Tragverhalten biege‐ und querkraftbeanspruchter Bauteile aus funktional gradiertem Beton

Abstract

Die Gradierung von Betonbauteilen ermöglicht eine Anpassung des Bauteilinneren an das vorherrschende statische oder bauphysikalische Anforderungsprofil. Durch eine in bis zu drei Raumrichtungen kontinuierlich frei veränderbare Porosität lassen sich maßgeschneiderte Betonbauteile herstellen. Um das Potenzial der neuen Bauweise erschließen zu können, müssen das Tragverhalten untersucht und Bemessungsansätze entwickelt werden.Nachfolgend werden die verwendeten Nachweise und die getroffenen Annahmen zur Auslegung von Bauteilen aus gradiertem Beton beschrieben. Der Einfluss des Gradientenlayouts und der verwendeten Bewehrungsmaterialien auf das Biegetragverhalten wurde in Bauteilversuchen ermittelt. Die Querkrafttragfähigkeit wurde in Abhängigkeit der Schubschlankeit untersucht und der Vergleich zur rechnerischen Tragfähigkeit nach Norm gezogen. Der vorliegende Aufsatz soll somit einen Beitrag zum Verständnis der Besonderheiten im Tragverhalten gradierter Betonbauteile darstellen.Load bearing behaviour of functionally graded concrete components under flexural and shear stressThe grading of concrete components enables the adaptation of the internal material distribution according to static demands and requirements related to building physics. Customized elements can be fabricated by changing the concrete porosity continuously in three dimensions. In order to utilize the potential of this new construction method, the load bearing behaviour needs to be investigated and design methods need to be developed.The following describes the analyses and assumptions that were applied for the design of graded concrete elements. The influence of the gradient layout and of the reinforcement type on the flexural load bearing behaviour was determined experimentally. The shear capacity was investigated as a function of the shear slenderness ratio and compared to the design values computed according to the national code. The present article is intended to aid the understanding of the specific characteristics of the load bearing behaviour of functionally graded concrete elements.

Gradientenbetontechnologie

“…Das Potenzial der automatisierten Herstellung von funktional gradierten Betonbauteilen konnte erstmals an Probekörpern auf Basis von inneren Schnittkräften in aufgezeigt werden. Hierbei wurde ein Kammerlayout nach dem maximal auftretenden Biegemoment und der maximal auftretenden Querkraft bei einer 4‐Punkt‐Biegebelastung gemäß gewählt. Das einwirkende Biegemoment wird in eine Druck‐ und Zugresultierende überführt, nach deren Betrag eine obere und eine untere Deckschicht mit konstanter Dicke sowie die Bewehrung dimensioniert werden.…”

“…Das Tragverhalten der gradierten Probekörper unterscheidet sich im Vergleich zum Referenzlayout lediglich im linear elastischen Bereich des Kraft‐Verformungsverhaltens. Aufgrund der geringeren Querschnittssteifigkeit der gradierten Probekörper kommt es zu einer früheren Erstrissbildung bei größerer Verformung . Für das Kammerlayout ergibt sich eine reduzierte Steifigkeit und Erstrisslast von ungefähr 30 % gegenüber dem Referenzlayout.…”

Tragverhalten von geschichteten Deckenelementen aus Normal‐ und Porenleichtbeton

“…sandwichähnlichen Konstruktionen mehrere Materialien kombiniert. Als Deck‐ und Kernschichten wurden in der Vergangenheit Hochleistungsbetone und Hartschaum oder Polystyrol , Normal‐ und Porenbeton , Stahlfaser‐ und Schaumbeton oder Normalbeton und konstruktive Leichtbetone gewählt. Dabei kamen als Bewehrung entweder Baustahl, textile Gelege, Stahlfasern oder faserbewehrte Kunststoffe zum Einsatz.…”

“…Berechnungen haben gezeigt, dass bei Sandwichelementen mit den vorliegenden Geometrien und Materialkennwerten die Schubverformungen einen Anteil von weniger als 2 % an den Gesamtverformungen haben. Zu einem ähnlichen Ergebnis sind Herrmann & Haase gekommen, indem sie 20 cm hohe, sandwichartige Träger mit 10 mm starken Deckschichten aus Feinbeton (Druckfestigkeit: 57,5 MN/m 2 , E‐Modul: 35 050 MN/m 2 ) und einer Kernschicht aus Leichtbeton (Druckfestigkeit: 1,6 MN/m 2 , E‐Modul: 1 023 MN/m 2 ) rechnerisch untersucht haben.…”

Leicht Bauen mit Beton: Balkonplatten mit Carbonbewehrung

“…Für die Balkonbodenplatte wurde das von der Firma SGL Group vertriebene, bereits vielfach verwendete [17][18][19] …”