Herstellung und Eigenschaften von dünnwandigen, trocken gefügten Bauteilen aus ultrahochfestem faserverstärkten Feinkornbeton

Um UHPFRC effektiv einzusetzen, müssen dessen Festigkeiten möglichst hoch ausgenutzt werden. Somit empfehlen sich leichte, vorgespannte und kraftflussoptimierte Konstruktionen um die Traglasten aufzunehmen. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, die Anwendungsregeln zur Dimensionierung modularer, dünnwandiger und trocken gefügter UHPFRC-Bauteile in vorgespannten Tragkonstruktionen ohne zusätzliche Bewehrung zu entwickeln. Um dies zu erreichen, sind neue trockene Stoßverbindungen für Stab- und Flächenelemente untersucht worden. Die trockene, hochpräzise Bauteilverbindung ist eine hochkomplexe und mechanisch sehr effiziente Möglichkeit Bauteile kraftschlüssig miteinander zu verbinden um leichte und tragfähige Tragwerke herzustellen. Um die Bauteilverbindung effizient einzusetzen, wurden neue biege-steife Knotenelemente für Stabwerke sowie einachsig gespannte Plattenbalkenelemente, bestehend aus Platten- und Balkenelementen, entwickelt und geprüft. Es ist bekannt, dass bei dünnen Betonbauteilen sowohl Maßstabseffekte als auch der Fasergehalt und die Faserorientierung bei der Traglastberechnung beachtet werden müssen. Für die entwickelten trocken gefügten Bauteile zeigt sich jedoch, dass eine analytische und numerische Berechnung der Traglasten mit den bisher bekannten Faserparametern nicht möglich ist. In einem Versuchsprogramm konnten weitere Faserparameter, wie die lokale Faserverteilung und Faserorientierung im versagens-relevanten Querschnitt, bestimmt werden. Mit den ermittelten wirksamen Faserparametern konnte ein Ansatz zur Dimensionierung von dünnwandigen und trocken gefügten Bauteilen entwickelt werden. Zur Bestimmung der Faserparameter wurden mehrere Versuchsserien im Mikro-Computertomographen aufgenommen und durch eine eigens entwickelte automatisierte Auswertung auf die relevanten Faserparameter hin untersucht. Die dabei gewonnenen Einflussgrößen sind anschließend in einem Fasereffektivitätsfaktor zusammengefasst worden. Bei einer modularen Bauweise muss zur Sicherstellung eines monolithischen Tragverhaltens die trockene Fügung von dünnwandigen Bauteilen genauer betrachtet werden. Daher wurden die mechanischen Eigenschaften von ein- und mehrdimensionalen, hochpräzise geschalten, trockenen Stoßverbindungen experimentell und numerisch untersucht. Aus den Ergebnissen konnten für unterschiedliche Stoßtypen Fügefaktoren für die Dimensionierung abgeleitet werden. Die neu erforschte Fasereffektivität sowie der Fügefaktor werden abschließend zur einfachen baupraktischen Anwendung in bestehende Nachweiskonzepte integriert.