Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten von Verbundfugen mit Kopfbolzendübeln

Moderne Hybridkonstruktionen unterliegen immer höheren Anforderungen an Effektivität und Leistungsfähigkeit. Diese Leistungsfähigkeit wird durch das Trag- und Verformungsverhalten der Tragelemente sowie vom Verformungsvermögen der Verbundfuge mitbestimmt. Die Entwicklungsanforderungen an Sicherheit und Wirtschaftlichkeit verlangen ein tieferes Verständnis der Tragmechanismen, um die Verformbarkeit der Tragelemente zu betrachten. In dieser Arbeit wird ein Berechnungskonzept entwickelt, dass auf die Verformbarkeit in der Verbundfuge (mit und ohne Abheben) aufbaut. Für die Erstellung dieser Berechnungsmethode waren erweiterte Kenntnisse und Erfahrungen über die Verformungsmechanismen erforderlich. Behandelt sind der Verbundbau, die Werkstoffe und Verbindungsmittel, das nichtlineare Materialverhalten, die Befestigung von Kopfbolzendübeln, sowie das Trag- und Verformungsverhalten und die Ermittlung der Bemessungswerte für eine effizientere Konstruktion.
In dieser Arbeit wurden zahlreiche experimentelle Untersuchungen an Verbundkonstruktionen (Push-out, Pull-out, Verbundträgerversuche, Reibversuche etc.) bezüglich des Einflusses von Verformungen und des Tragverhaltens durchgeführt. Neben der unterschiedlichen Steifigkeit der tragenden Bauteile (Betonplatte, Kopfbolzen und Stahlträger), wurden interne statisch unbestimmte Systeme und Querschnittsgeometrieberechnungen für ein elastisches Tragverhalten der Verbundfuge behandelt. Die Verformbarkeit der Verbundfuge stellt einen eigenen Grenzzustand für den Verbundträger dar.
Numerische Untersuchungen lieferten zusätzliche Informationen über das Tragverhalten. Ein analytisches Modell wurde entwickelt, das auf der Differenzialgleichung für die elastische Verbundwirkung basiert, um die Gleit- und Dehnungsverteilung im Verbundträger zu beschreiben.
Als Ergebnis lieferten die Versuchsbeobachtungen ein Abheben der Betonplatte vom Stahlträger. Der beobachtete Effekt wurde mittels neuen Herleitungen von Differenzialgleichung unter Berücksichtigung von Federsteifigkeiten in mehreren Richtungen (Kopfbolzendübel als Verbundmittel) erzielt. Für die Differenzialgleichung wurden Gleichgewichtsbedingungen für ein verformtes infinitesimales Balkensegment aufgestellt. Die iterative Lösung konnte durch einen genetischen Evolutionsalgorithmus unterstützt werden. Um der Optimierung des Raumes auf mögliche Lösungen abzugrenzen, wurden Durchgänge von mehreren Generationen für eine numerische Lösung genutzt. Wesentlich für die Berechnung sind die vorgegebenen Randbedingungen. Diese Information schafft letztendlich ein System von Gleichungen zur Betrachtung des Bauteilverhaltens.