Geklebte Verbundbauteile aus Holz und Beton für den Brückenbau

Holz-Beton-Verbundkonstruktionen werden im Hoch- und Brückenbau als ressourcenschonendes Baumaterial eingesetzt. Die gängigen Herstellungsverfahren nutzen metallische Verbindungen wie Schrauben oder Bolzen, wodurch in jedem Fall der Einsatz von Ortbeton erforderlich ist. Darauf verzichten Forschende des Fachgebiets Bauwerkserhaltung und Holzbau der Uni Kassel. Sie konnten stattdessen beweisen, dass es mit hochgefüllten Epoxidharzklebstoffen oder sogenanntem Polymermörtel möglich ist, großflächig verklebte Bauteile von mehreren Metern Länge herzustellen, die zudem für den Einsatz als Schwerlast-Brücken geeignet sind. „Die Klebetechnik bietet gegenüber herkömmlichen Verbindungsmittelmethoden viele Vorteile hinsichtlich der Tragfähigkeit und der Biegesteifigkeit. Besonders vorteilhaft ist an dieser Konstruktionsart zudem der Einsatz vorgefertigter Stahlbetonfertigteile zu nennen. Diese sind einfach handzuhaben, müssen auf der Baustelle nicht aushärten und sind in der Gesamtbetrachtung damit oftmals günstiger als herkömmliche Baumethoden“, beschreibt Jens Frohnmüller, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fachgebiets.

Bei den Versuchen zeigte sich auch, dass der neuartige Polymermörtel aufgrund seiner Zähigkeit beim Auftragen auf die Holzbalken besser zu handhaben ist als gängige Epoxidharzklebstoffe und auch Unebenheiten an den Oberflächen der Werkstoffe besser überbrücken kann. Zudem wird der Klebstoff nicht flächig, sondern in Streifen aufgetragen. So kann die Klebefläche an die auftretende Beanspruchung angepasst werden.

In Belastungstest hielten die Verbundbalken mit einer Spannweite von 8m einer Last von bis zu 446 Kilonewton stand. „Umgerechnet sind das etwa 45 Tonnen, also kann eine Brücke aus diesem geklebtem Holz-Beton-Verbund einen voll beladenen Schwerlasttransporter aushalten – oder etwa 30 VW-Golfs gleichzeitig“, erklärt Jens Fronmüller. Der Klebeverbund blieb bis zum endgültigen Versagen des Trägers immer vollständig erhalten. Für das endgültige Versagen war entweder ein Zugversagen des Holzes oder ein Druckversagen des Betons verantwortlich.

Darüber hinaus konnten die Forschenden zwei Berechnungsmodelle validieren. Mit diesen lassen sich alle wichtigen Eigenschaften der Verbundträger, insbesondere die konkrete Tragfähigkeit und das Verformungsverhalten vorhersagen. „Die Ergebnisse der Modelle stimmen mit den Ergebnissen aus den Versuchen sehr gut überein. Sie sind ein zuverlässiges Werkzeug, dass wir Ingenieuren an die Hand geben können, die mit dieser Methode arbeiten wollen. Die so verklebten Bauteile eignen sich gut für den Brückenbau zum Beispiel im Forst, wo sie oft schwere Lasten der Fahrzeuge aushalten müssen“, resümiert Prof. Werner Seim, Leiter des Fachgebiets.

Veröffentlichung:  https://link.springer.com/article/10.1617/s11527-021-01766-y

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. Werner Seim
Fachgebietsleitung Bauwerkserhaltung und Holzbau
Telefon:  +49 561 804-2625
E-Mail: wseim[at]uni-kassel[dot]de

Jens Frohnmüller, M. Eng.
Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Fachgebiet Bauwerkserhaltung und Holzbau
Telefon: +49 561 804-2685
E-Mail: frohnmueller[at]uni-kassel[dot]de