Manuel Koob

• Mit dem Ziel eine ressourcenschonende Fachwerkstruktur zu entwickeln und die Wirtschaftlichkeit und Effizienz eines Hybridturms für Windenergieanlagen zu optimieren, wurde an der TH Mittelhessen eine neuartige Turmkonstruktion untersucht. Für den sogenannten Hybrid²-Turm wird in der vorliegenden Arbeit die Verankerung von Stahlbauteilen mittels Betondübeln in wandartigen Bauteilen vorgestellt. Die Fachwerkstruktur des Hybrid²-Turms besteht aus herkömmlichen Stahlwalzprofilen, welche mit Hilfe von Verbunddübeln in Betonelementen kraftschlüssig verankert werden. Dabei kommen in die Stahlprofile geschnittene klothoidenförmige Ausnehmungen als Betondübel zum Einsatz. Herkömmliche Befestigungen mit Ankerplatten aus Kopfbolzen bieten durch den Schweißvorgang erhebliche Nachteile, insbesondere in ermüdungsbeanspruchten Bauteilen. Bei der Betonage der Betondübel werden die Ausnehmungen mit Beton gefüllt, bilden eine leistungsfähige Verdübelung und sichern den Verbund zwischen Stahlträger und Beton. Durch die Umschnürung des Betons in den Ausnehmungen und der daraus entstehenden Querdehnungsbehinderung kann der Beton hohe Tragfähigkeiten aufweisen. Entgegen aktuellen Forschungsarbeiten, Betondübel als kontinuierliches Verbundmittel in z.B. Brückenbauwerken oder Verbunddecken einzusetzen, wird in dieser Arbeit der Betondübel als punktuelle Verankerung untersucht. Das duktile Tragverhalten dieser Verankerung wird dabei über die Bewehrungsführung sichergestellt. Der untersuchte Knotenpunkt in Kombination mit einer geringen Wandstärke ist nicht Gegenstand europäischer Normen oder bauaufsichtlich zugelassen. Zur Untersuchung der Verankerung von Stahlbauteilen mittels Betondübeln werden in der vorliegenden Arbeit zunächst Push-Out-Versuche durchgeführt. Um das Tragverhalten am Turm besser abzubilden, wurden eigene Pull-Out-Versuche und Push-Out-Versuche an dünnwandigen Bauteilen entwickelt. In den durchgeführten experimentellen Untersuchungen und numerische Berechnungen stellt sich ein kegelförmiger Betonausbruch als maßgebendes Traglastkriterium heraus. Eine auf Basis der Experimente und der validierten numerischen Berechnungen entwickelte empirische Formel ermöglicht es das Traglastniveau beim Betonausbruch zu bestimmen. Darauf aufbauend wird ein Vorschlag zur Berücksichtigung der Bewehrung im Ausbruchkegel und eine mögliche Traglaststeigerung der Verankerung vorgestellt. Die hergeleiteten Ingenieurmodelle ermöglichen es die Tragfähigkeit und die erforderliche Bewehrung bei einer unter Zug belasteten Verankerung mit klothoidenförmigen Betondübeln an dünnwandigen Bauteilen zu bestimmen.