Artikeldatenbank
Autor(en) | Titel | Zeitschrift | Ausgabe | Seite | Rubrik |
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Gauer, Tillman; Penkert, Fabian; Pahn, Matthias | Funktionalisierte Faserkunststoffbewehrung zur Wärmespeicherung in Betonbauteilen | Beton- und Stahlbetonbau | 7/2022 | 520-530 | Aufsätze |
KurzfassungDurch die Vorgaben des Erneuerbare-Energien-Gesetzes wird Strom aus Erneuerbaren Energien vorrangig in das elektrische Netz eingespeist. Zur Vermeidung von Überlastungen im Stromnetz muss diese Einspeisung temporär reduziert werden. Die elektrische Energie, die in diesen Zeiträumen technisch erzeugt werden kann, aber nicht wird, wird als Ausfallarbeit bezeichnet. Diese fällt zum größten Teil in der Heizperiode an und kann zur Beheizung von Gebäuden genutzt werden. Ein Ansatz für die effiziente Einbindung von Erneuerbaren Energien eröffnet die Nutzung der Gebäudetragstruktur zur Wärmespeicherung. Im Rahmen dieses Beitrags wird eine Lösung vorgestellt, mit der elektrische Energie in Wärme umgewandelt, in Betonbauteilen gespeichert und zur Beheizung von Gebäuden genutzt wird. Die Einspeicherung von Wärme erfolgt über eine neuartige, funktionalisierte Faserkunststoffbewehrung mit einem Heizdraht in Querschnittsmitte. Um das Ziel der Reduktion von Ausfallarbeit zu erreichen, wird ein Modell benötigt, welches abhängig von der Beladedauer und der -spannung die Temperatur im Bauteil vorhersagt. Das mithilfe von Messungen entwickelte Modell erlaubt dies für Beladedauern bis zu 12 h. Zudem werden die im Bauteil gespeicherte Wärme sowie die resultierende Heizleistung prognostiziert. Im untersuchten Beispiel werden Leistungen von bis zu 174 W/m2 und Temperaturänderungsraten von rd. 1 K/h erreicht. x | |||||
Jonischkies, Sven; Mainka, Jeldrik; Kloft, Harald; Kinzebach, Wolfgang; Hack, Norman | Non-Waste-Wachsschalung für den individualisierten Betonfertigteilbau - Praxisbeispiel des digitalen Fertigungsprozesses für eine Kleinserie großformatiger Poller | Beton- und Stahlbetonbau | 7/2022 | 531-538 | Aufsätze |
KurzfassungAm Institut für Tragwerksentwurf, ITE, wurde in grundlegenden Forschungsarbeiten die Non-Waste-Wachsschalungstechnologie entwickelt, die in der Produktion von frei geformten Betonbauteilen Schalungsabfälle minimiert. Damit soll der Bedarf der Beton-Fertigteilindustrie nach Technologien zur Reduktion der Produktionsabfälle und zum Aufbau emissionsarmer Produktionslinien erfüllt werden. Das aktuelle Eurostars-geförderte Forschungsprojekt “Robocrete” des ITE untersucht gemeinsam mit ODICO Construction Robotics, Odense, Dänemark, und BNB, Beton und Naturstein Babelsberg, Verfahren zur Herstellung von großformatigen Wachsblöcken für die industrielle Integration in Produktionslinien für Kleinserien. Ziel ist, die Forschungsergebnisse in einer digitalisierten robotischen Fertigungseinheit für Wachsschalungen für die Betonage zusammenzufassen. In vorangegangenen Forschungsprojekten war es bisher nicht möglich, riss- und spannungsfreie Wachsblockrohlinge mit einem Volumen von mehr als 1 m3 effizient herzustellen. Um dieses zu erreichen, werden derzeit optimierte Methoden zur Herstellung von Wachsblockrohlingen erforscht, die zudem in einem digitalen Fertigungsprozess formgebend bearbeitet werden. In einer Fallstudie unter Realbedingungen der Beton-Fertigteilindustrie mit der Firma Rinn wurde die Wachsschalungstechnologie für den Betonguss eines geometrisch komplexen Pollers von über 1,2 t Gewicht erfolgreich getestet. x | |||||
