Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ingenieurmodell zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von Stahlverbunddecken des Hochbaus mit praxisgerechter Bewehrung

Das Tragmodell für die Querkraftbemessung von Verbunddecken basiert auf dem Tragmodell für nicht schubbewehrte Massivdecken und gründet auf mehreren Voraussetzungen, die durch Verbunddecken nicht erfüllt werden. Für Verbunddecken, die ausschließlich mit Verbundblechen bewehrt sind, wurde an der TU Kaiserslautern bereits ein neues mechanisches Modell erarbeitet. In der Baupraxis werden Verbundecken stets mit Verbundblechen und tragender Bewehrung ausgeführt. Daher soll nun ein Tragmodell entwickelt werden, das sowohl die Tragwirkung der Betonstahlbewehrung als auch der Verbundbleche berücksichtigt. Darüber hinaus sind Regeln zur Bestimmung des maßgebenden Bemessungsschnitts zu erarbeiten.

Zunächst sollen vergleichende theoretische Untersuchungen zu den bekannten Modellen für das Querkrafttragverhalten durchgeführt werden, um die wesentlichen wirksamen Mechanismen herauszuarbeiten. Durch orientierende Versuche sollen diese Tragmechanismen näher beobachtet werden. Auf dieser Grundlage wird das Programm für weiterführende Versuche mit Variation wesentlicher Einflussgrößen entwickelt. Zusätzlich wird das Verständnis durch numerische Analysen vertieft, sodass ein Ingenieurmodell entwickelt, kalibriert und stochastisch ausgewertet werden kann.

Durch die Verdübelungswirkung der Betonstahlbewehrung ist eine signifikante Steigerung des Traganteils der Schubkraftübertragung im Riss zu erwarten, die zu einer höheren Querkrafttragfähigkeit im Vergleich mit Verbunddecken ohne Betonstahlbewehrung führt.

Auf Grundlage des entwickelten Modells können deutsche und europäische bauaufsichtliche Zulassungen von Verbunddecken erweitert und auf eine sichere und wirtschaftliche Basis gestellt werden. Die Ergebnisse stehen Blechherstellern, Stahlbauunternehmen sowie Blechverlegern und –verarbeitern, unter denen sich viele KMU befinden, offen, um ihre Marktchancen im Wettbewerb der Bauweisen zu verbessern und neue Märkte, insbesondere beim Bauen im Bestand zu erschließen.

Ergebniszusammenfassung:

Zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von Stahlverbunddecken wurde bisher auf nationaler und internationaler Ebene auf die entsprechenden Regelungen für Massivdecken verwiesen, obwohl den aktuellen Bemessungsmodellen Tragmechanismen zugrunde liegen, die bei Verbunddecken nicht bestehen, während im Gegenzug Tragmechanismen von Verbunddecken keine Berücksichtigung finden. In einer früheren Arbeit konnte gezeigt werden, dass daraus für Verbunddecken ohne Betonstahlbewehrung sowohl unsichere als auch unwirtschaftliche Bemessungsergebnisse resultieren können.

In experimentellen Untersuchungen konnte das Querkraftversagen von Stahlverbunddecken mit zusätzlicher Betonstahlbewehrung erzeugt und beobachtet werden. Auf der Grundlage bekannter Modelle sowie der eigenen Versuchsbeobachtungen und Messungen konnte ein Ingenieurmodell entwickelt und kalibriert werden, dass eine sichere und wirtschaftliche Bemessung der Querkrafttragfähigkeit von Stahlverbunddecken ermöglicht.

Aus diesem wissenschaftlich begründeten Ingenieurmodell wurde ein vereinfachtes Bemessungsmodell abgeleitet, das bei der Überarbeitung des Eurocode 4 (EN 1994-1-1), Stahlverbundbau, Berücksichtigung findet und in den aktuellen Entwurf der zweiten Generation dieser europäischen Norm aufgenommen worden ist.

Durch die Verankerung des Forschungsergebnisses im europäischen Regelwerk für Stahlverbundbau ist die Verbreitung und Anwendung der Forschungsergebnisse in Deutschland und im europäischen Raum sichergestellt.