Durchlaufdecken in Holzleichtbeton-Verbundbauweise: Theoretische und experimentelle Untersuchung des Tragverhaltens

Abstract

Die heutzutage zunehmende Flexibilität in der Grundrissgestaltung eines zu planenden Gebäudes bringt möglichst stützenfreie Räume bzw. Deckenkonstruktionen mit größeren Spannweiten mit sich. Für diese geometrischen Randbedingungen werden Verbundkonstruktionen eingesetzt, wobei die verwendeten Werkstoffe so miteinander kombiniert werden, dass eine verbesserte Tragwirkung erzielt wird. Um mit klassischen Lösungen wie beispielsweise Stahl – Beton – Verbundkonstruktionen konkurrieren zu können, finden diesbezüglich auch im modernen Holzbau Entwicklungen statt. Derzeit werden im Rahmen eines Forschungsprojektes, vom Institut für Architekturwissenschaften | Fachbereich Tragwerksplanung und Ingenieurholzbau der TU Wien (ITI), mehrere Verbunddeckenkonstruktionen untersucht. Unter anderem wurde eine Holz – Beton – Rippendeckenkonstruktion entwickelt, welche den Kern dieser Arbeit darstellt. Dabei wird das Tragverhalten dieser Deckenkonstruktion experimentell, analytisch sowie numerisch untersucht. Nach der Durchführung einer Vorversuchsreihe in Form von Einfeld – Trägern, wurden die Ergebnisse mit Hilfe von analytischen Berechnungsverfahren evaluiert. Dadurch konnten im ersten Schritt das Tragverhalten der Verbundfuge sowie die Versagensmechanismen auf einem kritischen Lastniveau analysiert werden. Anhand eines dreidimensionalen numerischen Modells, war es dann möglich, die kritischen Bereiche unter Prüflastbedingungen zu bestätigen. Durch die Anpassung dieses Modells auf einen Zweifeld – Träger, konnte auch das Durchlaufverhalten dieser Konstruktion untersucht werden. Durch Vergleichsrechnungen konnte weiters gezeigt werden, dass die Beschreibung des Tragverhaltens der durchlaufenden Decke auch anhand eines praktikablen analytischen Modells erfolgen kann. Im Rahmen einer Parameterstudie durch das deskriptive numerische Modell, wurden einige Einflussgrößen ausgewählt sowie deren Auswirkungen auf das Tragverhalten der Deckenkonstruktion analysiert. Für eine zukünftige Ausführung dieser entwickelten Verbundkonstruktion, sowie für weitere Bauteilversuche, wurden dann abschließend Optimierungsvorschläge gemacht.

Nowadays the increasing flexibility, regarding floor plans of a modern building design, requires unsupported areas and higher slab – span widths. These geometrical boundary conditions are the reason for the application of composite construction elements. The specific combination of the composite partners realizes an improved load bearing effect. The competition between modern timber structure and conventional constructions like steel – concrete – composite products, is the driving force for the development of wood – composite solutions. Currently – within a research project – there are investigations going on concerning a number of slab – composite constructions, which take place at the Department of Architectural Sciences | Structural Design and Timber Engineering (ITI) at the Technical University Vienna. The object in this diploma thesis is an innovative ribbed / wood – concrete – composite slab construction. The main focus lies on the load bearing behaviour of this slab – system. For the description of the mechanical characteristics, several component tests and common calculation methods are used. After carrying out several bending tests, the results were evaluated by means of the already mentioned analytical calculation methods. This allowed to describe the load bearing behaviour of the composite system and the failure mechanisms at a critical load level. With the use of a three – dimensional numeric model, it was possible to confirm the critical stress areas under test load conditions. By the modification of this model, to a two – span – beam, the load bearing behaviour of this continuous slab construction could also be investigated. It was also shown by comparative considerations, that the bearing behaviour of this continuous system can also be described by a practicable analytical calculation model. By means of a parameter study with the descriptive numerical model, the influence of some selected variables on the bearing behavior were analyzed. Finally, some optimization proposals were made for the application of this developed composite construction.