Sandwichelemente mit Deckschichten aus Hochleistungsbeton und einem Kern aus extrudiertem Polystyrol - Experimentelle und rechnerische Untersuchung des Tragverhaltens, Nachweiskonzept

Im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Technischen Universität Kaiserslautern wurden Sandwichelemente mit dünnen Deckschichten aus Hochleistungsbeton (HPC) und einem Kern aus extrudiertem Polystyrol (XPS) ausführlich experimentell und rechnerisch untersucht [1]. Die Deckschichten wiesen eine Dicke von 10 bis 20 mm auf und wurden mit dem Kern, der eine Dicke von 120 bis 140 mm hatte, nur über die thermisch geprägte, rautenförmige Oberflächenstruktur der XPS-Dämmplatten verbunden (Bild 1). Das Tragverhalten der Sandwichelemente wurde sowohl experimentell in Biegeversuchen, Scherversuchen und großmaßstäblichen Bauelementversuchen als auch rechnerisch in Parameterstudien mit Finite-Element-(FE)-Software untersucht. Die Dauerhaftigkeit des Verbunds wurde weiterhin in Ermüdungsversuchen, Frost-Tau-Wechselversuchen und Dauerstandsversuchen erforscht. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in dieser Veröffentlichung zusammengefasst. Weiterhin wird ein Nachweiskonzept auf Grundlage der Norm DIN EN 14509 für die Bemessung von Sandwichelementen mit metallischen Deckschichten [2] vorgeschlagen. Die Anwendbarkeit des Nachweiskonzepts wird anhand der Nachrechnung der Versuche dargelegt.

Sandwich elements with facings of high performance concrete and a core of extruded polystyrene foam
As part of a research project at the Technische Universität Kaiserslautern, sandwich elements with thin facings of high performance concrete (HPC) and a core of extruded polystyrene foam (XPS) were experimentally and numerically investigated [1]. The facings featured a thickness of 10 to 20 mm and were bonded with the core with a thickness of 120 to 140 mm by a thermally imprinted, diamond-shaped surface structure of the XPS insulation panels (Figure 1). The load-bearing behaviour of the sandwich elements was investigated experimentally in bending, shear and large-scale element tests as well as numerically by parametric studies with finite element (FE)-software. Furthermore, the durability of the bond was investigated in fatigue tests, freeze-thaw tests and long-term loading tests. The results of the investigations are summarized in this paper. Additionally, a concept for the structural verification on the basis of standard DIN EN 14509 for the design of metal-faced sandwich elements [2] is presented. The applicability of the concept is verified by the calculation of the experiments.