Seismische Beurteilung und Verstärkung von 3D Rahmenknoten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Josipa Bosnjak; Professor Dr.-Ing. Harald Garrecht, seit 1/2022
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445697424

Das Ziel dieses Projekts ist es zum einen ein praxistaugliches und verlässliches Modell zu entwickeln, mit dem 3D Träger-Stützen-Verbindungen von Stahlbetonrahmentragwerken, die nicht für Erdbebenlasten konstruiert wurden, simuliert werden können und mit dessen Hilfe die Tragfähigkeit unter seismischer Beanspruchung beurteilt werden kann. Dieses Modell soll zusätzliche horizontale Lasten berücksichtigen, die durch Deckenscheiben oder senkrecht anschließende Querträger entstehen und senkrecht zur Rahmenebene auf den Knoten einwirken. Zum anderen soll eine minimalinvasive, effiziente Methode zur Ertüchtigung solcher Rahmenknoten konzipiert und ein Modell für eine solche Ertüchtigungsmaßnahme entworfen werden, mit dem deren Effektivität und das Tragverhalten des verstärkten Knotens analytisch beurteilen werden kann. Die bisherige Forschung beschränkt sich hauptsächlich auf die zweidimensionale Betrachtung solcher Träger-Stützen-Verbindungen die nur in der Rahmenebene belastet werden ohne dabei die Einwirkung von Deckenscheiben oder Querträgern zu berücksichtigen. Die wenigen Studien zu diesem Thema zeigen aber eindeutig wie wichtig es ist diese zusätzlichen Einwirkungen bei der Beurteilung der Tragfähigkeit unter Erdbebenbelastung zu berücksichtigen. Für die Ertüchtigung von in einer Ebene belasteten unzureichend dimensionierten Rahmenknoten wurden vom Antragsteller und auch von anderen Forschern die sogenannte Fully Fastened Haunch Retrofit Solution (FFHRS) untersucht. Diese erwies sich als effiziente Lösung, wobei der Wirkungsgrad von der Steifigkeit der Rahmenelemente, des FFHRS selbst und der Steifigkeit der nachträglich montierten Anker abhängig ist. Da die Steifigkeit des Rahmenknoten maßgeblich durch die Deckenscheibe beeinflusst wird, reichen die bisherigen Untersuchungen an 2D Träger-Stützen-Verbindungen nicht aus um eine zuverlässige Ertüchtigungslösung zu entwickeln. Aus diesen Gründen sollen in diesem Projekt experimentelle Versuche an maßstäblichen Rahmenknoten durchgeführt werden um den Einfluss von Querträgern, Deckenscheiben und zusätzlich, senkrecht zur Rahmenebene wirkenden Kräften zu ermitteln. Die Experimente werden durch eine ausführliche numerische Parameterstudie ergänzt. Des Weiteren soll auch eine Ertüchtigung durch FFHRS an einem maßstäblichen Rahmenknoten untersucht werden. Um jedoch herauszufinden welches Ankersystem sich am besten zur Befestigung der FFHRS eignet und Informationen über deren Last-Verschiebungs- und Hystereseverhalten zu erlangen müssen zuerst Versuche unter seismischer Belastung durchgeführt werden. Dafür soll ein neues verschiebungskontrolliertes Verfahren genutzt werden. Am Ende wird, basierend auf den Ergebnissen, ein Mehr-Feder-Modell entwickelt, das das seismische Verhalten von bestehenden und mit FFHRS ertüchtigten Rahmenknoten darstellen kann. Dieses berücksichtigt den Einfluss von Deckenscheiben, Querträgern, zusätzlich, senkrecht zur Rahmenebene wirkenden Kräften und dem Verhalten der Anker.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Akanshu Sharma, bis 12/2021