Der Beitrag berichtet über eine neuartige Gründungsmethode für Schütt- und Dammkörper, wie beispielsweise Rohstoffhalden oder Verkehrsdämme, auf gering tragfähigen Böden großer Mächtigkeit. Zur Analyse des Trag- und Verformungsverhaltens dieser “selbstregulierenden interaktiven Membrangründung” wurden Zentrifugen-Modellversuche und umfangreiche numerische Berechnungen in Form von globalen Sensitivitätsanalysen und Parameterstudien durchgeführt. Deren Ergebnisse sowie der daraus abgeleitete Ansatz zur Dimensionierung werden im vorliegenden Beitrag vorgestellt. Eine Validierung des entwickelten Ansatzes erfolgt am Ende des Beitrags über eine Vergleichsrechnung mit dem numerischen Modell.

On the load bearing behavior of the self-regulating interactive membrane foundation system
The paper reports on a new foundation system, the self-regulating membrane foundation, for embankments on deep soft soil deposits, such as stockpiles or infrastructure embankments. The load bearing behavior of the system was analyzed by means of centrifuge model tests and comprehensive numerical simulations, such as global sensitivity analyses and parametric studies. The results of those analyses and the derived design approach are presented in the paper. The paper concludes with a validation of the design approach, by comparison with results of the numerical simulation.

Neben CFK-(carbonfaserverstärkten Kunststoff)Lamellen, die als zusätzlich aufgeklebte oder eingeschlitzte Zugbewehrung bereits seit den 1990er Jahren erfolgreich zur Ertüchtigung bestehender Stahlbetonbauteile Einsatz finden, werden in der Baupraxis in zunehmendem Maß auch CFK-Gelege verwendet. Mit derartigen Gelegen kann neben der Biege- und Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonplatten und -balken auch die Tragfähigkeit von Stahlbetonstützen nachträglich erhöht werden. Die CFK-Gelege werden dabei mittels Epoxidharzkleber vollflächig über die gesamte Höhe der zu ertüchtigenden Stahlbetonstütze entlang ihres Umfangs angeordnet. Der auf der Oberfläche entstehende CFK-Werkstoff behindert durch die hohe Steifigkeit der Carbonfasern die Dehnung und Ausbreitung des Betons in Querrichtung, wodurch dieser in einen dreidimensionalen Spannungszustand versetzt wird. Dies resultiert in höheren Druckfestigkeiten des umschnürten Betons und führt zu einer Veränderung des Verformungsverhaltens. Der Beitrag gibt zunächst einen Überblick zum Stand der Technik hinsichtlich Planung und Bemessung von CFK-Umschnürungen gemäß der DAfStb-Richtlinie “Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung” [1]. Daran anschließend werden Forschungsergebnisse aus der internationalen Literatur mit den Ergebnissen eines an der HTWK Leipzig durchgeführten Versuchsprogramms verglichen und ein Bemessungsvorschlag für CFK-umschnürte Stützen mit Kreisquerschnitt vorgestellt.

Contribution concerning load bearing behaviour of CFRP confined RC columns with circular cross section
Beside CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) strips, which are successfully utilized as an additional glued reinforcement in tension zones of existing reinforced concrete (RC) members, CFRP sheets gain more and more attention in terms of strengthening and retrofitting. Those sheets are capable to increase the bearing capacity of RC slaps and beams significantly. Furthermore, CFRP sheets can improve the capacity of RC columns, too. In doing so, the connection of concrete surface and CFRP sheet is enabled by an epoxy resin (CFRP confinement). Thereby, concrete's lateral expansion is efficiently restricted in cases of imposed axial compressive deformation; therefore, the elastic CFRP resisting response generates an ever increasing lateral compressive stress state on concrete, leading to structural upgrade of the member core to provide a remarkable higher concrete strength and sufficient deformability. Regarding CFRP confinement design in Germany, this paper presents a brief overview concerning the state-of-the-art, and it introduces a design procedure utilized in German DAfStb-Guideline “Strengthening of concrete structures with adhesive bonded reinforcement”. Furthermore, some recent research efforts and findings to improve the current model will be offered, too.

