Sandwichkonstruktionen aus dünnen gefalteten und gekrümmten Betondeckschichten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Josef Hegger
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198063016

Sandwichkonstruktionen mit Betondeckschichten aus korrosionsresistenten Hochleistungswerkstoffen ermöglichen die Realisierung leichter, nachhaltiger und integraler Bauwerke mit einer an den Kräfteverlauf angepassten Tragstruktur. Die Schalenkonstruktionen des frühen 20. Jahrhunderts zählten zur Gruppe der monofunktionalen Bauteile, belegen jedoch das Potential der Schalenbauweise hinsichtlich Tragfähigkeit und Schlankheit. Durch die Kombination von Schalen- und Sandwichkonstruktionen entstehen mit dem Prinzip der Funktionsaddition Tragstrukturen mit einem geringen Ressourcenverbrauch, hoher Energieeffizienz und Modularität, die auch Anforderungen an Schall- und Brandschutz erfüllen.In der ersten Förderperiode wurden grundlegende Aspekte zur Umsetzung von vorgespannten, Sandwich-Faltwerkträgern untersucht. Neben der Entwicklung einer wiederverwendbaren CFK-Spannverankerung wurde das Verbundverhalten von CFK-Spannbewehrungen in Hochleistungsbeton charakterisiert und Mindestdicken zur rissfreien Spannkrafteinleitung bestimmt. Mit Modellversuchen unter Zug- und Schubbeanspruchung konnte das Potential von eingeschäumten Kernschichten verdeutlicht werden. Erste Bauteilversuche unter kurzzeitiger Beanspruchung an vorgespannten Faltwerkträgern und Sandwich-Faltwerkträgern mit gerader Balkenachse verdeutlichten die Leistungsfähigkeit dieser Bauform.Das Ziel der zweiten Förderperiode ist die Entwicklung von neuartigen Sandwichsystemen aus hochfesten, korrosionsresistenten Werkstoffen mit gefalteten oder doppelt-gekrümmten Betondeckschichten. In numerischen Simulationen sowie Modell- und Bauteilversuchen sollen Schalengeometrien und Materialkombinationen (UHPC, TRC, PUR, Verbundmittel, CFK-Vorspannung) so variiert werden, dass eine materialeffiziente Tragwirkung nach dem Prinzip form follows force erreicht wird. Aufbauend auf einer Beschreibung der einzelnen Tragmechanismen werden Ingenieurmodelle für Sandwich-Faltwerkträger und Sandwich-Schalenträger mit HP-Geometrie hergeleitet, die das Tragverhalten aus Vorspannung, Verbund zwischen Kernschicht und Beton sowie zweiaxialem Materialverhalten der Betondeckschichten unter Kurz- und Langzeitbelastung beschreiben.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1542: Leicht Bauen mit Beton - Grundlagen für das Bauen der Zukunft mit bionischen und mathematischen Entwurfsprinzipien