Zuverlässigkeitstheoretisches Konzept für die verformungsorientierte Bemessung von hybriden Bauteilen wie Verbundträgern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Forschungsvorhaben wurden gemeinsam von der TU Berlin und der RPTU in Kaiserslautern die Grundlagen für eine am Verformungsvermögen und dem Verformungsbedarf der Bauteile orientierte Bemessung geschaffen. Die Bearbeitung erfolgte, indem in gezielten Arbeitsschritten insgesamt fünf Ziele verfolgt wurden. Zunächst erfolgten experimentelle, numerische und analytische Untersuchungen an verschiedenen Materialkombinationen (Stahl – Beton, Holz – Beton) sowie für verschiedene häufig genutzte statische Systeme (Einfeldträger, Durchlaufträger) (Ziele 1 und 3). Auf der Grundlage dieser Untersuchungen wurden zunächst in einer probabilistischen Untersuchung die erforderlichen Teilsicherheitsbeiwerte für die untersuchten hybriden Einfeldträger bestimmt (Ziel 2). Diese Untersuchung erfasst damit die isolierten Einflüsse der inneren Verformungsgrößen und Umlagerungen unter Beachtung ihrer Streuungen. In einem weiteren Schritt wurden Zweifeldträger in Stahlverbundbauweise mit unterschiedlichen Materialeigenschaften und Verdübelungsgraden experimentell, numerisch und analytisch untersucht. Auch aus diesen Untersuchungen wurden probabilistische Analysen abgeleitet, die nun, abweichend von den Untersuchungen an Einfeldträgern, auch die Umlagerung der äußeren Schnittgrößen umfassten. Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten drei Projektschritte wurde ein erstes Konzept zur Differenzierung des Bauteilverhaltens hinsichtlich seiner Verformungseigenschaften entwickelt (Ziel 4). Das Konzept wurde auf die Anwendung für durchlaufende Träger erweitert. Die hier entwickelte Einordnung stellt eine Grundlage für eine differenzierte Sicherheitsbetrachtung dar, die ihrerseits zu einer Differenzierung und damit Optimierung der geforderten Teilsicherheitsbeiwerte in den Bemessungsnormen führen kann. In einem letzten Schritt wurden Rotationskapazität und die Momentenumlagerungen in Abhängigkeit von der Gestaltung der Verbundfuge und dem Bewehrungsgrad analysiert (Ziel 5). Daraus konnten gegenseitige Einflüsse abgeleitet werden, die zu unterschiedlichen Versagensarten, aber auch zu abweichenden Anforderungen an die Sicherheitsbeiwerte führten. Mit dem Forschungsvorhaben wurden damit die Grundlagen geschaffen, um hybride Biegeträger mit unterschiedlichen Materialkombinationen und Verbundfugeneigenschaften untersuchen und bewerten zu können. Damit wird es grundsätzlich möglich, die Einflüsse des Systemverhaltens in die Sicherheitsbetrachtungen mit einfließen zu lassen und damit gezielt die Duktilität des Bauteilverhaltens, bereits konkret unter Beachtung der Beiträge der einzelnen Bauteilelemente, bei der Bemessung zu berücksichtigen, ohne das gewünschte Sicherheitsniveau zu verändern. So kann duktiles Bauteilverhalten gezielt belohnt und die Wirtschaftlichkeit bei der Bemessung verbessert werden. Um die erarbeiteten Ergebnisse für eine allgemeine baupraktische Anwendung verwendbar zu machen, sind jedoch noch weitere Analysen auf Systemebene erforderlich, die die Verallgemeinerbarkeit der Vorgehensweise belegen und mögliche Anwendungsgrenzen aufzeigen. Angestrebt soll ferner die Entwicklung eines allgemeingültigen Nachweisverfahrens für hybride Träger werden, in welchem die verschiedenen Einflüsse auf das Sicherheitsniveau aus Material-, Verbundfugen- und System-Effekten adäquat berücksichtigt werden. Zur Erweiterung der bisherigen Betrachtungen sollen in Zukunft zudem weitere Materialkombinationen untersucht werden, wie z.B. der im Bereich der Tragwerksverstärkung zunehmend eingesetzte Carbonfaserverstärkte Kunststoff im Verbund mit Beton (CFK-Beton-Verbund).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Beitrag zur Berechnung von Verbundträgern mit elastischem Verbund. Stahlbau, 83(4), 278-288.
Zhou, Donghua; Pahn, Matthias & Kurz, Wolfgang
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Zuverlässigkeitstheoretisches Konzept für die verformungsorientierte Bemessung von Verbundträgern, 20. DASt-Forschungskolloquium Essen, 2016
Korpas, G. & Geißler, K.
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Deformation-based reliability concept for composite beams, Proceedings of the 8th International Conference on Composite Construction in Steel and Concrete, Wyoming, 2017
Kurz, W.; Kostadinova, N.; Geißler, K. & Korpas, G.
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Trag‐ und Verformungsverhalten von Verbundfugen mit elastischem Verbund. Stahlbau, 86(11), 1036-1045.
Kostadinova, Natali & Kurz, Wolfgang
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Ermittlung der Sicherheitselemente bei der verformungsorientierten Bemessung von hybriden Trägern. Stahlbau, 87(2), 115-127.
Geißler, Karsten & Korpas, Gregor
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Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten von Verbundfugen mit Kopfbolzendübeln. Dissertation, Technische Universität Kaiserslautern, 2019
Kostadinova, N.
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Beitrag zur dehnungsorientierten sicherheitstheoretisch begründeten Berechnung von hybriden Trägern mit nachgiebiger Verbundfuge, Dissertation, Technische Universität Berlin, 2020
Korpas, G.
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Bewertung und Beurteilung des Trag- und Verformungsverhaltens von geklebten Stahlverbundträgern unter Berücksichtigung der Dauerfestigkeit der Verbundfuge, Dissertation, Technische Universität Kaiserslautern, 2023
Kludka, M.
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Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten von hybriden Trägern zur verformungsorientierten Bemessung, Dissertation, Technische Universität Kaiserslautern, 2023
Hauser, P.