Berichtet wird über Versuche zur Klärung des Tragverhaltens ausgesteifter, quadratischer Rahmenecken mit schlanken Stegblechen. Ähnlich wie bei querversteiften Trägern stellt sich nach dem Ausbeulen des Stegblechs eine Zugfeldwirkung ein. Diese bewirkt, daß die Traglast der Rahmenecke bedeutend über ihrer Beullast liegt. Es wird ein erstes Tragmodell für quadratische Rahmenecken eingeführt; die damit errechneten Traglasten werden den Versuchsergebnissen gegenübergestellt.

Der Tragsicherheitsnachweis von Kranbahnträgern ist seit Einführung der Anpassungsrichtlinie Stahlbau auch nach DIN 18800 auszuführen. Praktische Probleme, die sich dabei aus den speziellen Gegebenheiten bei Kranbahnträgern ergeben, werden dargestellt und Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt. Alternative Vorgehensweisen für den Biegedrillknicknachweis von Kahnbahnträgern werden vorgestellt und - unterstützt durch ein Beispiel - verglichen. Für den Beulnachweis des querbelasteten Stegs unter der Radlast wird ein Ablaufdiagramm angegeben.

Über den Nachweis des Durchstanzens von Flachdecken und nicht schubbewehrten Balken im EC 2.

Es wird ein Tragsicherheitsnachweis für quadratische mehrachsig beanspruchte Blechfelder vorgestellt. Dazu ist der Beanspruchungszustand durch eine Vergleichsspannung zu beschreiben, die mit Hilfe elliptischer Interaktionsflächen berechnet wird. Die Interaktionsparameter sind aus Finite-Element-Berechnungen ermittelt. Der Nachweis wird inhaltlich und an Hand von Ergebnissen mit den geltenden Vorschriften verglichen.

Horizontal belastete Pfähle kommen häufig in der Offshore-Technik zum Einsatz, in jüngerer Zeit insbesondere als Gründungselemente für Offshore-Windenergieanlagen. Hierbei handelt es sich um offene Stahlrohrpfähle mit Außendurchmessern - je nach Art der Gründungsstruktur - zwischen etwa 2 m und mehr als 5 m. Das Tragverhalten solcher Pfähle wird in der Praxis mit dem Bettungsmodulverfahren berechnet, und auch der Tragfähigkeitsnachweis wird unter Anwendung dieses Verfahrens geführt. International ist dabei die Bemessung für den Grenzzustand GEO-3 üblich, während in Deutschland gemäß DIN 1054 die Bemessung für den Grenzzustand GEO-2 vorzunehmen ist. In dem Aufsatz werden diesbezügliche Parameterstudien für flexible und steife bis annähernd starre Pfähle dargestellt. Es zeigt sich, dass die beiden Nachweisverfahren bei flexiblen Pfählen zu völlig unterschiedlichen zulässigen Pfahlbelastungen führen. Dies ist aber irrelevant, weil bei solchen Pfählen der Nachweis der Pfahlbiegespannungen bemessungsentscheidend ist. Bei sehr steifen Pfählen ergeben sich dagegen bei Ansatz der offshore-üblichen Teilsicherheitsbeiwerte ähnliche zulässige Belastungen. Für sehr steife Monopiles wird gezeigt, dass der GEO-3-Nachweis - unter Ansatz der offshore üblichen Teilsicherheitsbeiwerte, d.h. insbesondere gleicher Teilsicherheitsbeiwert wie für den GEO-2-Nachweis auf der Einwirkungsseite - in der Regel auf der sicheren Seite liegt.

