Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ermüdung von Elementdecken mit Gitterträgern an Einfeld- und Durchlaufträgern

Der Einsatz von Elementdecken mit Gitterträgern unter nicht ruhender Belastung (z. B. Gabelstaplerverkehr in Industriebauwerken oder Verkehrslasten auf Brücken) bleibt durch die Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen der Gitterträger stark eingeschränkt bzw. ausgeschlossen. Für die erlaubten Anwendungen führt der konservative Bemessungsansatz der Verbundfuge und der Querkraftbewehrung zu unwirtschaftlichen Ergebnissen.

Die Bemessungs- und Konstruktionsregelungen der Verbundfuge und der Querkraft wurden anhand von statisch bestimmten Bauteilversuchen hergeleitet. Für statisch unbestimmte Bauteile ist die Querkrafttragfähigkeit deutlich größer als für statisch bestimmte Systeme. Durch die horizontale Verformungsbehinderung sind über den Innenauflagern von Durchlaufträgern auch für nachträglich ergänzte Bauteile höhere Tragfähigkeiten der Verbundfuge zu erwarten. Der Einfluss des statischen Systems auf die Verbundfugen- und Querkrafttragfähigkeit von Elementdecken ist sowohl für vorwiegend ruhende Belastung als auch für Ermüdungsbelastung bislang ungeklärt.

Mit dem beantragten Forschungsprojekt werden die im Vorgängervorhaben IGF 18407 N/1 durchgeführten theoretischen und experimentellen Untersuchungen durch statisch unbestimmte Durchlaufsysteme erweitert sowie noch offene und neu aufgekommene Fragestellungen (Rauheit, Maßstabseinfluss) geklärt, um abschließend abgesicherte und wirtschaftliche Bemessungs- und Konstruktionsregeln für Gitterträger unter Ermüdungsbeanspruchung zu erarbeiten.

Die verbesserten und erweiterten Bemessungsmodelle werden die Wettbewerbsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit dieser Bauweise steigern. Eine Erweiterung der Gitterträgerzulassung für den Einsatz im Brückenbau erschließt neue Anwendungsgebiete dieser effizienten Bauweise. Für die kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) wird durch die erweiterte Anwendung dieser Bauweise ein wirtschaftlicher Nutzen bei Planung und Bauausführung erzielt.

Ergebniszusammenfassung:

Zur Ermüdung von Elementdecken mit Gitterträgern unter zyklischer Beanspruchung wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen an Einfeld- und Durchlaufträgern durchgeführt, um daraus optimierte Bemessungs- und Konstruktionsregeln abzuleiten.

Es wurden 32 Bauteilversuche an Elementdecken mit Gitterträgern als Verbund- und Querkraftbewehrung an zwei statischen Systemen unter statischer und zyklischer Beanspruchung durchgeführt.

Die statischen Versuche zeigten gute Übereinstimmungen mit dem Bemessungsansatz auf Basis von Eurocode 2, bei einigen Versuchskörpern wurden deutlich höhere Tragfähigkeiten festgestellt. Die im Versuch erreichte Tragfähigkeit war insbesondere größer als die rechnerische Tragfähigkeit bei dünnen Platten an Innenauflagern im Vergleich zu Endauflagern. Einen großen Einfluss hatte auch die konstruktive Ausbildung im Auflagerbereich. Bei den zyklischen Versuchen waren die gemessenen Schwingbreiten in den Gitterträgerdiagonalen deutlich kleiner als die nach den Bemessungsregeln erwarteten Schwingbreiten. Dementsprechend wurde in den meisten Versuchen kein Ermüdungsversagen festgestellt. In numerischen Parameterstudien konnten diese Erkenntnisse bestätigt werden.

Zur Überprüfung der Bemessungsansätze wurden die durchgeführten Versuche zusammen mit Versuchen aus der Literatur in einer Datenbank hinsichtlich der statischen und zyklischen Tragfähigkeit ausgewertet. Die Berechnungsansätze nach den bauaufsichtlichen Zulassungen wurden grundsätzlich bestätigt. Teilweise lagen die experimentellen Ergebnisse allerdings deutlich auf der sicheren Seite. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wurden verschiedene Optimierungen der Bemessungsregeln erarbeitet, unter anderem ein Ansatz, der die Spannungsschwingbreite in den Gitterträgern unter zyklischer Beanspruchung deutlich zutreffender abbildet als bisher. Zur Bestätigung verbesserter Konstruktionsregeln, wie z.B. einer optimierten Ausbildung des Auflagerbereichs sind weitere Untersuchungen notwendig.