Experimentelle und numerische Untersuchungen zu hybriden Grout-Verbindungen

Die vorliegende Arbeit hat die Analyse der Tragfähigkeit hybrid gefertigter Groutverbindungen zum Thema. Die hybride Groutverbindung ist eine Hohlprofil-Steck-Verbindung und definiert sich durch einen mehrschichtigen Aufbau. Im Ringspalt zwischen den Fügeteilen liegen neben der anorganischen Groutschicht auf den Fügeteiloberflächen organische Dünnschichtklebungen vor. Auf diese ist ein Granulat aufgebracht, welches einen flächigen Formschluss zwischen Grout und Klebschicht ermöglicht. Zwischen Klebschicht und Fügeteil erfolgt die Lastübertragung durch Adhäsion.
Anhand experimenteller und numerischer Untersuchungen wird im Rahmen dieser Arbeit die axiale Tragfähigkeit analysiert. ... mehr
Im Rahmen der Arbeit stellt sich als fundamentale Erkenntnis heraus, dass die hybride Groutverbindung erhebliche Belastungen übertragen kann. Die an dünnen Zugscherproben ermittelte Schubfestigkeit des Klebstoffes kann voll ausgenutzt werden. Die Streuung der Ergebnisse innerhalb der insgesamt 14 Versuchsreihen fällt gering aus. Der Variationskoeffizient liegt im Mittel bei υ = 5,5 %.
Auf Basis der experimentellen Untersuchungen kann die Abhängigkeit der Traglast von verschiedenen Parametern festgestellt werden. Hervorzuheben sind hier der lineare Zusammenhang zwischen Überlappungslänge und Traglast und der erhebliche Einfluss der Innenrohrwandstärke auf die Tragfähigkeit. Die Verbindung ist unempfindlich gegenüber eingebrachten Imperfektionen. Sowohl eine Schiefstellung als auch eine Ausmitte nehmen keinen Einfluss auf das Tragverhalten und die Bruchlast. Der Einsatz einer Stahlgitterbewehrung in der Groutschicht stellt sich als unwirksam heraus.
Anhand der zusätzlich durchgeführten numerischen Untersuchungen können Einblicke in das komplexe Tragverhalten gewonnenen werden. Wie bei Grout-Verbindungen mit Schubrippen bilden sich Druckstreben im Grout aus. Der wesentliche Unterschied zeigt sich jedoch in der Anzahl und Verteilung der Druckstreben. Während bei Verbindungen mit Schubrippen einzelne, klar definierte Druckstreben mit hoher Belastung vorliegen, bilden sich bei der hybriden Groutverbindung über die gesamte Überlappungslänge eng beieinander liegende Druckstreben aus. Durch die flächige Lasteinleitung bilden sich hier keine Spannungsspitzen aus. Weitere numerische Untersuchungen zeigen, welchen Einfluss verschiedene Faktoren auf die Spannungsverteilung im Grout haben. Zu unterstreichen sind die folgenden Aspekte: Die auftretende Zugspannung wird durch eine Veränderung der Wanddicke des Innenrohres erheblich beeinflusst. Besteht das Innenrohr aus einem Material mit geringem Elastizitätsmodul, bildet sich am Überlappungsanfang eine Zugspannungskonzentration aus, welche zu einem Versagen bei geringer Last führt.

The core content of this scientific paper is the analysis of hybrid grouted connections. The axial load-bearing capacity is analyzed through experimental and numerical investigations.
The hybrid grouted connection is a coaxial overlap joint. It is defined by its multi-layer structure. The annular gap consists of the grout layer and an adhesive layer on each component. A granulate is applied on these layers. This enables form lock on the whole surface of components. The load between the adhesive layer and the component is transferred by adhesion.
Experimental and numerical investigations are used to analyze the axial load-bearing capacity. ... mehrThe key finding of the paper at hand is the performance and the reliability of the hybrid manufactured grouted connection. The bonding strength of the used adhesive, which is determined by thin tensile shearing experiments, can fully be exploited. The scattering of the measurement values amounts to υ = 5.5 %.
On the basis of the experiments the dependence of the load-bearing capacity on several parameters can be identified. Noteworthy is the linear relation between the overlapping length and load-bearing capacity. The thickness of the inner tube has a substantial impact on the load-bearing capacity. The connection is insensitive to manufactured imperfections. Both, an inclination and an eccentricity take no effects on the load-bearing capacity and behavior. The use of a steel grid reinforcement in the grout turns out to be in effective.
The supplemental numerical analysis provides insights into the complex load-bearing behavior. Comparable to grouted connections with shear keys, compression struts form in the grout. Whereas in the case of connections with shear keys there are individual, clearly defined struts with high stresses, in the case of hybrid grouted connections the struts lie closely together and form over the entire overlap length. Due to this the stress gets distributed more even. An additional numerical analysis shows the effect of certain factors on the stress distribution in the grout layer. Particularly the following aspects should be shown: The tensile stress is substantially affected by the thickness of the inner tube. If the inner tube consists of a material which is characterized by a lower modulus of elasticity high tensile stresses arise at the beginning of the overlap. These induce failure at a lower load.