On the capacity proof for horizontally loaded piles for GEO-2 and GEO-3 limit states.
Horizontally loaded piles are often used in offshore applications, recently in particular as foundation elements for offshore wind energy converters. Here open-ended steel pipe piles are used, which have diameters between around 2 m and more than 5 m. The bearing behaviour of such piles is calculated with subgrade reaction methods, and these methods are also used in the ULS check regarding pile capacity. Internationally, the design is usually done for the GEO-3 limit state, whereas in Germany a design proof for the GEO-2 limit state is compulsory according to DIN 1054. In the paper, parametric studies on that matter are carried out for flexible and stiff or almost rigid piles. It is shown that both methods lead to totally different results for flexible piles. However, this is not relevant since for such piles the limitation of bending stresses in the pile is design-driving. For very stiff piles, both methods give similar results when the usual partial safety factors for offshore structures are applied. For monopiles it is shown that, using the usual safety factors and in particular the same load factor as for GEO-2, the GEO-3 proof usually gives conservative results.

An der Technischen Universität Kaiserslautern wurde das Trag- und Verformungsverhalten von Stützen-Decke-Knoten aus Stahlbeton untersucht. Anhand von gezielt konzipierten Versuchen wurde das Bauteilverhalten im Labor experimentell erforscht. Mit Hilfe der Finite-Element-Methode wurden die Versuche nachgerechnet und eine Parameterstudie unter Berücksichtigung der wichtigsten Einflußfaktoren durchgeführt. Anhand der Ergebnisse wurde ein empirisches Bemessungsmodell erarbeitet.

Bei der statischen Berechnung von Tragsystemen des Massivbaus werden zur Schnittgrößenermittlung und zur Verformungsprognose zunehmend numerische Gesamtmodelle verwendet. Bei solchen Modellen kommt vor allem bei komplexeren Strukturen aufgrund der statisch oft hochgradigen Unbestimmtheit einer möglichst wirklichkeitsnahen Abbildung der Steifigkeitsverhältnisse besondere Bedeutung zu. Das gilt aufgrund des großen Steifigkeitsabfalls beim Übergang in den Zustand II insbesondere auch dann, wenn sich torsionsbeanspruchte Stahlbetonbalken maßgeblich am Lastabtrag beteiligen oder/und deren Steifigkeit einen entsprechenden Einfluss auf die Schnittgrößenverteilung im System besitzt. Die zu erwartende reduzierte Torsionssteifigkeit kann dabei gemäß DAfStb Heft 240 für die Schnittgrößenermittlung mit etwa 30 % abgeschätzt werden, während Heft 239 [1] im gerissenen Zustand II einen Wert von 10 % der Steifigkeit der ungerissenen Querschnitte (Zustand I) vorschlägt [2]. Um diese Ansätze kritisch zu hinterfragen und praxistaugliche Empfehlungen für die numerische Berechnung zu geben, werden im vorliegenden Beitrag zunächst an Einzelbalken dokumentierte Versuche der Literatur ausgewertet und bis zur jeweiligen Versagenslast mithilfe des Finite-Elemente-Programms ABAQUS systematisch nachgerechnet. Darüber hinaus werden mittels nichtlinearer Berechnungen unterschiedliche Lagerungsbedingungen in Balkenlängsrichtung untersucht, um den Einfluss einer behinderten Längsdehnung und den damit verbundenen anteiligen Lastabtrag über Wölbkrafttorsion genauer zu beurteilen. Abschließend werden zur Verifizierung der nichtlinearen numerischen Analysen eigene Torsionsversuche durchgeführt und diskutiert.

Load-bearing behaviour and deformation characteristics of RC beams subjected to torsion
Structural analyses of reinforced concrete structures, including the evaluation of internal reactions and deformations, are increasingly characterized by the utilisation of overall numerical models. In doing so, a realistic approximation of stiffness properties becomes more and more important especially in case of complex and highly hyperstatic structural systems being investigated. Due to a dramatic decrease in torsional rigidity upon reaching the so-called cracked state II, this particularly applies where the overall load-bearing behaviour and internal stress distribution is decisively influenced by RC beams subjected to torsion. According to DAfStb report no. 240 [1] internal reactions may be calculated taking into account a reduced torsional stiffness of some 30 % whereas report no. 239 [2] recommends upon completion of the crack formation (state II) to only consider 10 % of the uncracked rigidity (state I). In order to critically discuss these proposals and to derive reasonable recommendations for numerical analyses, the present paper firstly evaluates existing experimental results of individual RC members under torsion which are then numerically analysed along the entire loading path (until failure) using the finite-element-programme Abaqus. In addition, by performing non-linear simulations individual members with different longitudinal bearing conditions are investigated, in order to assess the influence of longitudinal restraints and the related load portion being carried by warping torsion. Finally, corresponding torsion tests are carried out to verify the non-linear analyses.

Das niedrige Wärmeschutzniveau unserer Altbauten (hier: vor 1982 errichtete Gebäude) und deren hoher Anteil am Gesamtgebäudebestand (ca. 77 %) führt dazu, daß die Gesamtheit der Altbauten ca. 95 % der jährlich bundesweit benötigten Heizenergie verbraucht. Die wärmeschutztechnische Verbesserung der Außenwände von Altbauten stellt deshalb einen wichtigen Beitrag zur Energieeinsparung, zum Umweltschutz und zum nachhaltigen Umgang mit den begrenzten Energieressourcen dar. Einen Großteil der Altbausubstanz bilden Mehrfamilien-Wohngebäude mit mehr als vier Wohneinheiten, die große Fassadenflächen mit Wiederholungsfaktor aufweisen. Für effiziente Wärmedämm- und Sanierungsmaßnahmen spielen Zeit- und Kostenaufwand, Beeinträchtigung der Gebäudenutzung während der Maßnahme sowie die Qualitätssicherung eine wesentliche Rolle. Eine Lösungsmöglichkeit bietet die Applikation vorgefertigter Dämmelemente, die möglichst großformatig sein sollten. Bedingt durch die Vorfertigung und die Applikation über möglichst wenige Befestigungspunkte müssen solche Elemente als selbsttragende Konstruktion konzipiert werden und neben architektonischen und bauphysikalischen Aspekten deshalb auch statischen Gesichtspunkten genügen. Durch Anwendung etablierter Oberflächenmaterialien, wie z. B. Putz, ergeben sich Konstruktionen, deren Tragsicherheit, bauphysikalische Eignung, Dauerhaftigkeit und Gebrauchstauglichkeit für den entsprechenden Anwendungsfall sichergestellt werden müssen.

Ausbetonierte Hohlprofilstützen mit massiven Einstellprofilen stellen eine attraktive Möglichkeit dar, schlanke Stützen auch bei hohen Lasten zu realisieren und gleichzeitig hohe Anforderungen an den Feuerwiderstand zu erfüllen. Das Tragverhalten im Brandfall unterscheidet sich dabei grundlegend von dem anderer ausbetonierter Hohlprofilstützen, die bei gleicher Querschnittsfläche deutlich geringere Lasten abtragen. Dieser Beitrag behandelt Ergebnisse eines Forschungsprojektes, in dem das Tragverhalten einer runden Verbundstütze mit massivem Stahlkern im Brandfall experimentell untersucht wurde. Nach Erreichen der Feuerwiderstandsklasse R 90 wurde die Stütze bis zum Erreichen der Traglast belastet. Im Zuge der Untersuchungen wurde die Entwicklung der Temperaturen im Querschnitt ermittelt und den Ergebnissen numerisch ermittelter Temperaturfeldberechnungen gegenübergestellt.

Thermal and structural response of concrete-filled tubular columns with massive steel core in case of fire
Concrete-filled tubular columns with embedded massive steel core represent an attractive constructional possibility to design slender columns that are both resisting high loads and fulfil requirements concerning the fire resistance. The structural behaviour in case of fire thereby differs from the typical behaviour of concrete-filled tubular columns without steel core, which carry remarkably lower loads. In the following paper, the thermal and mechanical behaviour of a circular composite column with embedded massive steel core is investigated experimentally. After achieving the fire resistance class R 90, the column was loaded up to failure and thus the residual bearing capacity was ascertained. Furthermore, the measurement of temperatures within the individual parts of the cross-section was another aspect of the experimental investigations. Those data are additionally compared to numerically calculated temperatures.

