Die Recherchen zum Schubtragverhalten haben nicht nur mögliche Kriterien für die Definition der Versuchsgrenzlast ermöglicht, sondern führten auch dazu, dass durch die Bewertung bestimmter Einflussfaktoren ein Schubversagen für viele typische Hochbaukonstruktionen bereits vor dem Versuch ausgeschlossen werden kann.