Verhalten von Kopfbolzen in Verbundstrukturen: Ein Überblick

Verbundstrukturen sind aufgrund ihrer Effizienz, Festigkeit und wirtschaftlichen Vorteile integraler Bestandteil des modernen Bauens geworden, wobei Stahlkopfbolzen als entscheidende Schubverbinder zwischen Betondecken und Stahlträgern dienen. Bestehende Forschung hat diese Verbinder durch Ausstoß- und Ausziehversuche, Ermüdungs- und Zyklusprotokolle, Untersuchungen zur Haltbarkeit und Temperaturextremen sowie durch eine Vielzahl analytischer, numerischer und datengetriebener Modelle untersucht. Diese Studie adressiert das Fehlen einer konsolidierten und kritischen Übersicht, indem sie eine systematische Übersichtsarbeit mit einer bibliometrischen Bewertung von 385 in Scopus indexierten Publikationen von 2000 bis 2025 kombiniert, die ein anhaltendes Wachstum der Forschungsaktivitäten und eine Konzentration hochzitierter Beiträge in führenden Fachzeitschriften für Verbundstrukturen aufzeigt. Die systematische Synthese hebt hervor, dass die Leistung der Bolzen stark von der Geometrie, der Wechselwirkung gruppierter Bolzen und der umgebenden zementgebundenen Matrix abhängt, und zeigt, dass fortschrittliche Betonmischungen oft den Spitzenwiderstand erhöhen, während sie die maßgeblichen Versagensmechanismen hin zu bolzen- oder schweißnahtbezogenen Mechanismen verschieben. Design-Code-Vergleiche in der übersichtlichen Literatur weisen darauf hin, dass Widerstandsprognosen bei hochleistungsfähigen Beton-Konfigurationen erheblich abweichen können, was die Notwendigkeit modesensitiver Vorschriften anstelle einer direkten Erweiterung normalbetonbasierter Formulierungen unterstützt. Die Modellierungsübersicht identifiziert eine Entwicklung von empirischen Gleichungen hin zu nichtlinearen Finite-Elemente-Simulationen und interpretierbaren maschinellen Lernverfahren, die auf großen Datenbanken trainiert sind, wobei festgestellt wird, dass die Annahme in der Gestaltung transparente Anwendungsgrenzen und physikalisch konsistente Prädiktoren erfordert. Das Papier schließt mit der Konsolidierung von Konstruktionsimplikationen und der Definition gezielter Forschungsschwerpunkte zu gruppierten Bolzen, Mischwirkungs-Ermüdung, Faktoren des Haltbarkeitsabbaus und interpretierbaren datengetriebenen Werkzeugen für den kodexorientierten Entwurf von Verbund-Schubverbindungen ab.