Im Turmbau von Windenergieanlagen haben sich insbesondere bei großen Turmhöhen Beton- oder Hybridtürme etabliert, welche durch ihre bessere Transportfähigkeit die traditionellen Stahltürme abgelöst haben. Speziell die Fertigteilbauweise bringt jedoch aufgrund der erforderlichen Fugen Fragestellungen mit sich, welche durch die derzeitigen Modelle und Berechnungsansätze nicht zufriedenstellend gelöst werden. Bei der Ausbildung sogenannter Trockenfugen (Horizontalfugen) zwischen den Segmenten erfolgt die Kraftübertragung der Querkräfte und Torsionsmomente ausschließlich über die Reibung in der Fuge, wobei der Reibwiderstand durch die externe Vorspannung und den Reibbeiwert erzeugt wird. Die Querkrafttragfähigkeit in der Fuge ermittelt sich über einen linearen Ansatz, wonach die zulässige Querkraft der Vorspannkraft, multipliziert mit dem Reibbeiwert, entspricht. Für die Übertragung der Torsionsmomente erfolgt die Berechnung nach den bekannten Torsionstheorien nach BREDT und SAINT-VENANT, wonach die Fuge, solange diese überdrückt ist, ein sehr großes Torsionsmoment übertragen kann. Kommt es jedoch im Grenzzustand der Tragfähigkeit zum Aufklaffen der Fuge, fällt das zulässige Moment um ein Vielfaches ab und wird somit zu einem Grenzkriterium in der Bemessung des Turms. Nach aktuellen Untersuchungen beschreiben diese Ansätze das Trag- und Verformungsverhalten einer solchen Fuge unzutreffend, woraus sich in der Bemessung sowohl ein Unsicherheitsbereich, aber auch ein sehr großes ungenutztes Potenzial ergibt.

Torsion structural behavior of external prestressed circular segments with dry joints
In the tower construction of wind power plants concrete or hybrid towers are established, especially for high towers, they have replaced the traditional steel towers due to better transportability. The needed joints for the prefabricated construction method leads to problems, which are not satisfactorily resolved by the current models and calculation approaches. In the case of the formation of dry joints (horizontal joints) between the segments, the force transmission of the lateral forces and torsion moments take place exclusively through the friction in the joint, the external prestressing and the coefficient of friction generate the frictional resistance. The capacity of lateral force between the joints should be calculate by a linear calculation approach, that the permissible transverse force corresponds to the prestressing force multiplied by the coefficient of friction. For the transmission of the torsional moments, the calculation is carried out according to the known torsion theories of Bredt and Saint-Venant, as long as the joints are overpressed, they can transmit a very high torsional moment. However, in the ultimate limit state, if the joint begin to open, the permissible torsional moment drops immediately to a very small value and thus becoming a critical criterion for the tower. According to recent investigations, these approaches witch describe the bearing and deformation behavior of such a joints are incorrect, results in an uncertainty range and a very large unused potential.

Bei der Ermittlung der plastischen Grenzlast von Trägerrosten werden diese in der Regel als torsionsweich angesehen. Die Berechtigung dieser Vereinfachung wird an ausgewählten Systemen überprüft, deren Tragglieder Rechteckrohr- oder I-Querschnitt haben. Im letztgenannten Fall wird auch die Möglichkeit der Lastabtragung über Wölbkrafttorsion in die Untersuchungen einbezogen. Eine signifikante Grenzlasterhöhung durch die Berücksichtigung der Tosion im plastsichen Bereich konnte nur bei Verwendung von geschlossenen Querschnitten festgestellt werden, wenn vom statischen System her die Belastung in größerem Umfang über Drillmomente abgetragen wird.

Keine Kurzfassung verfügbar.

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