Hochbelastbare Betongelenke aus niedrigmoduligem Polymerbeton für große Gelenkrotationen in nachhaltigen, wartungsarmen Brücken aus Holz

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schmid
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553813430

Im Forschungsprojekt werden erstmals monolithische Gelenke aus Polymerbeton grundlegend erforscht. Zudem sollen die ersten Grundlagen zum positiven Einfluss einer Carbonfaserbewehrung auf Polymerbetongelenke erforscht werden. Betongelenke haben zahlreiche Vorteile, wie ihre hohe Belastbarkeit und Verformungsfähigkeit, ihre Dauerhaftigkeit sowie ihr geringer Wartungsaufwand – Eigenschaften, die sich durch den Einsatz von Polymerbeton entscheidend verbessern lassen. Polymerbetongelenke sind einfach und kostengünstig herzustellen, es fehlen aber wissenschaftlich fundierte Regeln für ihre Bemessung. Im Zuge des Forschungsprojekts sollen erstmals Betongelenke aus Polymerbeton erforscht werden und dafür ein wissenschaftlich fundiertes Bemessungskonzept entwickelt werden. Der innovative Forschungsansatz besteht darin, Betongelenke zum ersten Mal aus hochfestem Polymerbeton herzustellen, wodurch sich das Anwendungsgebiet der monolithischen Gelenke entscheidend vergrößert. Polymerbetone erreichen Druckfestigkeiten in der Größenordnung von hochfesten und sogar ultrahochfesten Betonen, bei gleichzeitig 5-facher Zugfestigkeit gegenüber Zementbeton. Demnach lässt sich durch den Einsatz von Polymerbeton die axiale Tragfähigkeit eines Betongelenks erheblich steigern. Gleichzeitig ermöglichen der geringe E-Modul des Polymerbetons und seine ausgeprägte Duktilität im Druckbereich die Aufnahme noch größerer Gelenkrotationen. Außerdem erhöhen die chemische Beständigkeit und Dichtheit maßgeblich die Dauerhaftigkeit von Polymerbetongelenken. Dies ist wichtig, da Betongelenke durch ihre Lage besonders intensiv der Witterung ausgesetzt sind. Durch seine hervorragenden Adhäsionseigenschaften lässt sich Polymerbeton einfach mit den unterschiedlichsten Materialien verbinden. Damit eignen sich die Polymerbetongelenke besonders für den Ingenieurholzbau und den Holzbrückenbau, wo bis heute geeignete Verbindungs- und Auflagerdetails fehlen, die nicht nur leistungsfähig, sondern auch robust, dauerhaft und wirtschaftlich sind. Die Polymerbeton-Gussknoten werden mit Hilfe bewehrter Keilzinkverbindungen direkt an die zu verbindenden Holzbauteile kalt angegossen und schützen durch die Verklebung das besonders witterungsanfällige Hirnholz zuverlässig vor eindringender Nässe. Im Forschungsprojekt wird zudem erstmals untersucht, ob und wie die Polymerbetongelenke mit einer Spaltzug- und Umschnürungsbewehrung aus Carbon verstärkt werden können. Die übliche Betonstahlbewehrung würde im nichtalkalischen Polymerbeton rosten. Die Bewehrungen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) zeichnen sich neben ihrer Korrosionsbeständigkeit vor allem durch ihr geringes Eigengewicht sowie durch ihre hohen Zugfestigkeiten aus. Für die Herstellung der Bewehrungskörbe sollen die in Epoxidharz getränkte Carbonfaserrovings um eine Stützstruktur gewickelt werden, die der Bewehrung nach dem Aushärten des Harzes ihre gewünschte Steifigkeit und Form verleiht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen