Deckensystem mit Doppelverbundtechnik

Die Idee hinter des im Rahmen dieses Forschungsprojekts vorgeschlagenen Deckensystems ist die Fertigung eines Halbfertigteils in Stahlverbund-Bauweise. Dieses soll aus einem halbierten stählernen I-Profil, das den Untergurt und den Steg bildet, sowie aus einer 30 mm dünnen Platte aus Hochleistungsbeton (HPC) als Obergurt bestehen. Die Elemente können als PI-Platten vorgefertigt, auf die Baustelle transportiert, dort zu einem Deckenfeld oder Pultdach ausgelegt und mit Ortbeton ergänzt werden. Durch einen hohen Vorfertigungsgrad kann der Bauablauf im Vergleich zu einem konventionell hergestellten Deckentragwerk stark beschleunigt und vereinfacht werden. Für den angestrebten Doppelverbund wurde ein neuartiges Verbundmittel entwickelt, das zum einen aus sogenannten Stahlscharen, mit denen der Verbund zwischen Stahlträger und HPC-Platte hergestellt wird, und zum anderen aus einer Puzzleleiste, die für den Verbund zwischen Stahlsteg und Betonergänzung sorgt, besteht. Zwischen den Puzzleformen entstehen sogenannte Betondübel.

In einem ersten Schritt wurden die Tragfähigkeit und das Verformungsverhalten des Verbundmittels in Push-Out-Versuchen untersucht. Dabei wurden zwei verschiedene Test-Setups verwendet. Die Versuche zeigten, dass das Verbundmittel ein duktiles Nachbruchverhalten und eine große Tragfähigkeit im Endzustand aufweist.

Um weitere Erkenntnisse über die Beanspruchung in dem Verbundmittel und den Lastabtrag zu erhalten, wurden im zweiten Schritt vergleichende FE-Berechnungen durchgeführt, bei denen die symmetrischen Push-Out-Versuche im Detail abgebildet und simuliert wurden. Die qualitativen Spannungsverteilungen und Verformungen aus den FE-Berechnungen waren plausibel und konnten teilweise auch so bei den Push-Out-Versuchen beobachtet werden. Ein quantitativer Vergleich der Versuchstragfähigkeiten mit den Modellen ist noch nicht sehr aussagekräftig, da die Materialeigenschaften der FE-Modelle noch angepasst werden müssen. Jedoch stimmen das Verformungsverhalten und die Anfangssteifigkeit der Versuche mit denen in simulierten Modellen überein.

Im Anschluss an die FE-Berechnungen wurden zwei großmaßstäbliche Versuche hergestellt und durchgeführt (3-Punkt-Biegeversuche), bei denen sowohl der Bauzustand als auch der Endzustand des Deckensystems untersucht wurden. Die Dimensionierung der Verbundträger orientierte sich an den Versuchsergebnissen der Push-Out-Versuche mit dem Ziel, das Verbundmittel zum Versagen zu bringen, um die in den Push-Out-Versuchen ermittelten Kennwerte anhand der großmaßstäblichen Versuchen zu überprüfen. Beim Versagen erreichte der Schlupf am Rand des Verbundträgers „Endzustand“ einen maximalen Wert von ca. 8 mm und bestätigte somit das große Verformungskapazität des Verbundmittels.

In weiteren Schritten können bei den FE-Modellen die Materialeigenschaften an den Versuchen kalibriert und angepasst werden, mit dem Ziel, eine Parameterstudie durchzuführen. Die experimentellen und numerischen Ergebnisse können als Grundlage für ein Ingenieurmodell herangezogen werden, mit dem eine wirtschaftliche und sichere Berechnung dieses Verbundsystems möglich wäre.