In den letzten Jahrzehnten hat sich die moderne Entwurfsphilosophie des Bauwesens allmählich von der Verhinderung des Einsturzes von Gebäuden und des Verlustes von Menschenleben auf Hochleistungsziele verlagert. Herkömmliche Baumaterialien (z. B. Beton, Holz und Stahl) können jedoch bei extremen Katastrophen einige der hochleistungsfähigen Konstruktionsziele nicht erfüllen. Die steigende Nachfrage nach Hochleistungsbauweisen hat die Erforschung fortschrittlicher Baumaterialien motiviert. Das Institut für Stahlbau forscht derzeit an verschiedenen Konstruktionswerkstoffen wie z. B:
Hochfester Memory®-steel: In den letzten Jahren wurden Formgedächtnislegierungen (SMA) als eine besondere Art von fortschrittlichen metallischen Werkstoffen für die Bautechnik entwickelt. SMAs können großen Dehnungen standhalten und durch Erwärmung (d. h. Formgedächtniseffekt) oder Entlastung (d. h. Superelastizität) wieder ihre ursprüngliche Form annehmen. SMA auf Eisenbasis, auch Memory®-steel genannt, hat aufgrund seines niedrigen Preises und seines hohen Rückstellungsverhaltens im Bauwesen an Aufmerksamkeit gewonnen. Memory®-steel, eine Art duktiler hochfester Stahl, wird derzeit als vorgespannte Elemente und Verbindungselemente im Bauwesen verwendet.
Mit Draht und Lichtbogen additiv hergestellter Stahl (WAAM): Aufgrund der ungleichmäßigen Oberflächenmorphologie des mit der WAAM-Technologie hergestellten Stahls muss das Verhalten von WAAM-Stahl im Hinblick auf strukturelle Normen charakterisiert werden. Das Verhalten des Materials bei niedriger und hoher Ermüdung sowie bei Korrosion muss noch untersucht werden, bevor es im Bauwesen eingesetzt werden kann.
Kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFRP): CFRP sind Verbundwerkstoffe, die aus zwei Teilen bestehen: einer Matrix und einer Verstärkung. Bei CFK ist die Verstärkung eine Kohlenstofffaser, die für die Festigkeit sorgt. Die Matrix besteht in der Regel aus einem Polymerharz, wie z. B. Epoxid, das die Verstärkungen miteinander verbindet. CFK ist ein leichtes, festes und korrosionsbeständiges Material, das in Anwendungen eingesetzt werden kann, bei denen Korrosion ein Problem darstellen könnte, wie z. B. bei Offshore-Strukturen. CFK könnte für die Reparatur von Stahlkonstruktionen als vorgespannte Spannglieder oder nicht vorgespannte Verbundsysteme verwendet werden.
Epoxidharz-Strukturklebstoffe: Strukturbauteile werden in der Konstruktion häufig geschraubt oder geschweißt. Strukturelle Epoxidklebstoffe bieten eine weitere Befestigungslösung mit minimaler Belastungskonzentration auf den Stahlbauteilen. Da sie aus Polymeren bestehen, sind sie nicht korrosiv, was ihre Anwendung in Offshore-Strukturen rechtfertigt. Derzeit werden verschiedene Arten von linearen und nichtlinearen Strukturklebstoffen unter statischer und zyklischer Belastung untersucht. Es werden verschiedene Haft-Schlupf-Modelle entwickelt, um das Materialverhalten der Klebeverbindungen zu beschreiben.
Korrodierter Stahl: Neben den oben genannten fortschrittlichen neuen Materialien befasst sich unsere Forschung auch mit neuen Modellen für herkömmliche, altbekannte Probleme wie Korrosion in Stahl. Tragstrukturen für Offshore-Windkraftanlagen sind rauen Umweltbedingungen ausgesetzt und gleichzeitig hohen dynamischen Belastungen durch Wind, Wellen und Betrieb unterworfen. Trotz Korrosionsschutz kann die Tragstruktur nicht immer vollständig vor Korrosion geschützt werden. Dies kann zu Lochfraßkorrosion an der Stahloberfläche führen, die lokale Spannungskonzentrationen verursacht und damit die Ermüdungslebensdauer der Struktur beeinträchtigt. Um die verbleibende Lebensdauer bestehender Tragwerke nach Lochfraß zu bewerten, ist es notwendig, den Einfluss von Lochfraß zu quantifizieren und bei der Analyse der verbleibenden Ermüdungslebensdauer zu berücksichtigen. Es besteht Forschungsbedarf, um die durch Lochfraß verursachte Kerbwirkung auf die Risslage und den Rissweg zu verstehen.
