HBVSens

Hybride Holzbrücken mit Klebverbund – Qualitätssicherung und Zustandserfassung mittels integrierter Sensoren (HBVSens)


Motivation und Problemstellung

Die stetig wachsende Verkehrsbelastung und der schlechte Bauzustand vieler Brückenbauwerke erfordern neben einem optimierten Erhaltungsmanagement zunehmend den Neubau von Brücken, um die Leistungsfähigkeit der Verkehrsinfrastruktur und die Mobilität zu erhalten. Straßenbrücken in Holz-Beton-Verbundbauweise (HBV) stellen ökologisch und ökonomisch sinnvolle Alternativen zu Brücken in konventionellen Massivbauweisen dar. Dies gilt insbesondere für baupraktisch häufig vorkommende Überbaustützweiten bis ca. 30 Meter. In den bisher in Deutschland errichteten HBV-Brücken wurde der Verbund zwischen Holz und Beton ausschließlich mit Hilfe mechanischer Verbindungsmittel (Dübelleisten, Kerven, HBV-Schubverbinder) realisiert. Ökonomische und mechanische Vorteile bietet die flächige Verbindung von Holz und Beton mit modernen Klebstoffsystemen bzw. Polymermörtel. Die Nutzung von Stahlbetonfertigteilen und die Vorfertigung im Werk ermöglichen bei dieser Technologie Zeit- und Kostenersparnisse bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität. Kürzere Bauzeiten vermindern die Verkehrsbehinderung und daraus resultierende Folgekosten. Vorteile im Vergleich zu reinen Holzbrücken sind – neben der aus dem Hochbau bekannten höheren Steifigkeit und Tragfähigkeit – der bei HBV-Brücken vorhandene konstruktive Holzschutz und der verbesserte Lastabtrag durch die Betonplatte. Eine praxisrelevante und kostenoptimierte HBV-Bauweise in Kombination mit dem Einsatz von auf nachwachsenden Rohstoffen basierten Klebstoffsystemen würde zu einer deutlichen CO2-Reduzierung im Infrastrukturbau beitragen.

Zielstellung des Vorhabens

Das Verbundvorhaben zielt darauf ab, eine neuartige HBV-Bauweise mit flächiger Verklebung zwischen Beton und Holz für den Brückenbau zu etablieren. Dies erfordert die Entwicklung einer baupraktisch robusten Herstellungstechnologie und Klebfugenausführung sowie die Erforschung des mechanischen Langzeitverhaltens der Klebfuge unter Temperatur- und Feuchteeinflüssen. Zur Detailanalyse wird ein neuartiger Sensoransatz erforscht, der auch zur Zustandsüberwachung genutzt werden soll. Zur Erreichung der Arbeitsziele von HBVSens werden die Kompetenzen der Kooperationspartner durch enge Zusammenarbeit innerhalb von drei Teilprojekten gebündelt.

Biegeversuch an einem HBV-Binder ausgestattet mit Messtechnik
Hybride Holzbrücken mit Klebverbund - Qualitätssicherung und SHM

Teilvorhaben 1: Entwicklung eines baupraktischen Klebfugendesigns und einer robusten Herstellungstechnologie

In Kooperation mit der Fachhochschule Erfurt und der MFPA Weimar (Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar) fokussiert die Professur Stahl- und Hybridbau in Teilvorhaben 1 die Erforschung des Verbundtragverhaltens unter Langzeitbeanspruchung infolge mechanischer und wechselnder thermischer Beanspruchung sowie auf die Entwicklung des optimalen Klebfugendesigns und einer robusten Herstellungstechnologie. Basierend auf experimentellen Untersuchungen mit integrierter Sensorik im Labor- und Bauteilmaßstab werden numerische Simulationsmethoden und Ingenieurmodelle kalibriert und weiterentwickelt, um Prognosen zum Langzeittragverhalten des Verbundes sowie Parameterstudien zum Gesamttragverhalten durchzuführen. Durch die Erarbeitung eines Bemessungsansatzes zusammen mit Empfehlungen für die baupraktische Umsetzung soll der Technologietransfer in die Baupraxis erleichtert werden. Die Praxistauglichkeit der Herstellungstechnologie und die Funktionstüchtigkeit des geklebten Holz-Beton-Verbundes werden anhand eines Großdemonstrators mit integrierter Sensorik überprüft. 

Projektpartner:

  • Bauhaus-Universität Weimar, Professur Stahl- und Hybridbau (Koordinator)
  • Fachhochschule Erfurt, Professur Ingenieurholzbau (Link)
  • Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar (Link)

Projektart:
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. im Förderprogramm "Nachwachsende Rohstoffe"
Antragsteller: Prof. Kraus, Prof. Simon, Prof. Könke

Förderdauer:
2022 - 2025