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Hybride Grout-Verbindungen für Stahlbaukonstruktionen (HybridGrout, P 1307)

Hybride Grout-Verbindungen für Stahlbaukonstruktionen (HybridGrout, P 1307)
Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias Albiez

Projektgruppe:

Kleb- und Fügetechnik

Förderung:

FOSTA, AiF

Partner:

Fraunhofer IFAM, Klebtechnik und Oberflächen

Laufzeit:

2018 - 2021

HybrideFügeVerbindung

Zu Herstellung von Rohrsteckverbindungen, beispielsweise beim Bau von Gründungsstrukturen von Windenergieanlagen, werden Groutverbindungen eingesetzt. Dabei wird der zylindrische Fügespalt, der in seiner Fugenweite gezielt zum Ausgleich von Bauteiltoleranzen dimensioniert wird, mit einem hochfesten Feinkornmörtel vergossen.

Bei der Inspektion von gegrouteten Monopileverbindungen wurden jedoch häufig erhebliche, auf einen Verlust des Haftverbundes zurückführbare, Relativverschiebungen der gefügten Bauteile festgestellt. Zur Verbesserung der Verzahnung werden mechanische Schubrippen auf die Fügeteiloberflächen geschweißt. Die Schweißnähte stellen jedoch Ausgangspunkte von Ermüdungsrissen dar, eine konzentrierte Lasteinleitung im Bereich der Schubrippen schädigt den Vergussmörtel.

 

Ziel des Forschungsprojektes ist die systematische Untersuchung einer neuartigen Groutverbindung. Diese Verbindung besteht aus mehreren Schichten: Dünnschichten aus Strukturklebstoffen sorgen für die Haftung auf den Fügeteiloberflächen. Dabei versiegelt der Klebstoff gleichzeitig die Stahloberflächen und wirkt korrosionsschützend. Der Verbund zwischen Klebschicht und Grout wird über ein eingestreutes Granulat erzielt. Diese Fertigungsschritte können unter kontrollierten Bedingungen vorab im Herstellwerk erfolgen. Zuletzt wird die eigentliche Verbindung mit Vergussmörtel in situ erzeugt. Versuche zeigen eine hohe Tragfähigkeit der hybriden Verbindung bei sehr geringer Streuung der Versuchsergebnisse. Die hybride Verbindung kann eine leistungsfähige und wirtschaftliche Alternative zu den üblichen Fügeverfahren Schweißen und Schrauben darstellen und in vielen Anwendungsgebieten des Stahlbaus eingesetzt werden.

Im Einzelnen werden die nachfolgenden Untersuchungsschwerpunkte gesetzt:

  • Auswahl und Charakterisierung geeigneter organischer (Strukturklebstoffe) und anorganischer (Vergussmörtel, Einstreugranulat) Werkstoffe für die Fügespaltfüllung
  • Detaillierung und Optimierung der konstruktiven Ausbildung der Verbindungsgeometrie sowie des Fertigungskonzeptes
  • Experimentelle Untersuchung des Trag- und Versagensverhaltens der hybriden Grout-Verbindung unter statischer und ermüdungswirksamer Beanspruchung sowie nach Auslagerung
  • Entwicklung eines Bemessungsmodells für die Auslegung hybrid gegrouteter Verbindungen sowie Validierung des Rechenmodells anhand von Großbauteilversuchen