Butt Jointing of Prefabricated Concrete Columns

Abstract

In response to housing shortages in densely inhabited urban areas, there is a search for structural engineering solutions for serial and modular construction. Prefabricated concrete columns can make an important difference. Using industrial manufacturing processes, it is possible to produce highly loadable, durable and true-to-size columns that enable accelerated construction progress and dismantling or reuse of the components at the end of the structure’s economic life. However, there are challenges in designing the detachable connection between highly loaded columns due to an undesired reduction of the load-bearing capacity on the one hand and a high sensitivity to geometrical deviations on the other hand. To investigate the load-bearing and deformation behaviour of butt-jointed columns, large-scale component tests as well as three-dimensional numerical analyses using the finite element method were carried out. The analyses show that measures to increase the stiffness of the joint, such as thicker steel plates, lower mortar thickness, etc., lead to an increase of the ultimate load. It could also be demonstrated that butt-jointed columns are very sensitive to unevenness of the end faces. Finally, the investigations allow first conclusions on the design and detailing of detachable compression connections between prefabricated concrete columns.

Hochhausstützen in Deutschland – Bestands‐ und Potenzialanalyse unter Berücksichtigung der Nachhaltigkeit

“…In Bild 5 (rechts) ist eine einfache Bewertung der Nachhaltigkeit der Beispielquerschnitte mithilfe des spezifischen Treibhauspotenzials (engl. : global warming poten- Ein in [38]…”

“…Bild 7 (rechts) bildet die Auswertung für vorgefertigte 3H‐Stützen ab. Während dies aufgrund der komplexen Fügestellen zu einer gewissen Traglastminderung führen kann [37–39], kann hierdurch eine deutliche Verkürzung der Bauzeit [35] sowie durch die Rückbaubarkeits‐ und Wiederverwendungsoption der Fertigteile auch eine nachhaltige Bauweise erreicht werden.…”

“…Als Lösungsansatz wurde das in [28] vorgestellte Federmodell auf UHPC erweitert und in [48] an Versuchen kalibriert. Bild 8 zeigt das Ergebnis einer Parameterstudie an quadratischen Stützen mit einer Seitenlänge von a = 30 cm mit den drei in Bild 8 (links) dargestellten Bewehrungskonfigurationen.…”

“…Ein in [38] an Bauteilversuchen kalibriertes FE‐Modell kann zur Simulation von stumpf gestoßenen Stahlbetonstützen herangezogen werden. Der Traglastfaktor η bj = F cal / F ref definiert dabei das Verhältnis von berechneter Traglast für das gestoßene System zur Traglast der monolithischen Stütze.…”

“…Von großer Bedeutung für das Tragverhalten ist zudem auch die hohe Maßgenauigkeit des Stumpfstoßbereichs. Untersuchungen in [38] zeigen, dass z. B. auch schon geringe Spalte zwischen Stahlplatte und Längsbewehrungsstäben zu nennenswerten Traglasteinbußen führen können.…”