P 1287 – Betongefüllte Hohlprofil-Verbundstützen für Geschossbauten – Innovation und Bemessung

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ISBN: 978-3-96780-026-5 Artikelnummer: 13aea18acbd1 Kategorien: ,

Beschreibung

P 1287 – Betongefüllte Hohlprofil-Verbundstützen für Geschossbauten – Innovation und Bemessung

Verbundstützen werden im Hoch- und Industriebau wegen vielfältiger vorteilhafter Eigenschaften eingesetzt. Zu einem können Stützen mit geringeren Querschnittsabmessungen bei gleichzeitig hohen Tragfähigkeiten realisiert werden. Zum anderen können hohe Feuerwiderstände ohne zusätzliche  Brandschutzmaßnahmen realisiert werden. Möglich macht dies die zielgerichtete Kombination der Werkstoffeigenschaften von Stahl und Beton, insbesondere die hohe Festigkeit und Steifigkeit von Stahl sowie die geringe Wärmeleitfähigkeit von Beton. Betongefüllte Hohlprofil-Verbundstützen unter Verwendung von Hochleistungswerkstoffen besitzen das Potential noch größere Tragwiderstände respektive schlankere Stützenquerschnitte aufzuweisen und somit weitere Märkte erschließen zu können. Im Rahmen des FOSTA-Forschungsprojektes „Betongefüllte Hohlprofil-Verbundstützen für Geschossbauten – Innovation und Bemessung“ (IGF-Vorhaben Nr.: 19677) wurde das Stabilitätsverhalten von Hohlprofilverbundstützen mit experimentellen, numerischen und analytischen Methoden untersucht. Die aktuelle Fassung des Eurocodes 4, Teil 1-1 „Bemessung und Konstruktion von  Verbundtragwerken aus Stahl und Beton“ beinhaltet Nachweisverfahren für verschiedene Verbundstützentypen. Für betongefüllte Hohlprofilverbundstützen mit massivem Stahlkern und Doppel-HohlprofilVerbundstützen liegen gegenwärtig jedoch keine normativ geregelten vereinfachten Nachweisverfahren für Normaltemperaturen und die Brandbemessung vor. Hier setzte das Forschungsvorhaben an.
Die experimentellen Untersuchungen umfassten insgesamt 24 Stützenversuche mit verschiedenen Querschnitten, Abmessungen, Stahlsorten sowie Betonfestigkeiten. Für die experimentelle Analyse der Querschnittskapazität wurden sogenannte Stub-Column Versuche durchgeführt. Darüber hinaus  wurden ein- (4m) und zweigeschossige (8m) Stützen mit baupraktischen Querschnittsabmessungen geprüft, um den Einsatz hochfester Werkstoffe (Baustahl S770 und S890 sowie Beton C100/115) für die Praxis zu bewerten.
Auf Grundlage der Traglastversuche bei Normaltemperatur wurde ein numerisches Modell entwickelt, welches experimentelle Materialkennwerte, Verbundwirkung, geometrische Imperfektionen und Eigenspannungen impliziert. Mit Hilfe numerischer Simulationen und Parameterstudien wurde das  grundlegende strukturmechanische Verhalten der Verbundstützenquerschnitte beschrieben und untersucht. Zudem wurde ein FEModell für Brandsimulationen entwickelt, anhand von Fremdversuchen validiert und Simulationsstudien zum Brandverhalten unter Einheitstemperaturzeitkurve mit baupraktisch relevanten Ausnutzungsgraden durchgeführt.
Auf Basis experimenteller und numerischer Ergebnisse konnte ein vereinfachtes analytisches Modell zum Nachweis in Anlehnung an die Bemessung nach Eurocode 4 entwickelt werden. Ergänzend konnten die wissenschaftlichen Grundlagen für ein vereinfachtes Nachweisverfahren für die Bemessung  nnovativer betongefüllter HohlprofilVerbundstützen im Brandfall erarbeitet werden.

Veröffentlichung:
2021

Autoren:
Prof. Dr. sc. techn. habil. M. Knobloch, M.Sc. P. Schurgacz