Krause, Hans-Jürgen; Horstmann, Michael; Hohmann, Rainer; Zitzelsberger, Thomas; Freimann, Thomas; Heinlein, Ulli; Frisch, Jan | Planungsprozesse für erfolgreiche WU-Betonkonstruktionen - Empfehlungen aus der Praxis | Beton- und Stahlbetonbau | 6/2022 | 383-396 | Aufsätze |
KurzfassungBei wasserundurchlässigen Betonbauwerken (Weiße Wannen) übernimmt die erdberührte Stahlbetonkonstruktion in Verbindung mit planmäßigen Fugenabdichtungen und ggf. nachträglichen Rissabdichtungen die Abdichtungsfunktion. Dabei unterscheiden sich die Nutzungsanforderungen der Konstruktionen heute oft kaum noch von denen oberirdischer Geschosse. Um diese hochwertigen Nutzungen sicherzustellen, bieten WU-Richtlinie und zugehörige Begleitliteratur wesentliche inhaltliche Anforderungen und Vorgaben an Planung und Ausführung. Dennoch sind in der Baupraxis zum Teil mangelhafte und schadensträchtige Konstruktionen anzutreffen, die unter anderem auf unzureichende Fachkenntnisse sowie mangelnde Prozesssicherheit bei WU-Planungen zurückzuführen sind. Insbesondere bei zeitlichen Abläufen, technischen Abhängigkeiten, Schnittstellenkoordination und Verantwortlichkeiten herrschen oft Unsicherheiten. Der vorliegende Beitrag beschreibt zunächst häufige Probleme in der Praxis und diskutiert begriffliche Festlegungen beginnend mit WU-Planung, WU-Fachplanung, WU-Koordination und WU-Konzept bis hin zur WU-Objektüberwachung. In Prozessdiagrammen werden erforderliche Schritte und Schnittstellen für eine erfolgreiche WU-Planung in chronologischer Reihenfolge mit ihren technischen Abhängigkeiten dargestellt und den Leistungsphasen zugeordnet. Hierbei werden Planungskonstellationen mit internen und externen WU-Fachplanern unterschieden. Ziel ist es, sowohl für einfache als auch komplexe WU-Bauwerke eine eindeutige Beschreibung der Verantwortlichkeiten, Leistungsumfänge sowie praxistaugliche Abläufe und Abhängigkeiten aller erforderlichen technischen Planungsschritte aufzuzeigen. Planern werden damit weiterführende Arbeitshilfen für eine alltägliche Problemstellung bereitgestellt. x | |||||
Wolfger, Hannes; Kollegger, Johann | Frühzeitiges Versagen bei hochfesten Stahlbetonstützen mit großen Stabdurchmessern | Beton- und Stahlbetonbau | 6/2022 | 397-409 | Aufsätze |
KurzfassungDer Einsatz hochfester Materialien im Stahlbetonbau ermöglicht die Herstellung schlanker Bauteile. Vor allem im Hochhausbau kann dadurch die Wirtschaftlichkeit eines Gebäudes gesteigert werden, etwa durch die Erhöhung der Nutzflächen aufgrund schlanker Stützen. Untersuchungen aus der Vergangenheit dokumentierten hingegen ein frühzeitiges Bauteilversagen beim Einsatz von hochfestem Beton in Stahlbetonstützen. Vor allem bei zentrischem Druck kann die rechnerische Querschnittstragfähigkeit des Druckglieds aufgrund der Abplatzung der Betondeckung nicht erreicht werden. Diese Untersuchungen waren jedoch vom Bewehrungsgrad (≤ 6 %) und den verwendeten Stabdurchmessern (≤ 25 mm) stark begrenzt. Aus diesem Grund wurden an der TU Wien experimentelle Untersuchungen an hochfesten Stützen durchgeführt, welche in diesem Beitrag beschrieben werden. In zwei Versuchsserien wurde der Einfluss unterschiedlicher Stabdurchmesser (bis 63,5 mm), verschiedener Stahlgüten (B 550 und SAS 670/800) und der Einfluss der Dicke der Betondeckung untersucht. Des Weiteren beinhalten die Versuchsserien Untersuchungen an Stoßausführungen bei Ortbetonstützen und bei Fertigsteilstützen. x | |||||
