Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Schubtragfähigkeit von Ziegelmauerwerk
Forschungsprojekt der Forschungsgemeinschaft der Ziegelindustrie e.V. (FGZ)
Projektnummer
AiF 15211 N
Projektförderer
BMWi über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF)
Durchführung
Institut für Ziegelforschung Essen e.V. (IZF)
Projektleiter
Dr.-Ing. Michael Roßbach
1 Hintergrund
Ziel des Forschungsvorhabens war die genauere Beschreibung des Tragverhaltens von Mauerwerk aus Hochlochziegeln unter Schubbeanspruchung. Grundlage hierfür bildete die Festlegung von Stoffgesetzen, insbesondere zur Beschreibung des Nachbruchverhaltens der Baustoffe, die in Kleinprüfkörperversuchen bestimmt wurden. Unter Ansatz dieser Stoffgesetze wurde in numerischen Simulationen und vergleichenden Schubversuchen das Schubtragverhalten systematisch untersucht.
2 Problemstellung
Die Tragfähigkeit von Ziegelmauerwerk unter Schubbeanspruchung wird maßgeblich durch die Festigkeitseigenschaften der Mauerziegel unter Zug- und Druckbeanspruchung beeinflusst. Die derzeit im deutschen und europäischen Regelwerk verankerten Bemessungsverfahren spiegeln das tatsächliche Schubtragverhalten von Mauerwerk nur ungenügend wider. Grundlage für die genauere Beschreibung des Schubtragverhaltens, insbesondere auch des Nachbruchverhaltens, bildet die Bestimmung der Stoffgesetze der Mauersteine unter Zug- und Druckbeanspruchung sowie des Verbundes zwischen den Mauersteinen und dem Dünnbettmörtel unter Zug- und Scherbeanspruchung.
3 Vorgehensweise
Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurden experimentelle und theoretische Untersuchungen durchgeführt, die zukünftig eine genauere Berechnung der Schubfestigkeit unter Vermeidung von kostenintensiven Elementprüfungen ermöglichen und die Basis für die Herleitung von analytischen Berechnungsverfahren bilden sollen. Teilweise wurden die Stoffgesetze direkt aus den experimentellen Untersuchungen abgeleitet, teilweise erfolgte die Bestimmung invers durch numerische Simulation der durchgeführten Untersuchungen. Es wurden ein im Rahmen des auf europäischer Ebene durchgeführten Forschungsprojektes ESECMaSE für schubbeanspruchtes Mauerwerk optimierter Hochlochziegel mit durchgehenden Längsstegen (Hochlochziegel A) sowie ein handelsüblicher Mauerziegel (Hochlochziegel B) mit versetzter Steganordnung ausgewählt. Diese wurden ausschließlich mit einem auf die Mauersteineigenschaften abgestimmten Dünnbettmörtel kombiniert.
4 Ergebnisse
In den experimentellen Untersuchungen zur Schubtragfähigkeit zeigte sich kein deutlicher Einfluss des Lochbildes. Mauerwerk aus Ziegeln des Typs B mit einer höheren Zugfestigkeit in Ziegellängsrichtung wies bei allen Normalkraft-Geometrie-Verhältnissen eine etwas höhere Schubtragfähigkeit auf. Die aufnehmbaren Horizontalkräfte lagen in der Größenordnung, die bereits aus Versuchen im Rahmen des EU-Forschungsprojekts ESECMaSE bekannt ist.
Es konnte festgestellt werden, dass ein halbsteiniges Überbindemaß ü = 0,5 l im Vergleich zu einem Überbindemaß von ü = 0,4 h die Höhe der maximal aufnehmbaren Horizontallast nicht beeinflusst.
Die zehn Schubversuche an geschosshohen Wänden wurden mit einem FE-Modell der Wandscheibe simuliert. Die Anisotropie und Heterogenität der Ziegel erschweren die rechnerische Beschreibung des Schubversagens von Wandscheiben im Vergleich zu homogenen und isotropen Materialien. Das verwendete Modell konnte auf der Basis des Vergleichs mit den vorhandenen Versuchsergebnissen nicht zufriedenstellend validiert werden.
Dieses Forschungsprojekt der Forschungsgemeinschaft der Ziegelindustrie e.V. (FGZ) wurde unter der Nummer AiF 15211 N vom BMWi über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) gefördert. Es wurde vom Institut für Ziegelforschung Essen e.V. (IZF) durchgeführt. Der Schlussbericht ist 101 Seiten lang und kann gegen eine Bearbeitungsgebühr bei der Forschungsgemeinschaft der Ziegelindustrie e.V. in Berlin angefordert werden.
