Fertigungstoleranzen von Betonfertigteilen für die modulare Bauweise

Abstract

Betonfertigteile müssen Toleranzen einhalten, um sie montieren zu können und Tragfähigkeit sowie Gebrauchstauglichkeit sicherzustellen. Ansonsten sind Nachbearbeitungen nötig, die den Bauprozess verzögern. Klassischer Toleranzausgleich erfolgt über Pressfugen, die auch die nötigen Kräfte übertragen. Bei modularen Bauweisen steht die Schnellmontage im Vordergrund. Es bieten sich dann Schnellverbinder wie etwa Schrauben oder Trockenfugen an. Aus der feineren Modulteilung entstehen zudem weit mehr Verbindungen, sodass sich Ungenauigkeiten superponieren. Die Anforderungen an die geometrische Genauigkeit steigen rapide. Im Beitrag werden die Herstelltoleranzen für automatisierte Fertigungen seriengerechter Module zusammengestellt und dem Stand der Technik gegenübergestellt. Für ausgewählte Modultypen werden Abweichungen mittels Fehlerfortpflanzung nachverfolgt und für einzelne Bauabschnitte bzw. ganze Tragwerke überlagert. Es zeigt sich, dass in der Regel automatisierte Fertigungen nötig sind und handwerkliche ausscheiden. Linienartige Modultragwerke erreichen bis etwa 30 m Länge Abweichungen unter 1 mm bei gängigem Zuverlässigkeitsniveau von 2σ. Bei scheibenartigen Tragwerken resultieren Lochspiele unter 0,5 mm, und zwar für hohe Zuverlässigkeitsniveaus von 4σ. Dies gelingt in qualitätsgesicherter, automatisierter Vorfertigung.

Sensitivity-Based Permutation to Balance Geometric Inaccuracies in Modular Structures

“…Precast concrete components usually have relatively low accuracy or high scatter, respectively. Therefore, it is assumed that 95.45% of the expected deviations fall within tolerance limits, which corresponds to two times the standard deviation σ [38]. The limits of t are thus associated with the probabilities P = [0.02275; 0.97725].…”

“…Concrete modules possess geometric deviations ∆l, which arise from different sources and are usually superimposed. These can be divided into induced, i.e., initial deviations from the production process, and inherent deviations, i.e., load-or material-related, but also transient inaccuracies [38]. The former largely depend on the type of formwork used, the care taken, and the measurement methods chosen, while the latter capture, for example, shrinkage [18] and creep deformations [39].…”

Modulare Fußgängerbrücken aus seriell hergestellten Betonfertigteilen

“…Die fertigungsbedingten Toleranzen der Module sowie ihrer Schnittstellen werden analysiert bzw. gesteuert [12][13][14] und die Modulanordnung wird entsprechend den globalen Geometrieanforderungen optimiert [15][16][17]. Auf Basis der Tragwerksgeometrie und mit Informationen über die Eigenschaften der Modulschnittstellen werden statische Modelle zur wirklichkeitsnahen Vorhersage des Tragverhaltens entwickelt [18,19].…”

Toleranzfreie Montage modularer Betontragwerke

“…Die geometrischen Abweichungen der Module resultieren aus den Herstellungenauigkeiten der verschiedenen Produktionsschritte sowie aus dem viskoelastischen Materialverhalten des verwendeten Betons [12]. Charakteristische Abweichungen der Produktion sind z.…”

“…B. Genauigkeitsanforderungen nach dem sog. Six-Sigma-Prinzip (Qualitätsanforderung mit minimaler Ausfallwahrscheinlichkeit der sechsfachen Standardabweichung [12]), hingegen führt zu höheren Produktionskosten [13]. Baupraktische Bewertungskriterien wie die arithmetische und die statistische Toleranzanalyse sind für Wabenstrukturen ungeeignet, da diese nur Translationen der Module berücksichtigen [14] und i. d. R. zum Toleranzausgleich mittels Guss-oder Verpressfugen genutzt werden.…”