Leutbecher, Torsten; Heck, Lennart; Schleiting, Maximilian | Prüfung von UHFB nach DIN EN 14651 - Zum Einfluss der Probekörperherstellung auf die Prüfergebnisse | Beton- und Stahlbetonbau | 6/2022 | 410-421 | Aufsätze |
KurzfassungUltrahochfester Beton (UHFB) wird in der Praxis meist fließfähig bis sehr fließfähig verarbeitet. Der Entwurf der DAfStb-Richtlinie “Ultrahochfester Beton” sieht für diesen Fall vor, dass die Balken, an denen die residuelle Biegezugfestigkeit des stahlfaserbewehrten UHFB bestimmt wird, durch Befüllen der Schalung von einer Stirnseite aus hergestellt werden. Um sicherzustellen, dass mit diesem Verfahren reproduzierbare Prüfergebnisse erzielt werden, wurden im Rahmen eines vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton geförderten Forschungsvorhabens 3-Punkt-Biegeversuche an Balken aus Feinkorn- und Grobkorn-UHFB durchgeführt und die Verteilung und Orientierung der Fasern ausgewertet. Im Zuge dieser Untersuchungen wurde auch ein alternatives Verfahren der Probekörperherstellung getestet. Für alle Probekörper wurden die residuellen Biegezugfestigkeiten sowie die Faseranzahl, der “effektive” Fasergehalt und die Faserorientierung nahe dem Bruchquerschnitt bestimmt. Unterschiede zeigten sich in erster Linie in Hinblick auf den Größtkorndurchmesser, während ein signifikanter Einfluss der Herstellmethode nicht zu erkennen war. Die Ergebnisse legen nahe, dass die untersuchten Methoden gleichermaßen für die Probekörperherstellung geeignet sind. x | |||||
Look, Katharina; Mark, Peter | Stahlfasern ersetzen Bewehrung - Fundamente aus Halbfertigteilen mit hoher Fasermenge | Beton- und Stahlbetonbau | 6/2022 | 422-432 | Aufsätze |
KurzfassungZiel des Beitrags ist es, kreuzweise Oberflächenbewehrungen von ca. 4 bis 8 cm2/m vollständig durch Stahlfaserbeton zu ersetzen. Dies gilt für die Tragfähigkeit genauso wie für die Abschätzung der Rissbreiten. Dazu werden Halbfertigteile (HFT) mit sehr hohen Fasermengen vorgefertigt und anschließend mit Ortbeton ergänzt. Das Konzept ist für die untere Bewehrung von Fundamenten oder für Wände in Halbfertigteilbauweise geeignet. Es vereinfacht und beschleunigt den Bauablauf und reduziert erheblich die Bewehrungsarbeiten. Im Beitrag wird das Konzept an einem Einzelfundament lx × ly × h = 1,1 × 1,1 × 0,3 [m] mit einem 10 cm hohen HFT und 140 kg/m3 endverankerten hochfesten Stahlfasern umgesetzt. In zwei realmaßstäblichen Experimenten wird die Biegetragfähigkeit des Fundaments mit HFT gegenüber einem klassisch bewehrten Stahlbetonfundament als Referenz getestet. Beide waren so ausgelegt, dass die Bewehrungsmenge bei Fließen in etwa dieselbe Zugkraft aufnimmt wie der Stahlfaserbeton nach Rissbildung. Die Faserbetonlösung besitzt eine rund 14 % höhere Tragfähigkeit, eine höhere Steifigkeit nach Rissbildung, eine geringere Verformungskapazität auf dem Lastniveau der Tragfähigkeit und auf Lastniveau der Gebrauchstauglichkeit etwa gleiche Rissbreiten. x | |||||
Betschoga, Christoph; Sever, Yolcu; Tung, Nguyen Duc; Lutz, Matthias; Tue, Nguyen Viet | Biegeschubtragfähigkeit zentrisch vorgespannter Stahlbetonbalken unter Gleichstreckenlast | Beton- und Stahlbetonbau | 6/2022 | 433-444 | Aufsätze |
