Entwicklung eines modularen Fachwerkträgers aus HPC-Fertigteilen und gezahnten Hochleistungs-Verbindungsdetails

Ausgangslage:
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird ein weitspannender, modularer Fachwerkträger aus Hochleistungsbeton entwickelt, dessen einzelne Elemente mit Hilfe einer innovativen Verbindungstechnologie einfach hergestellt sowie schnell und sicher gefügt werden können. Die Entwicklung basiert auf dem Stand der Technik zu HPC bzw. UHPC und dem Stand der Forschung zu Verbindungen von HPC- bzw. UHPC-Fertigteilen. Ausgangsbasis ist die Entwicklung eines Fachwerkträgers aus HPC bzw. UHPC von Henze (2009). Anders als in der Arbeit von Henze soll die Kraftübertragung in der Kontaktfläche der Verbindung nicht über Reibung sondern über eine zu definierenden, optimierten Verzahnung basieren. Auf den Ansatz der unsicheren und nur sehr schwer bestimmbaren Reibung wird aus Sicherheitsgründen bewusst verzichtet.

Zielsetzung:
Die zu entwickelnde Verzahnung ermöglicht gegenüber der Norm nahezu eine Verdoppelung der übertragbaren Kräfte.
Diese Verbindungstechnologie ist für die Verwendung von HPC prädestiniert und lässt sich für eine Vielzahl unterschiedlichster Verbindungsprobleme im Fertigteilbau adaptieren. Damit wird der Einsatzbereich von Massivkonstruktionen aus HPC auf schlanke, weitgespannte Tragwerke erweitert, die bisher nur in Stahl wirtschaftlich herstellbar sind.

Beschreibung der Haupt-Arbeitsschritte:
Zunächst werden geeignete Verzahnungsformen entwickelt und definiert und deren Tragfähigkeit theoretisch und in Kleinversuchen bestimmt. Darauf aufbauend wird ein einfach handhabbares Ingenieurmodell zur Bestimmung der Tragfähigkeit entwickelt.
Die Variablen einer Verzahnung können in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Randbedingungen in der Verbindung exakt definiert werden. Abhängig von der Kombination der  Materialien und der Kraftrichtung senkrecht und parallel zur Fuge sind unterschiedliche Ausführungsprinzipien der Verzahnungen  denkbar.

Auf Basis der entwickelten Verzahnung werden effiziente Verbindungskonzepte für HPC-Fertigteile entwickelt und im Versuch im Maßstab 1:2 getestet. Schwerpunkt der Entwicklung sind Verbindungen in Tragwerken aus stabförmigen HPC-Fertigteilen.
Die Entwicklung und Anwendung von standardisierten Stahleinbauteilen zur schnelleren und einfacheren Herstellung und Montage wird untersucht. Ein Ingenieurmodell zur Beschreibung des Tragverhaltens und zur Bestimmung der Tragfähigkeit wird entwickelt.

Am Beispiel eines Fachwerkknotens wird ein Verbindungsbereich mit Zahnleiste entwickelt, gebaut und im Versuch die Effizienz der Verbindung nachgewiesen. Ziel der Entwicklung sind möglichst kleine Verbindungsbereiche, die einfach herzustellen und zu montieren sind. Die hohe Tragfähigkeit wird ohne die ungenau bezifferbaren Reibungsanteile erreicht.
Ein einfach handhabbares Ingenieurmodell zur baupraktischen Bemessung wird entwickelt.