Zentrische Druckversuche an schlanken UHPC‐Stützen

Abstract

1 Einleitung Für das Bauwesen wurde schon des Öfteren das Potenzial aufgezeigt, welches sich durch die Verwendung von ultrahochfestem Beton (UHPC) ergibt. So sind deutlich schlankere Bauweisen denkbar und wurden, z. B. in Form von filigranen freigeformten Betonelementen, bereits umgesetzt. Eindrucksvolle Beispiele hierfür sind das Museum für die Zivilisationen Europas und des Mittelmeerraums (MuCEM) in Marseille [1], an dem sich viele feingliedrige UHPC-Konstruktionselemente finden lassen, und die grazile Bogenbrücke Footbridge of Peace in Seoul [1]. Mit der Verwendung von UHPC können bei geringerem Materialbedarf sogar größere Kräfte übertragen werden als mit herkömmlichen Betonen. Dies senkt zum einen den Verbrauch von natürlichen Ressourcen und eröffnet zum anderen neue architektonische Perspektiven für ein schlankeres, leichteres Bauen mit Beton. Allerdings ist auch offensichtlich, dass mit zunehmend schlankerer Ausführung der Bauteile deren Stabilitätsgefährdung steigt. Üblicherweise wird ein Stabilitätsversagen aufgrund des plötzlichen Eintretens ohne Vorankündigung als gefährlich angesehen. Bei Betonstützen wird diesem entgegengewirkt, indem eine große Sicherheit gefordert wird, aus der in der Regel eine recht hohe Bewehrungsmenge resultiert. Es wäre jedoch auch denkbar, die Stabilität schlanker Bauteile durch eine kraftflussgerechte Form zu erhöhen. Für Stützen ist die Grundlagenforschung hierzu Bestandteil des Teilprojekts "Querschnittsadaption für stabförmige Druckbauteile" des von der DFG geförderten Schwer-punktprogramms (SPP) 1542 "Leicht Bauen mit Beton" [2]. Die aus dem Teilprojekt resultierenden theoretischen Betrachtungen und Ergebnisse zur kraftflussgerechten Formgebung von knickgefährdeten, zentrisch gedrückten Stützen wurden bereits in Schmidt et al. [3] und in Schmidt & Curbach [4] vorgestellt. Erste Informationen zur experimentellen Verifizierung können [5] und [6] entnommen werden, eine Gesamtdarstellung der Untersuchungen ist derzeit in Arbeit. Bestandteil des vorliegenden Beitrages werden deshalb nicht Untersuchungen zu möglichen Variationen der Stützenform sein, sondern es werden Ergebnisse der zahlreichen Referenzversuche vorgestellt, die an Stützen mit konstantem quadratischem bzw. rechteckigem Querschnitt durchgeführt wurden. Insgesamt wurden 2014 29 UHPC-Stützen unterschiedlicher Schlankheit im Otto-Mohr-Laboratorium der TU Dresden geprüft. Neben dem Ziel, Vergleichswerte für die Versagenslasten der formveränderten Stützen zu ermitteln, sollten die Versuche auch der besseren Abschätzung der Tragfähigkeit in Abhängigkeit von der Schlankheit dienen. Für zentrisch gedrückte Stahlbetonstützen beschränken sich bereits bekannte Untersuchungen hierzu -zumindest wenn ein Teil der Versuche im tatsächlichen Knickbereich liegen soll -auf erstaunlich wenige recht alten Datums (Bach [7] im Jahre 1913, Baumann [8] zwischen 1930 und 1933 und Gehler [9] bzw. Gehler & Hütter [10] in den Jahren 1940-1942 und 1951-1952). Darüber hinaus sind aktuelle Forschungsprojekte an der TU Graz [11] bzw. [12] und...

Design optimization to increase the (buckling) stability of concrete columns

“…The value of the modulus of elasticity is essential for the stability of a column (Equation ). For more detailed information, see Reference . In Reference , the buckling behavior of UHPC columns are studied, characterized, and assessed on the basis of diverse tests.…”

“…While the elastic restraints on top and bottom of a column are the same, the optimized geometry can be calculated as a function of the column effective length factor (Figure , right). For more detailed information, see Reference . In Reference , the calculations, the torsional stiffness (as a spring), and the column‐effective length factor are explained, as well as the creation of optimized shapes according to the model column method.…”

“…For more detailed information, see Reference . In Reference , the calculations, the torsional stiffness (as a spring), and the column‐effective length factor are explained, as well as the creation of optimized shapes according to the model column method. For further information and explanations of the particular optimization and design steps, or for detailed information on the state of the art, see References .…”

“…In this context “buckling probability” describes the difference between Euler's critical load (Equation ) and the effective ultimate load, which can be calculated on the basis of the second‐order theory with an identical eccentricity. This relation is explained in detail in Reference with the help of diagrams. Consequently, practicable dimensions of columns could be applied with the use of UHPC, even if the column will buckle.…”

“…For more detailed information, see Reference . In Reference , the buckling behavior of UHPC columns are studied, characterized, and assessed on the basis of diverse tests.…”