KurzfassungEs wurde ein experimentelles Programm zur Untersuchung des Einflusses einer zentrischen Vorspannung auf die Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbalken ohne Querkraftbewehrung durchgeführt. Insgesamt wurden zwölf vorgespannte Einfeldträger und Kragarme unter Gleichstreckenlast getestet. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass der Einfluss der Normalkraft bei den Kragarmen mit Gleichstreckenlast, bei denen der kritische Schubriss im Bereich hoher Momentenbeanspruchung auftritt, deutlich geringer als bei Einfeldbalken mit Gleichstreckenlast ist. Der Einfluss der Vorspannung wird somit maßgeblich durch die damit verbundene Änderung des Rissbilds und der Dehnungsebene am Querschnitt mitbestimmt. Ergänzend wurde eine umfassende nichtlineare FE-Parameterstudie durchgeführt. Durch Kombination der experimentellen und numerischen Untersuchungen kann der Einfluss der Vorspannkraft auf die Querkrafttragfähigkeit bei unterschiedlichen statischen Systemen und Belastungen quantifiziert werden. x | |||||
Forman, Patrick; Mark, Peter | Fertigungstoleranzen von Betonfertigteilen für die modulare Bauweise | Beton- und Stahlbetonbau | 5/2022 | 286-295 | Aufsätze |
KurzfassungBetonfertigteile müssen Toleranzen einhalten, um sie montieren zu können und Tragfähigkeit sowie Gebrauchstauglichkeit sicherzustellen. Ansonsten sind Nachbearbeitungen nötig, die den Bauprozess verzögern. Klassischer Toleranzausgleich erfolgt über Pressfugen, die auch die nötigen Kräfte übertragen. Bei modularen Bauweisen steht die Schnellmontage im Vordergrund. Es bieten sich dann Schnellverbinder wie etwa Schrauben oder Trockenfugen an. Aus der feineren Modulteilung entstehen zudem weit mehr Verbindungen, sodass sich Ungenauigkeiten superponieren. Die Anforderungen an die geometrische Genauigkeit steigen rapide. Im Beitrag werden die Herstelltoleranzen für automatisierte Fertigungen seriengerechter Module zusammengestellt und dem Stand der Technik gegenübergestellt. Für ausgewählte Modultypen werden Abweichungen mittels Fehlerfortpflanzung nachverfolgt und für einzelne Bauabschnitte bzw. ganze Tragwerke überlagert. Es zeigt sich, dass in der Regel automatisierte Fertigungen nötig sind und handwerkliche ausscheiden. Linienartige Modultragwerke erreichen bis etwa 30 m Länge Abweichungen unter 1 mm bei gängigem Zuverlässigkeitsniveau von 2&sgr;. Bei scheibenartigen Tragwerken resultieren Lochspiele unter 0,5 mm, und zwar für hohe Zuverlässigkeitsniveaus von 4&sgr;. Dies gelingt in qualitätsgesicherter, automatisierter Vorfertigung. x | |||||
Stindt, Jan; Frey, Alex Maximilian; Forman, Patrick; Lanza, Gisela; Mark, Peter | Genauigkeitsgrenzen modularer Betontragwerke - Teil 1: Beschreibung von geometrischen Abweichungen infolge Schwinden | Beton- und Stahlbetonbau | 5/2022 | 296-309 | Aufsätze |
KurzfassungModulares Bauen bietet gegenüber der Ortbetonbauweise ökonomische Vorteile. Die Module können qualitätsgesichert im Werk vorgefertigt und vor Ort montiert werden. Um eine störungsfreie Montage der Module zu ermöglichen, ist eine Tolerierung erforderlich, die die mehrdimensionale Aggregation von Maßabweichungen der Module in komplexen Tragwerken berücksichtigt. Eindimensionale arithmetische und statistische Methoden sind dafür nur bedingt geeignet. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode entwickelt, die modulare Wabenstrukturen mittels direkter Kinematik modelliert und sowohl translatorische als auch rotatorische Lageabweichungen berücksichtigt, die aus Maßabweichungen von Y-förmigen Modulen infolge Schwindverformungen entstehen. Für ausgewählte Szenarien hinsichtlich Tragwerksgröße und verwendetem Beton werden damit die zur Verbindung der Module notwendigen Lochspiele und Gesamtabweichungen hergeleitet und mit den im Bauwesen gängigen Verfahren des Toleranzmanagements untersucht. Die geometrischen Abweichungen in horizontaler Richtung infolge der Schwinddehnungen unterschiedlicher Betone werden von den normativen Methoden z. T. unterschätzt, da keine Rotationen der Module berücksichtigt werden. Vertikale Abweichungen werden hingegen konservativ abgeschätzt. Die erforderlichen Nennlochspiele steigen mit zunehmender Strukturgröße, sodass Abmessungen von ca. 30 m des klassischen Hochbaus mit normalen Schraubverbindungen &Dgr;d ≤ 3 mm assembliert werden können. x | |||||
Stindt, Jan; Frey, Alex Maximilian; Forman, Patrick; Lanza, Gisela; Mark, Peter | Genauigkeitsgrenzen modularer Betontragwerke - Teil 2: Probabilistische Bewertung der Montage mit Schraubenverbindung | Beton- und Stahlbetonbau | 5/2022 | 310-323 | Aufsätze |
KurzfassungDer Beitrag behandelt die Montage von modulartigen Betonfertigteilen mit Fachwerkknoten aus Stahl. Dazu werden Wabenstrukturen betrachtet, die aus vielen Fertigteilen mit Y-Form bestehen. Der Beitrag baut auf der für die Wabenstrukturen im Teil 1 abgeleiteten Bewegungskinematik zwischen den einzelnen Modulen auf, wobei Schwinddehnungen Verformungen in den Modularmen erzeugen. Für die Montage werden Schraubenverbindungen betrachtet, die entweder klassisches Lochspiel besitzen oder gleitfest fixiert werden. Bei Letzterem kompensiert ein Ausrichten vor dem Fixieren einen Teil von Abweichungen. Die Zuverlässigkeit der Montage wird mit probabilistischen Methoden auf Grundlage von Monte-Carlo-Simulationen überprüft. Es zeigt sich, dass reine Lochleibungsverbindungen nur für sehr wenige zu kombinierende Module geeignet sind. Gleitfeste Verbindungen mit kompensatorischem Ausrichten sind mit einem Konfidenzintervall vierfacher Standardabweichung geeignet, Wabenstrukturen bis ca. 60 m Höhe und Breite zuverlässig zusammenzusetzen. x | |||||
Stieler, David; Schwinn, Tobias; Menges, Achim | Automatisierte Bauteilzerlegung für Betonfertigteile aus additiv hergestellten Schalungen | Beton- und Stahlbetonbau | 5/2022 | 324-332 | Aufsätze |
KurzfassungEine präzise, adaptive und individuelle Fertigung ermöglicht einen hohen Grad an Bauteildifferenzierung, die somit hocheffiziente und lastadaptierte Strukturen für den Betonfertigteilbau zugänglich macht. Während Fortschritte von Fertigungsseite durch zahlreiche Projekte in Forschung und Industrie demonstriert werden, so sind zugehörige Planungswerkzeuge weniger entwickelt. Um das volle Potenzial digitaler Fertigungsprozesse nutzen zu können, sind daher computerbasierte Methoden erforderlich, welche die flexible Anpassung von Bauteilgeometrien erlauben und eine fertigungsgerechte Planung ermöglichen. Die Modularisierung von Betonstrukturen muss den Anforderungen sowohl von Seiten der Tragfähigkeit wie auch der Fertigung gerecht werden. Planungswerkzeuge müssen diese Komplexität abbilden können. Simulationsbasierte Methoden, welche modularisierte Baustrukturen als komplexes System bauteilspezifischer Wechselwirkungen abbilden, bieten die Möglichkeit, bereits früh die Konsequenzen von Entwurfs- und Planungsentscheidungen abschätzen zu können. Dieser Beitrag zeigt einen agentenbasierten Planungsansatz auf, welcher insbesondere die additive Fertigung von Schalungen als Ergänzung bestehender Produktionskonzepte berücksichtigt. Die geometrischen Grundlagen für die simulationsbasierte Zerlegung von Bauteilen werden dargestellt und in einen durchgehenden Planungsprozess integriert. x | |||||
