Entwicklung eines kinematischen Durchstanzmodells für exzentrisch belastete Einzelfundamente mit und ohne Durchstanzbewehrung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Claßen; Professor Dr.-Ing. Josef Hegger
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555778696

Trotz großer baupraktischer Relevanz ist das Trag- und Verformungsverhalten exzentrisch belasteter Einzelfundamente bis heute nahezu ungeklärt. Systematische Untersuchungen an exzentrisch belasteten Einzelfundamenten ohne Durchstanzbewehrung (DSB) beschränken sich auf das Vorgängerprojekt und fehlen für Fundamente mit DSB gänzlich. Zudem ist die Auswirkung von Lastausmitten im Bereich klaffender Fugen ungeklärt. In den wenigen vorhandenen Untersuchungen sind zwar deutliche Lastumlagerungsreserven über den Belastungsverlauf erkennbar, jedoch fehlen geeignete Modelle, die die physikalischen Hintergründe dieses Verhaltens berücksichtigen und eine zutreffende Vorhersage von Tragfähigkeit und Verformung erlauben. Ziel des Forschungsprojektes ist daher die grundlegende Erforschung des Durchstanztragverhaltens exzentrisch belasteter Einzelfundamente mit und ohne DSB sowie die Entwicklung eines konsistenten Modells, das die Abbildung des kinematischen Bruchverhaltens und der Durchstanztragfähigkeit von exzentrisch und zentrisch belasteten Einzelfundamenten über den gesamten Belastungsprozess ermöglicht. Wesentliche Voraussetzung zur Analyse der physikalischen Zusammenhänge ist die möglichst vollständige Erfassung der komplexen nicht-rotationssymmetrischen Bruchkinematik. Hierzu wird im Projekt eine neuartige Messmethodik entwickelt, die verschiedene kontinuierliche Messverfahren (z. B. Faseroptische Dehnungsmessung, digitale Bildkorrelation) mit einem laststufenweisen 3D-Laserscan der verformten Fundamentoberflächen kombiniert. Hierdurch lassen sich die Verformungsanteile aus Rotation und Translation sowie die Stützeneindringung vor, während und nach der Schubrissbildung messtechnisch erfassen, um Lastumlagerungen und daraus resultierende Traganteile zu analysieren. Anhand der gemessenen Kinematik werden unter Heranziehung konstitutiver Gesetze die Traganteile einzelner Sektoren des Fundamentkörpers bestimmt. Zur Nachrechnung und Prognose der Durchstanztragfähigkeit exzentrisch belasteter Fundamente wird zudem ein neuartiges Modell entwickelt, das auf der Punching Shear Response Theory (PSRT) der Antragssteller basiert. Diese ist heute in der Lage, für rotationssymmetrisch belastete Platten und Fundamente nicht nur die Durchstanztragfähigkeit, sondern das vollständige Last-Verformungsverhalten über den Belastungsprozess abzubilden. Damit ist die PSRT in der Lage, die sektorenweise unterschiedlich hohe Durchstanzbeanspruchung im Fundament und die Umlagerung von der höher zur niedriger beanspruchten Fundamentseite über den Belastungsprozess abzubilden. Die benötigten Kompatibilitätsbeziehungen zwischen den Sektoren werden anhand der zuvor analysierten Durchstanzkinematik hergeleitet. Darüber hinaus wird die PSRT um die Berücksichtigung von DSB erweitert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen