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Ultraleichte, dünnwandige stabförmige Betonhohlbauteile

Hauptziel des Schwerpunktprogramms 1542 "Leicht Bauen mit Beton - Grundlagen für das Bauen der Zukunft mit bionischen und mathematischen Entwurfsprinzipien", das von der Deutschen Forschungsgesellschaft gefördert wird, ist das Schaffen der Grundlagen für eine neue Art zu entwerfen, zu konstruieren und zu bauen. Ein Teilprojekt innerhalb des Schwerpunktprogramms 1542 – Leicht Bauen mit Beton ist das Projekt EM 203/6-1:

"Ultraleichte, dünnwandige stabförmige Betonhohlbauteile".

Das Forschungsvorhaben bezieht sich auf grundlegende Untersuchungen von ultraleichten, dünnwandigen, vorgefertigten stabförmigen Betonhohlbauteilen. Diese Hohlbauteile können entweder als Einzelbauteile (z. B. Hochhausstütze), als Teil eines stabförmigen Bauteils (z. B. Segment eines Turmbauwerks oder Mastes) oder als Teil eines flächenartigen Bauteils (z. B. Raumgitterstrukturen) eingesetzt werden (Bild 1). Vorbild für diese Betonstäbe ist der Bambus, ein extrem leichtes, dennoch hochfestes Hohlprofil. 

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Bild 1: Anwendungsmöglichkeiten für „Ultraleichte, dünnwandige stabförmige Betonhohlbauteile“ 
           www.flickr.com/photos/alanstanton/8553424416, www.flickr.com/photos/ciudadartesyciencias/7003124349
           und www.flickr.com/photos/brewbooks/176247670 (Creative Commons Licence CC BY-SA 2.0)

Konzeption der Versuchskörper

Um dünnwandige stabförmige Stahlbetonbauteile mit hoher Traglast herstellen zu können sind im Vergleich zu Bauteilen aus Normalbeton Anpassungen erforderlich. Um trotz der geringen Querschnittsfläche hohe Traglasten erreichen zu können wird ein hochfester Feinkornbeton auf Basis des Dyckerhoff-Compounds „Flowstone“ verwendet. Da eine konventionelle Bewehrungskonzeption aufgrund der geringen Wandstärken nur bedingt umgesetzt werden kann wurden drei alternative Bewehrungskonzepte untersucht (Bild 2).

Bewehrungskonzepte Aufbau S1

Bild 2: Untersuchte Bewehrungskonzepte und Versuchskörper der Serie S1

Versuchsprogramm

Die Versuchskörper werden unter überwiegender Normalkraftbeanspruchung mit geringen Exzentrizitäten (0,5 cm, 2 cm und 5 cm) geprüft. Mit einer Nachrechnung der Versuche an einem nichtlinearen Stabmodell konnte gezeigt werden, dass die Ergebnisse der Versuche sehr gut abgebildet werden können (Bild 4). Um eine möglichst genaue Nachrechnung zu ermöglichen wurden parallel zu den Versuchen an Betonzylindern sowie Stahlproben die Arbeitslinien der verwendeten Baustoffe ermittelt.

Auswertung S1 Auslenkung in Stützenmitte

Bild 3: Vergleich der Last-Verformungskurven in Versuch und Berechnung (Versuchsreihe S1)

Zusammenfassung der aktuellen Ergebnisse

Zusammenfassend können auf Basis des aktuellen Bearbeitungsstands folgende Punkte festgehalten werden:

  • Ultraleichte, dünnwandige stabförmige Betonhohlbauteile können zielsicher und in hoher Qualität hergestellt werden.
  • Die untersuchten Bewehrungskonzepte können eingebaut und durch den feinkörnigen, fließfähigen Beton sehr gut eingebunden werden.
  • Die untersuchten Prüfkörper erreichen die prognostizierte Traglast.
  • Das Last-Verformungsverhalten kann mit den ausgewählten Materialkennlinien und Berechnungsmodellen sehr gut abgebildet werden.
  • Einflüsse auf das Tragverhalten infolge der geringen Wandstärken (Maßstabs- bzw. Bauteileffekte) waren bei den bisherigen Versuchen nicht zu erkennen.
  • Der Einsatz hochfester Längsbewehrung ermöglicht die volle Ausnutzung der Betondruckfestigkeit.
  • Normalfeste Bewehrung führt zu einem Versagen vor Erreichen der Betondruckfestigkeit.
  • Mikronetzbewehrung zeigt ein gutes Tragverhalten und ermöglicht die volle Ausnutzung der Betondruckfestigkeit. 

Projektträger: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Weitere Informationen zum Schwerpunktprogramm: www.spp1542.tu-dresden.de

Förderdauer/Laufzeit: 2011 - 2014

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Daniel Busse & Dipl.-Ing. Patricia Sawicki

Kurzberichte zu diesem Projekt (Pdf-Datei 1 und 2)

Veröffentlichungen:

  • Busse, D.; Sawicki, P.; Empelmann, M.: Dünnwandige Betonhohlbauteile aus hochfestem Feinkornbeton. Beton 66, Heft 1+2/2016, S. 30-35.
  • Busse, D.; Empelmann, M.: Tragverhalten dünnwandiger Betonhohlbauteile aus hochfestem Feinkornbeton. In: Bautechnik 92 (1), S. 46-56.
  • Busse, D.; Sawicki, P., Empelmann, M.: Ultraleichte, dünnwandige Betonhohlbauteile aus hochfestem Feinkornbeton. In: Scheerer, S.; Curbach, M. (Hrsg.): Leicht Bauen mit Beton – Forschung im Schwerpunktprogramm 1542, Förderphase 1, Dresden: Eigenverlag Institut für Massivbau der TU Dresden, S. 36-47.

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