Im Stahlbau können bei zyklisch beanspruchten Konstruktionen unvorhergesehene Ermüdungsschäden auftreten, die Instandsetzungsmaßnahmen notwendig machen. Die Klebtechnik stellt hierbei eine vielversprechende Alternative zu den klassischen Ertüchtigungsmethoden dar.
Ziel des Forschungsvorhabens war daher die Entwicklung und Analyse von Konzepten zur klebtechnischen Ertüchtigung von Ermüdungsschäden durch den Einsatz aufgeklebter „Stahlpflaster“ (Patches) für Konstruktionen des Stahlbaus unter Berücksichtigung definierter baustellenspezifischer Einsatzbedingungen.
Im Rahmen des abgeschlossenen Forschungsprojektes StressPatches wurde die Ertüchtigung stahlbautypischer Kerbdetails durch aufgeklebte Stahlpflaster untersucht. Hierzu wurden zunächst die Randbedingungen sowie Dehnraten aus realen Brückenbeanspruchungen, Bauteiltoleranzen und Belastungen auf die Klebung aus der Umgebung festgelegt. Anhand eines Lasten- und Pflichtenheftes wurden mehr als zehn Klebstoffe von der Industrie identifiziert und bereitgestellt, die in ersten Untersuchungen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit und Endeigenschaften untersucht wurden. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden zwei kalthärtende Epoxidharzklebstoffe und ein Polyurethanklebstoff zur weiteren Untersuchung ausgewählt und in Versuchen zu Möglichkeiten der Vorbehandlung, zum Aushärteverhalten unter Umgebungsbedingungen und zur beschleunigten Aushärtung validiert.
Die sanierten Kerbdetails mit Aufpflasterungen wurden dann anhand quasi-statischer und zyklischer Kleinbauteil-, Bauteil- und Großbauteilversuche experimentell geprüft. Analytische und numerische Untersuchungen dienten zur Parameteridentifikation, Nachrechnung und Optimierung der Versuche sowie zur Ableitung eines (Vor-)Bemessungskonzeptes.
Bei der Herstellung der Proben wurde deutlich, dass für das Fügen der Bauteile unterstützende Montagehilfen notwendig sein werden, die zukünftig zu entwickeln sind.
Des Weiteren konnte das Potential des Einsatzes faseroptischer Sensoren in Bezug auf ein Bauwerksmonitoring nachgewiesen werden. Auf Basis der im Fokus stehenden Klebstoffe wurden dann verschiedenste Fertigungskonzepte und Prozessabläufe be-trachtet und diskutiert, und die Optionen auch in der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung berücksichtigt.
In Anbetracht aller Ergebnisse wurde ein Vordimensionierungskonzept erstellt. Es wurde gezeigt, dass das Aufkleben von Stahlblechen an einem Brückenbauwerk über das Potential verfügt, die Entwicklung möglicher Schäden in Form von Rissen deutlich zu beschränken.
Diese Ergebnisse stehen jetzt den KMU aus den Bereichen der Ingenieurdienstleister und Planer zur Verfügung.
Gleichzeitig besteht die Notwendigkeit weiterer Forschung, um die Umsetzung an realen Bauwerken zu ermöglichen. Hierzu wurde ein weiterer Forschungsantrag gestellt und zur Bewilligung in Aussicht gestellt sowie ein ZIM Projekt bewilligt.
Der Abschlußbericht steht in Kürze bei der FOSTA sowie den Forschungseinrichtungen zur Verfügung.
FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V.
Das IGF-Vorhaben 19963 N der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
