Stahlbetonbalken bieten höhere Stoßfestigkeit

Die Arbeitsgruppe für Hochbautechnik an der Polytechnischen Universität Madrid (UPM), die zur Technischen Hochschule (ETSI) für Straßen-, Kanal- und Hafenbau der UPM gehört, hat ein Projekt zur Analyse der Stoßfestigkeit von Beton durchgeführt, um im Anschluss daran das Verhalten der Bauten zum Schutz vor Steinschlag zu untersuchen.

Unter der Leitung von Professor Carlos Zanuy Sánchez konnte Arbeitsgruppe im Labor für Bauelemente Fallversuche auf Betonbalken mit einer Freifallmaschine durchführen. Diese vom spanischen Unternehmen Servosis entwickelte Maschine ist mit piezoelektrischen Kraftaufnehmern des Typs CFW von HBM (CFW-190 und CFW-700) ausgestattet, um Kräfte mit größtmöglicher Präzision messen zu können. Da Stahlbetonbalken die Energie eines Stoßes nicht gut absorbieren können, sind sie üblicherweise anfällig für Scherbrüche. Mit den Tests sollte deshalb festgestellt werden, ob sich die Festigkeit durch die Verwendung von Betonbalken mit einer Metallfaserverstärkung verbessern lässt.

Aufgabenstellung

Die Arbeitsgruppe für Hochbautechnik an der Polytechnischen Universität Madrid (Universidad Politécnica de Madrid, UPM) führt verschiedene Forschungsprojekte im Bereich Hochbautechnik durch, beispielsweise zur Untersuchung der Stoßfestigkeit von Stahlbetonbalken (gegenüber Steinschlag). Dazu muss sie über die neueste Technologie zum Erfassen und Speichern von Kräften und Beschleunigungen verfügen.

Lösung

Im Labor für Bauelemente (Laboratorio de Estructuras) der Universität Madrid wurde eine vom Unternehmen Servosis entwickelte Freifallmaschine aufgestellt, die mit piezoelektrischen Kraftaufnehmern des Typs CFW von HBM (CFW-190 und CFW-700) ausgestattet ist, um Kräfte mit der höchst möglichen Präzision messen zu können.

Ergebnis

Die Freifallmaschine mit den CFW-Aufnehmern bot den Forschern der UPM die Möglichkeit, die einschlägigen Prüfungen durchzuführen und nachzuweisen, dass die metallfaserverstärkten Balken eine bessere Energieabsorptionsfähigkeit bieten und dadurch einen Scherbruch vermeiden können.

Versuche mit einer Freifallmaschine

Die Tests wurden mit sieben Betonvarianten und drei Fasertypen durchgeführt: 0 (ohne Faser), 0,5 Prozent und 1 Prozent. Die 2000 mm langen, rechteckigen Balken (125 mm breit und 250 hoch) wurden dem Aufprall einer Stahlmasse von 200 kg (mit einem Kontaktradius von 29 mm) aus einer Höhe von 1,75 Metern mit einer Geschwindigkeit von 5,9 m/s ausgesetzt. Die Ergebnisse der Versuche mit der Maschine von Servosis, bestückt mit Messtechnik von HBM, haben den Nachweis erbracht, dass abhängig vom Fasertyp ein Scherbruch vermieden und somit die Sicherheit erhöht werden kann. Die Aufnehmer von HBM mit einer Empfindlichkeit von 4,3 pC/N boten die Gewähr, dass der Stoß und die Reaktionskräfte mit der geforderten Genauigkeit aufgezeichnet werden konnten. Außerdem wurden die Vertikalbeschleunigung und das Gewicht der Stahlkugel mithilfe piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer (PCB 353B14) mit einer Empfindlichkeit von 5 mV/g bestimmt.

Persönliche Unterstützung

Bei ihrer Entscheidung für HBM waren für die Arbeitsgruppe für Hochbautechnik der UPM und für Servosis nicht nur das Vertrauen in die Produkte ausschlaggebend, sondern auch die Unterstützung der Experten von HBM bei der Entwicklung einer auf die spezifischen Anforderungen des Projekts zugeschnittenen Lösung.

„HBM hat sich während des Konstruktionsprozesses der Freifallmaschine unser Vertrauen sowohl durch die messtechnischen Produkte selbst als auch durch die gute Zusammenarbeit bei der Auswahl der geeigneten Produkte für die Erzielung des bestmöglichen Ergebnisses erworben“, bestätigt Joaquín Gonzalo, Geschäftsführer und technischer Leiter von Servosis

Präzision und Zuverlässigkeit

Die innovativen Produkte von HBM haben die strengen Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Qualität mit einer flexiblen und einfach zu installierenden Lösung übertroffen. Die piezoelektrischen Ringe mit großen Abmessungen und Nennkräften von 190 und 700 kN zeichnen sich durch eine hohe Überlastfähigkeit ohne Verluste bei Genauigkeit und Auflösung aus. Für die Erforschung des Verhaltens von Bauelementen gegenüber Stoßbelastungen ist der experimentelle Vergleich unverzichtbar.

„In diesem Projekt ist es uns gelungen, die Stoßfestigkeit und die Energieabsorptionsfähigkeit der getesteten Elemente quantitativ zu bewerten. Eine entscheidende Voraussetzung dafür waren die Sensoren von HBM mit ihrer hohen Zuverlässigkeit im Bereich hoher Verformungsgeschwindigkeiten“, wie Carlos Zanuy Sánchez betont.

Diese Aufnehmer werden zudem durch verschiedenes Zubehör, Ladungsverstärker, Datenerfassungssysteme und Messtechnik-Software unterstützt, falls eine vollständige Messkette aufgebaut werden muss. Nach dieser erfolgreichen Zusammenarbeit wollen die Arbeitsgruppe für Hochbautechnik der UPM, Servosis und HBM ihre Kräfte auch bei künftigen Forschungsvorhaben bündeln.


 

 

Dieses Video zeigt Versuche zur Stoßfestigkeit von Stahlbetonbalken mit einer Freifallmaschine


Der Kunde

Die Arbeitsgruppe für Hochbautechnik der UPM

Die Arbeitsgruppe für Hochbautechnik der UPM gehört zum Fachbereich Kontinuumsmechanik und theoretische Grundlagen des Hochbaus der Technischen Hochschule (ETSI) für Straßen-, Kanal- und Hafenbau an der Polytechnischen Universität Madrid (UPM). Neben der Lehrtätigkeit in den Grund- und Fortgeschrittenenkursen für künftige Bauingenieure an der Ingenieurhochschule für Straßenbau führt diese Gruppe Forschungsprojekte im Bereich Hochbau durch. Zu ihren Zielen gehören auch die Förderung der Hochbautechnik als grundlegende Disziplin des Bauingenieurwesens sowie hochspezialisierte Dienstleistungen für öffentliche und private Auftraggeber.

Servosis

Das spanische Unternehmen Servosis hat sich seit seiner Gründung 1988 auf Konstruktion, Entwicklung und Herstellung von Prüfmaschinen sowie elektronischen und mechanischen Systemen für Qualitätskontrolle und Materialanalyse, Servosysteme, Steuerungen von industriellen Prozessen und Maschinenanlagen, Robotertechnik, Mess- und Datenerfassungssysteme spezialisiert.

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