http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png

Zum Tragverhalten von Sandwichkonstruktionen aus textilbewehrtem Beton = Load-bearing behavior of sandwich constructions made of Textile Reinforced Concrete

Horstmann, Michael (Author)

2010 & 2011

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Michael Horstmann

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2010

UmfangGetr. Zählung : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Zsfassung in dt. und engl. Sprache. - Prüfungsjahr: 2010. - Publikationsjahr: 2011

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Hegger, Josef (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2010-12-13

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-35236
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/63970/files/3523.pdf

Einrichtungen

1. Lehrstuhl und Institut für Massivbau (311610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Textilbeton (Genormte SW) ; Sandwich (Genormte SW) ; Elastischer Verbund (Genormte SW) ; Bemessung (Genormte SW) ; Tragverhalten (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Verbundmittel (frei) ; Sandwichtheorie (frei) ; connecting devices (frei) ; sandwich theory (frei) ; TRC (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Sandwichkonstruktionen mit Deckschichten aus Metallblechen und Stahlbeton stellen seit Jahrzehnten bewährte und wirtschaftliche Verbundkonstruktionen für Gebäudehüllen dar. Der Einsatz von dünnen Deckschichten aus textilbewehrtem Beton verbindet deren Vorteile und ermöglicht auch bei steigenden Wärmeschutzanforderungen geringe Konstruktionsdicken. Allerdings sind die Tragmodelle der etablierten Bauweisen und die Verbundmittel für Stahlbeton nicht ohne Weiteres anwendbar. Die experimentellen Untersuchungen behandeln das Tragverhalten der Komponenten Textilbetondeckschicht, Dämmstoffe und Verbundmittel aus faserbewehrten Kunststoffen sowie das Tragverhalten der hieraus zusammengesetzten Sandwichquerschnitte unter Zug-, Schub- und Biegebeanspruchung. Das Tragverhalten von Sandwichbauteilen ohne Verbundmittel wird vor allem von der Steifigkeit und Festigkeit des Dämmstoffs und dessen vom Herstellprozess abhängigen Verbundfestigkeit zum Beton bestimmt. Durch die Anordnung von Verbundmitteln werden Tragfähigkeit und Duktilität der Verbundkonstruktionen erheblich gesteigert. Während punktförmige Verbundmittel konstruktionsbedingt vorwiegend axiale Traganteile bereitstellen, vergrößern Schubgitter aus Carbonfasern die Steifigkeit, die Tragfähigkeit und das Verformungsvermögen gleichermaßen unter Zug-, Schub- und Biegebeanspruchung. Durch nichtlineare numerische Simulationen wird der Einfluss maßgebender Parameter auf das Tragverhalten von Sandwichquerschnitten systematisch untersucht. Für Dämmstoffe, Verbundmittel, textile Bewehrung, Beton und die Verbundschicht werden auf Grundlage der Materialkennwerte und der Versuche Material- und Schädigungsmodelle entwickelt und kalibriert. Auf Basis der Kontaktmodelle für den Verbund wird ein erweitertes Modell hergeleitet, mit dem ein kombiniertes Schubriss- und Verbundversagen der Kernschicht sowie das Versagen der Schubgitter zutreffend abgebildet werden. In Parameterstudien zum Tragverhalten der Schubgitter wird gezeigt, dass sich unter Schubbeanspruchung des Sandwichquerschnitts eine von der Dämmkernsteifigkeit abhängige Fachwerktragwirkung ausbildet. Auf Basis der Sandwichtheorie von STAMM/WITTE wird ein erweitertes Ingenieurmodell für Sandwichkonstruktionen aus Textilbeton hergeleitet, welches das Tragverhalten unter Zug-, Schub- und Biegebeanspruchung zutreffend beschreibt. Hierbei werden die Traganteile aus Dämmstoff und Verbundmitteln mit Federmodellen abgebildet und der Einfluss der Rissbildung in den Deckschichten auf die Verformungen näherungsweise erfasst. Vergleiche mit FE-Simulationen und Versuchsergebnissen belegen die Leistungsfähigkeit des entwickelten Modells. Für die baupraktische Anwendung wird das Modell um Dehnungsänderungen und -gradienten (Schwinden und Temperatur) sowie Flächenlasten erweitert und ein Vorschlag für ein Bemessungskonzept ausgearbeitet. Die Anwendbarkeit der Modelle wird durch prototypische Realisierungen einer Sandwichfassade und eines Modulbauwerks aus tragenden Sandwichbauteilen belegt.

Sandwich constructions made of thin metal sheets and structural concrete have been reliable and economic composite structures in the past decades. The application of thin-walled facings made of Textile Reinforced Concrete (TRC) combines the advantages of these constructions and allows for slender construction thicknesses despite the progressing demands on thermal insulation. However, the design principles of the common structures as well as the connecting devices of structural concrete panels are not applicable offhand for TRC. The experimental investigations examine the load-bearing behaviour of the components e. g. TRC-facings, core foams and connecting devices made of FRP as well as the load-bearing behaviour of assembled sandwich sections subjected to tensile, shear and bending forces. The load-bearing behaviour of sandwich members without connectors is determined by stiffness and strength of the core material and the bond strength between concrete and core which is depending on the applied production method. The application of connectors leads to higher load-bearing capacities and ductility. While pin-connectors with a low bending rigidity predominantly add tensile capacity and stiffness, the shear grids made of carbon fibres contribute to the capacity, stiffness and ductility under tensile, shear and flexural loading in equal sense. Non-linear numerical simulations are conducted to investigate methodically the influences of decisive parameters. Material models including the damage formulation for the components core, connectors, textile reinforcement, concrete as well as the bond between foam and concrete have been developed and calibrated on the basis of material tests and own experiments. Based on the contact models for the bond, an extended model is derived to consider both the shear cracking and the debonding of the core allowing for an appropriate description of the failure of the shear grid. The parameter calculations reveal that shear grid and core establish a truss action under shear loading depending on the stiffness of the core. Based on the theory of STAMM/WITTE an extended model for sandwich construction made of TRC is developed which appropriately describes the load-bearing behaviour under tensile, shear and flexural loading. The contributions of core and connecting devices are formulated by elastic spring models and also the influence of the cracking of the faces on the deformation of the panel is considered. Experimental and numerical results are in good accordance with the derived model. For the practical application constant and linear strain changes of the facings (temperature and shrinkage) as well as distributed loads have been added to the model and a design concept is proposed. The applicability of these models is proven by prototype applications of a sandwich façade and a modular building made of structural TRC sandwich panels.

Fulltext:
PDF

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Interne Identnummern
RWTH-CONV-125353
Datensatz-ID: 63970

Beteiligte Länder
Germany