Investigation of the composite action between steel and concrete of innovative small-scale pin-shear-connectors
Production Automation and Assembly Technology
Final Report Abstract
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde der Verbund zwischen Stahl und Beton über kleinskalige Pin-Verbundmittel untersucht. Dazu wurde zunächst das Formungsverhalten (Durchmesser, Höhe, Fuß- und Kopfausbildung) der Pin-Strukturen ohne Betonzusatz für zwei Stahl-Werkstoffe experimentell und numerisch detailliert betrachtet. Die so gewonnenen Pin- Strukturen wurden metallografisch und durch werkstoffspezifische Untersuchungen bewertet sowie durch experimentelle und numerische Iterationsdurchführungen optimiert. Anhand von 360 reproduzierbaren Versuchsreihen gelang es Pins mit einer maximalen Höhe von hPin = 5,1 mm herzustellen. Das Trag- und Verformungsverhalten der Pin-Strukturen als Verbundmittel in Stahl-Beton-Verbundkonstruktionen wurde experimentell und numerisch anhand von kleinformatigen Abscher- , Torsions- und Auszugsversuchen sowie Bauteilversuchen (Verbundträger und –platten) untersucht. Ein besonderes Augenmerk im Versuchsprogramm galt der Entwicklung des Torsionsversuches, mit dem es möglich ist den Einfluss des Pin-Abstandes in Kraftrichtung zu untersuchen. Generell haben die Untersuchungen eindrucksvoll gezeigt, dass die Pin-Strukturen als Verbundmittel zur Übertragung der inneren Kräfte zwischen den Teilquerschnitten in Stahl-Beton-Verbundkonstruktionen und ein Einsatz in dünnen Betonplatten als Alternative zum Kopfbolzendübel geeignet sind. Allerdings ist die Verformbarkeit der Pin-Strukturen noch nicht ausreichend groß, um für alle Anwendungsbereiche das erforderliche duktile Bauteilverhalten zu erzielen. Dies ist zum einen auf die begrenzte Pin-Höhe von bislang maximal hPin = 5,1 mm und zum anderen auf das spröde Abscheren der Baustahl-Pins zurückzuführen. Die anhand von experimentellen und numerischen Untersuchungen gewonnenen Ergebnisse belegen das große Potenzial und die grundsätzliche Eignung geschweißter Pins für die Verbundsicherung in Stahl-Beton-Verbundkonstruktionen. Die hier vorgestellten Erkenntnisse, sind ein erster vielversprechender Schritt zur Entwicklung dünnwandiger Verbundkonstruktionen. Um das große Potenzial dieser Bauweise zu erschließen sind allerdings weitere Untersuchungen zur Steigerung der Duktilität und zur Weiterentwicklung der Bemessungsmodelle notwendig.
Publications
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