Prüfung und Analyse des Tragverhaltens

3D-gedruckte Stahlbetonbauteile

Die additive Fertigung (AF) bzw. der 3D-Druck mit Beton stellt für das Bauwesen eine äußerst innovative und zukunftsweisende Fertigungstechnologie dar. Zum einen wird durch die Verknüpfung mit moderner Informations- und Kommunikationstechnik eine automatisierte Herstellung, zum anderen eine sehr große Formenvielfalt, mit gleichzeitig hoher Wirtschaftlichkeit - auch bei kleinsten Stückzahlen - von (Stahl-)Betonbauteilen ermöglicht.

Während sich zurzeit die meisten Untersuchungen mit dem Betonmaterial befassen (z. B. Pumpbarkeit und Grünstandfestigkeit des Frischbetons) und hierzu schon einige Forschungsergebnisse vorliegen, müssen Untersuchungen hinsichtlich der Integration einer statisch erforderlichen (Stahl-)Bewehrung in den Druckprozess sowie Untersuchungen zum Last-Verformungs-Verhalten der gedruckten Bauteile intensiviert werden.

Am iBMB, Fachgebiet Massivbau der TU Braunschweig, wurden in Kooperation mit dem Institut für Tragwerksentwurf (ITE) der TU Braunschweig erste Betonstützen mit integrierter Stabstahlbewehrung mit der am ITE entwickelten AF-Technologie SC3DP (Shotcrete 3D Printing) gedruckt (Abb.). Die 3D-gedruckten Stahlbetonstützen wurden am iBMB, Fachgebiet Massivbau, zunächst hinsichtlich ihrer Herstellungsgenauigkeit und -integrität vermessen und dann unter einachsig exzentrischem Längsdruck geprüft. Im Vergleich zu einer konventionell hergestellten Stütze (Schalung und Rüttelbeton) zeigte sich, dass ein vergleichbares Last-Verformungs-Verhalten vorlag, jedoch größere Betonabplatzungen bei den 3D-gedruckten Stahlbetonstützen auftraten. Eine anschließende numerische Analyse des Last-Verformungs-Verhaltens mittels nichtlinearer Stabwerksberechnungen ergab, dass die Traglasten rechnerisch gut nachvollzogen werden können, wenn die realen Bauteilabmessungen entsprechend der oben genannten Vermessungsergebnisse berücksichtigt werden.

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