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Projekt
Fließfertigungsmethoden für adaptive materialminimierte Moduldecken mit Mikrovorspannung und hochpräzisen Fugen
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Martin Claßen; Professor Dr.-Ing. Josef Hegger
Fachliche Zuordnung
Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510048037
Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung von effizienten Fließfertigungsmethoden zur industrialisierten Produktion von materialoptimierten, hochpräzisen Deckenmodulen, die nach Assemblierung und Fügen ein adaptives Deckensystem bilden, sowie die Erforschung des Systemtragverhaltens der aus Modulen gefügten, geometrisch komplexen Deckenstrukturen mit punktförmiger Stützung. Als Kriterien für die Aufteilung der Deckensysteme und die Festlegung der Modulgeometrie dienen Stützenstellung, statisch-mechanische Hauptmomente und fertigungsspezifische Parameter. Die Einzelmodule bestehen aus einem dünnen Deckenspiegel und einer aufgelösten Rippenstruktur und werden aus Hochleistungsmaterialien gefertigt. Hierbei werden die Module in Stützbereichen durch hochzugfeste Mikrospannbewehrung mit sofortigem Verbund in der Platte und in Feldbereichen in den Stegen vorgespannt. Auf den Einsatz von zusätzlicher Bewehrung wird weitestgehend verzichtet. Hohe Schnelligkeit und Maßgenauigkeit sowie Zuverlässigkeit der Ausführung durch den Einsatz von Robotern sind wesentliche Kriterien bei der Entwicklung des Fließfertigungsprozesses. Die dadurch hochpräzise gefertigten Einzelmodule werden lösbar gefügt und mittels externer Vorspannung ohne Verbund zu einem Deckensystem verspannt. Um die Forschungsziele zu erreichen, wird ein koordiniertes Arbeitsprogramm aus aufeinander abgestimmten experimentellen und theoretischen Untersuchungsmethoden vorgeschlagen: Im AP 1 wird die Fließfertigungsmethode zur Herstellung von Einzelmodulen entwickelt und eine Entwicklungsplattform zur digitalen Verknüpfung von Planung und Fertigung einschließlich aller Wechselwirkungen aufgebaut. Untersuchungen zur Mikrovorspannung mit sofortigem Verbund (AP 2) und zur Konstruktion der Fugen (AP 3) klären grundlegende Fragen der neuen modularen Bauweise und liefern physikalische Modelle zur Abbildung der Spannkrafteinleitung, zur Vorhersage der Tragfähigkeit und Analyse verschiedener Kraftübertragungsmechanismen in den Fugen. Zur Beschreibung des Tragverhaltens einzelner Module werden in AP 4 bestehende physikalische Modelle für die Querkrafttragfähigkeit und das Durchstanzen auf mikrovorgespannte, aufgelöste Querschnitte erweitert. Das Fügen eines Demonstrators im AP 5 liefert Erkenntnisse zum Systemverhalten, zu realen Toleranzen und zu Verformungen, die für die automatisierte Fertigung notwendig sind. Mit den geplanten Arbeiten wird eine grundlegende Methodik zur automatisierten Fließfertigung, statischen Auslegung und Assemblierung von adaptiven Hochbaudecken in Modulbauweise bereitgestellt. Da die Deckenmodule bei gleichen Trageigenschaften Materialeinsparungen von 60–70 % gegenüber üblichen massiven Flachdecken ermöglichen und zudem adaptiv wiederverwendet werden können, liefert das Vorhaben einen hohen Beitrag zur Ressourceneffizienz und CO2-Einsparung der Betonbauweise.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
