Torsionstragmodell zusammengesetzter Halbschalensegmente aus Beton auf Basis der Stabtheorie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Marx
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540759874

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines analytischen Berechnungsmodells zur Beschreibung des Torsionstragverhaltens zusammengesetzter Halbschalensegmente von vorgespannten Turmkonstruktionen mit trockenen Fugen. Das Modell soll auf Basis der Stabtheorie und unter Berücksichtigung der Nachbarsegmente die Torsionstragfähigkeit in der trocken ausgeführten Horizontalfuge realitätsnah erfassen. Um den Einfluss der versetzten Nachbarsegmente im Modell zu berücksichtigen, werden die Modellannahmen und -grenzen numerisch und versuchstechnisch validiert. Dazu werden für die verschiedenen Betrachtungsebenen nachfolgende Hypothesen formuliert, die im Rahmen des Projekts zur Erfassung der Einflüsse benachbarter Segmentpaare auf das Torsionstragverhalten bestätigt oder widerlegt werden: 1A) Die Nachbarsegmente beeinflussen ausschließlich die Verteilung der Schnittgrößenanteile in Form von Querkraft und Torsion, sodass die Lagerungsbedingungen des vereinfachten Stabmodells zunächst unberührt bleiben. 1B) Der Einfluss benachbarter Horizontalfugen klingt in Abhängigkeit des Verhältnisses von Außendurchmesser zu Segmenthöhe ab, sodass das vereinfachte Stabmodell unter Berücksichtigung der überlagerten Spannungsanteile aus den Nachbarsegmenten auch für eine Turmgeometrie mit mehreren Segmenten anwendbar ist. 1C) Der unstetige Normalspannungsverlauf infolge behinderter Querschnittsverwölbungen führt bei zunehmender Dekompression aus Gleichgewichtsgründen zu einer Verschiebung der Rotationsachse/Drehpunkts hin zu den „Druckspannungsnestern“ der jeweiligen Halbschale. 2A) Die horizontale Fugentragfähigkeit ist abhängig vom Normalspannungsverlauf in der Fuge, der sich im vollständig überdrückten Zustand bei einer globalen Torsionsbeanspruchung an einem monolithischen Turmabschnitt mit vertikalen Schlitzen bestimmen lässt. 2B) Die Teilschnittgrößen und resultierenden Normal- und Schubspannungsanteile sind unabhängig von den geometrischen Randgrößen, sodass ein Turmausschnitt mit nur drei Segmentebenen ausreicht, um die Kopplungseffekte der Nachbarsegmente zu erfassen. 2C) Im Vergleich zum Kreisringquerschnitt führt die behinderte Verwölbung der Halbschalen dazu, dass die Fugentragfähigkeit in Abhängigkeit von Reibbeiwert und Vorspannkraft erheblich reduziert wird. 3A) Der Einfluss geometrischer Unebenheiten der Kontaktflächen aus dem Schleifvorgang der Segmente auf die Normalspannungsverteilung infolge Vorspannung ist im Vergleich zum Kreisringquerschnitt erheblich geringer. 3B) Die überlagerten Spannungszustände benachbarter Halbschalenpaare infolge behinderter Querschnittsverwölbungen können durch Dehnungsmessungen versuchstechnisch erfasst werden. 3C) Das kaskadenartige Herausdrehen der einzelnen Halbschalen kann im Rahmen von Verformungsmessungen entlang der Segmentfuge als Grundlage für die Bestimmung der plastischen Torsionsgrenzlast der horizontalen Fugentragfähigkeit genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen