Forschungsbericht 2011



Untersuchung zur Interaktion zwischen Stahlrohr und Betonkern bei Verbundstützen

Institut: B-4
Projektleitung: Uwe Starossek
Stellvertretende Projektleitung: Uwe Starossek
Mitarbeiter/innen: Nabil Falah
Laufzeit: 01.01.2003 — 31.12.2011
Finanzierung:Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH)

Betongefüllten Hohlprofilstützen besitzen aufgrund der Interaktion zwischen Stahlrohr und Betonkern zahlreiche Vorteile gegenüber gewöhnlichen Stahl- oder Stahlbetonstützen. Der aus der Ummantelung durch das Stahlrohr resultierende dreiaxiale Spannungszustand im Beton führt zu einer Erhöhung der dort aufnehmenbahren Normalkräfte. Gleichzeitig wird ein nach innen gerichtetes Beulen des Stahlrohrs durch den Betonkern verhindert. Damit verbessert sich die Tragfähigkeit des Bauteils.

In Rahmentragwerken oder Brücken werden vertikale Lasten normalerweise über Anschlüsse von den Balken auf die Stützen übertragen. Im Falle betongefüllter Hohlprofilstützen werden die Querkräfte von den Balken zunächst in das Stahlprofil eingeleitet. Im Anschlussbereich stellt sich dabei kein einheitlicher Dehnungszustand in Beton und Stahl ein. Die in diesem Zusammenhang veröffentlichten Versuchsergebnisse liefern keine ausreichenden Informationen über das tatsächliche Verbundverhalten in betongefüllten Hohlprofilstützen.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, die Übertragung der Kräfte zwischen den Stahlhohlprofilstützen und dem Betonkern durch Schubbolzen, insbesondere aber auch durch Reibung, anhand von Stützen verschiedener Abmessungen sowohl experimentell als auch theoretisch zu untersuchen. Dabei wird auch das Langzeitverhalten erforscht. Aufbauend auf der Elastizitätstheorie soll ein Ingenieurmodell erstellt werden, dessen Gültigkeit anhand der durchgeführten Versuche und mithilfe numerischer Modelle (Finite-Elemente-Methode) zu verifizieren.

Betongefüllten Hohlprofilstützen besitzen aufgrund der Interaktion zwischen Stahlrohr und Betonkern zahlreiche Vorteile gegenüber gewöhnlichen Stahl- oder Stahlbetonstützen. Der aus der Ummantelung durch das Stahlrohr resultierende dreiaxiale Spannungszustand im Beton führt zu einer Erhöhung der dort aufnehmenbahren Normalkräfte. Gleichzeitig wird ein nach innen gerichtetes Beulen des Stahlrohrs durch den Betonkern verhindert. Damit verbessert sich die Tragfähigkeit des Bauteils.

In Rahmentragwerken oder Brücken werden vertikale Lasten normalerweise über Anschlüsse von den Balken auf die Stützen übertragen. Im Falle betongefüllter Hohlprofilstützen werden die Querkräfte von den Balken zunächst in das Stahlprofil eingeleitet. Im Anschlussbereich stellt sich dabei kein einheitlicher Dehnungszustand in Beton und Stahl ein. Die in diesem Zusammenhang veröffentlichten Versuchsergebnisse liefern keine ausreichenden Informationen über das tatsächliche Verbundverhalten in betongefüllten Hohlprofilstützen.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, die Übertragung der Kräfte zwischen den Stahlhohlprofilstützen und dem Betonkern durch Schubbolzen, insbesondere aber auch durch Reibung, anhand von Stützen verschiedener Abmessungen sowohl experimentell als auch theoretisch zu untersuchen. Dabei wird auch das Langzeitverhalten erforscht. Aufbauend auf der Elastizitätstheorie soll ein Ingenieurmodell erstellt werden, dessen Gültigkeit anhand der durchgeführten Versuche und mithilfe numerischer Modelle (Finite-Elemente-Methode) zu verifizieren.

Publikationen

  • Uwe Starossek, Nabil Falah, Thomas Löhning: Numerical analyses of the force transfer in concrete-filled steel tube columns Structural Engineering and Mechanics, 35(2): S. 241-256, Mai 2010.
  • Nabil Falah: The Interaction of Steel Tube and Concrete Core in Concrete-Filled Steel Tube Columns. Promotion/Dissertation, Technische Universität Hamburg-Harburg, Schwarzenbergstraße 93, 21073 Hamburg, März 2010.