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Projekt
Wickelverstärkte Hybridrohre
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Ludger Lohaus
Fachliche Zuordnung
Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
Förderung
Förderung von 2014 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257623116
Beim leichten Bauen mit Beton müssen neue Konstruktionskonzepte entwickelt werden, die die traditionelle massive Betonbauweise ersetzen. Dies führt einerseits zu formoptimierten Konstruktionen (form follows force), andererseits aber auch zu neuen Kombinationen in der Materialauswahl im Sinne eines material follows force. Dieser Gedanke, beide Konstruktionsprinzipien auch unter dem Aspekt günstiger herstellungstechnischer Randbedingungen zu vereinen, bildet den Kerngedanken des vorliegenden Antrags.In der Pflanzen- und Tierwelt stellt das Prinzip Röhre neben dem Prinzip Schale eines der effektivsten Konstruktionsweisen im Leichtbau dar. Das Prinzip Röhre erzeugt durch seine hohle Kreiszylinderform aufgrund seiner konstanten Krümmung keine Spannungsspitzen bei einer Belastung. Hohlprofilkonstruktionen zeichnen sich weiterhin durch ein günstiges Verhältnis zwischen Tragfähigkeit und Gewicht aus. Dieses in der Natur beobachtete Konstruktionsprinzip wurde am Institut des Antragstellers bereits im Rahmen der Dissertation Lindschulte für die Entwicklung von hocheffizienten Stabtragwerken aus Hochleistungsbeton aufgegriffen und soll in diesem Projekt mit einem neuen Konstruktionsansatz - einer zusätzlichen CFK-Wickelverstärkung - weiterentwickelt werden.Das Ziel dieses Forschungsprojektes besteht daher in der Entwicklung einer material- und formoptimierten Konstruktionsweise für leichte Stabtragwerke aus wickelverstärkten Hybridrohren einschließlich zugehöriger Berechnungsmethoden zur Traglast- und Resttraglastprognose. Als Besonderheit dieser Konstruktionsweise wird jeder Komponente des Bauteilquerschnitts ein spezifischer Aufgabenbereich im Lastabtrag zugewiesen. Die Hauptkomponente dieser Struktur bildet eine vergleichsweise dünne Kernschicht aus Hochleistungsbeton, mit der Hauptaufgabe die Druckspannungen aufzunehmen. Umgeben ist der Kern von einem inneren sowie äußeren Stahlblech. Diese Bleche erzeugen eine für die Bauteilduktilität notwendige Stützwirkung und dienen darüber hinaus als verlorene Schalung im Sinne einer vereinfachten Herstellung des Hohlprofils. Aus den eigenen Vorarbeiten geht hervor, dass die Stützwirkung dann besonders vorteilhaft wirkt, wenn sie in Längsrichtung möglichst weich und in Umfangsrichtung möglichst steif ausgelegt wird. Ein solches anisotropes Materialverhalten kann besonders effektiv durch Faserkunststoffverbunde als Wickelverstärkung realisiert werden. Um Modelle zur Beschreibung des Tragverhaltens solcher wickelverstärkten Hybridrohre unter zentrischer und exzentrischer Normalkraft herzuleiten, sollen die drei maßgebenden Strukturkomponenten Betonkern, Stahlblech und CFK-Wickelverstärkung in experimentellen und numerischen Untersuchungen variiert werden. Dazu sollen u.a. Materialmodelle verwendet werden, wie sie an der LUH bereits für FE-Berechnungen von Grouted Joints in der Offshore Windenergie erfolgreich eingesetzt werden. Auf diese Weise sollen neuartige Leichtbaustrukturen aus Beton etabliert werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
