Entwicklung gewichtsoptimierter funktional gradierter Elementdecken. Abschlussbericht.

Transkript

1 Forschungsinitiative Zukunft Bau F 2945 Entwicklung gewichtsoptimierter funktional gradierter Elementdecken. Abschlussbericht. Bearbeitet von Werner Sobek, Michael Herrmann 1. Auflage Taschenbuch. 163 S. Paperback ISBN Weitere Fachgebiete > Technik > Bauingenieurwesen > Konstruktiver Ingenieurbau, Baustatik schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 F 2945 Michael Herrmann, Werner Sobek Entwicklung gewichtsoptimierter funktional gradierter Elementdecken Fraunhofer IRB Verlag

3 F 2945 Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopie des Abschlussberichtes einer vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung -BMVBS- im Rahmen der Forschungsinitiative»Zukunft Bau«geförderten Forschungsarbeit. Die in dieser Forschungsarbeit enthaltenen Darstellungen und Empfehlungen geben die fachlichen Auffassungen der Verfasser wieder. Diese werden hier unverändert wiedergegeben, sie geben nicht unbedingt die Meinung des Zuwendungsgebers oder des Herausgebers wieder. Dieser Forschungsbericht wurde mit modernsten Hochleistungskopierern auf Einzelanfrage hergestellt. Die Originalmanuskripte wurden reprotechnisch, jedoch nicht inhaltlich überarbeitet. Die Druckqualität hängt von der reprotechnischen Eignung des Originalmanuskriptes ab, das uns vom Autor bzw. von der Forschungsstelle zur Verfügung gestellt wurde. by Fraunhofer IRB Verlag 2015 ISBN Vervielfältigung, auch auszugsweise, nur mit ausdrücklicher Zustimmung des Verlages. Fraunhofer IRB Verlag Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau Postfach Stuttgart Nobelstraße Stuttgart Telefon Telefax irb@irb.fraunhofer.de

4 Abschlussbericht Entwicklung gewichtsoptimierter funktional gradierter Elementdecken Universität Stuttgart Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr.h.c. Werner Sobek Verfasser: Dipl.-Ing. Michael Herrmann Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr.h.c. Werner Sobek Stuttgart, Juni 2014

5 Inhaltsverzeichnis 5 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... 5 Abkürzungsverzeichnis Einleitung Problemstellung Projektziele Arbeitsprogramm Entstehung der Gradientenwerkstoffe und -betone Stand der Forschung Anwendungsbereiche von Gradientenbeton Grundlagen Funktional gradierte Decken Funktional gradierte Außenwände Herstellungsverfahren für Bauteile aus gradiertem Beton Einleitung Schichtweises Gießen Gradientensprühtechnik Entwicklungsphasen der Gradientenbetontechnologie Weiterentwicklung der Gradientenbetonmischungen Ausgangssituation Gradientenbetonmischungen Weiterentwicklung der Kernmischung KLM Materialparameter Gradientenbetonmischungen Bemessung und analytische Betrachtungen zum Tragverhalten gradierter Betonbauteile Allgemeines Tragverhalten Biegung Querkraft Schubkraftübertragung in Fugen Nachweis der Schubkraftübertragung in Fugen nach EC Analytisches Modell der Schubspannungen in der Längsfuge infolge Schwindens Querschnittswerte im Zustand I und II Versuche an gradierten Bauteilen Skalierte Versuche Skalierung, Geometrie und Randbedingungen Versuche zur Biegetragfähigkeit... 39

6 6 Inhaltsverzeichnis Versuche zum Querkrafttragverhalten Versuche der Hauptausführung Ziele und Auslegung der Versuche Normative Grundlagen und Randbedingungen der Versuche Versuchsaufbau und Prüfablauf Versuchsserien und Ergebnisse Zusammenfassung der Versuchsergebnisse Numerische Betrachtungen zum Tragverhalten gradierter Betonbauteile Nichtlineare Materialtheorie Einleitung Materialmodell Beton Materialmodell Bewehrungsstahl und textile Bewehrung Materiell nichtlineare Simulation der Versuche Modellbildung Materialeingangsparameter Simulation der skalierten Versuche Simulation der Versuche der Hauptausführung Zusammenfassung der Simulationsergebnisse Ermittlung des Gradientenlayouts mithilfe numerischer Optimierungsverfahren Grundlagen der numerischen Optimierung Mathematische Beschreibung der Optimierungsaufgabe Lösungsverfahren des Optimierungsproblems Verfahren der mathematischen Programmierung - Approximationsverfahren Optimalitätskriterienverfahren Verwendete Lösungsverfahren Kopplung der Strukturoptimierung an die FEM Der SIMP-Ansatz in der Topologieoptimierung Gradientenlayout durch Topologieoptimierung Materiell nichtlineare Simulation der Optimierungsergebnisse Weiterführende Entwürfe gradierter Bauteile Zusammenfassung der Optimierungsergebnisse Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Ausblick Literaturverzeichnis

7 Inhaltsverzeichnis 7 Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang A Prüfverfahren A.1 Frischbetonprüfungen A.2 Festbetonprüfungen B Umrechnung von Betonkennwerten B.1 Umrechnung auf die einaxiale Druckfestigkeit B.2 Umrechnung der Betonzugfestigkeit B.3 Rechenwerte der Betondruck- und Betonzugfestigkeit C Materialkennwerte C.1 Premix Betonmischungen C.2 Konsistenz der Mischungen C.3 Mischtabelle Premix C.4 Bewehrungsmaterialien D Textile Bewehrung zum Einsatz in gradierten Betonbauteilen D.1 Grundlagen D.2 Zugtragverhalten von Textilbeton D.3 Untersuchte Materialien D.4 Versuche E Auslegung der Versuche in der Hauptausführung F Dokumentation der Versuche der Hauptausführung F.1 Herstellung F.2 Serie F.3 Serie F.4 Serie F.5 Serie F.6 Serie G Optimalitätskriterienverfahren unter Verwendung des SIMP- Ansatzes