Kovaleva, Daria; Nistler, Maximilian; Blandini, Lucio; Sobek, Werner; Verl, Alexander | Rezyklierbare Sandschalungen - Auf dem Weg zur Kreislaufproduktion leichter Betonbauteile | Beton- und Stahlbetonbau | 5/2022 | 333-342 | Aufsätze |
KurzfassungIn Zeiten des Klimawandels und zunehmender Ressourcenknappheit wird die Bauindustrie mit der wachsenden Dringlichkeit konfrontiert, Ressourcenverbrauch, Emissionen und Abfälle deutlich zu reduzieren. Die Anwendung von Leichtbaustrategien in Verbindung mit Kreislaufproduktionsprozessen bietet einen ganzheitlichen Ansatz für dieses Problem. In dem folgenden Beitrag wird eine Methode zur abfallfreien Produktion leichter Betonbauteile mittels wiederverwertbarer Sandschalungen präsentiert. Der Einsatz von wasserlöslichen Mischungen in einem Pulverbettdruckverfahren ermöglicht die Herstellung von Schalungen für komplexe und optimierte Betonstrukturen und die Wiederverwendung des Schalungsmaterials in nachfolgenden Produktionszyklen (Bild 1). Die einzelnen Schritte des Verfahrens werden detailliert vorgestellt und am Beispiel der Herstellung eines Betonprototyps mit komplexer räumlicher Struktur illustriert. x | |||||
Rettinger, Martin; Guhathakurta, Jajnabalkya; Gänz, Peter; Simon, Sven; Schlaich, Mike | Hinter den Kulissen - Computertomographie für modulare Segmentfertigteilbrücken | Beton- und Stahlbetonbau | 5/2022 | 343-356 | Aufsätze |
KurzfassungDie industrielle Computertomographie (CT) ermöglicht den Blick “hinter die Kulissen” von erhärteten Betonbauteilen und liefert hochpräzise Messdaten aus dem Bauteilinneren. Unter der Voraussetzung der Verfügbarkeit eines für das Bauteil geeigneten Computertomographen kann so eine Vielzahl von Informationen erfasst werden, die zuvor meist nur durch eine Bauteilöffnung/-zerstörung zugänglich war. Diese Informationen, wie z. B. die genaue Bewehrungslage oder die lokale Häufung von Lufteinschlüssen im Beton, sind relevant für die Qualität von Betonfertigteilen und können in einem Qualitätssicherungssystem im Betonfertigteilwerk gewinnbringend eingesetzt werden. Besonders im Rahmen der Automatisierung und Digitalisierung der Betonfertigteilherstellung birgt eine in den Fließfertigungsprozess integrierte CT-Qualitätsüberwachung ein großes Potenzial. Auf diese Weise können beispielsweise Segmentfertigteilbrücken hergestellt werden, bei denen die einzeln qualitätsgeprüften Fertigteilsegmente später auf der Baustelle durch Vorspannung und mithilfe von verzahnten Kontaktfugen zu Brücken verbunden werden. Mit den durch CT erfassten Informationen ist es möglich, schwankende, bislang durch die Teilsicherheitsbeiwerte abgedeckte Parameter genau zu analysieren und somit das Sicherheitskonzept für Beton neu zu denken. Durch die Kontrolle von streuenden Parametern und die darauffolgende Reduktion von sicherheitsbedingtem Materialverbrauch kann ein wertvoller Beitrag zum Klimaschutz und zur Schonung von natürlichen Ressourcen geleistet werden. x | |||||
Zöller, Raphael; Ochlast, Andreas; Zimmert, Florian; Braml, Thomas | Entwicklung von Prozessen zur automatisierten Planung und Herstellung von Stahlbetonbauteilen | Beton- und Stahlbetonbau | 4/2022 | 222-234 | Aufsätze |
KurzfassungDie Industrie 4.0, Digitalisierung und Automatisierung haben das Potenzial, den Werkstoff Stahlbeton unter anderem in Hinblick auf Ressourcenschonung, Vorfertigung, Dauerhaftigkeit, Qualität der Ausführung sowie viele weitere Aspekte entscheidend weiterzuentwickeln. Bereits jetzt können in Fertigungshallen immer häufiger Roboter und Robomaschinen angetroffen werden. In Anlehnung an diesen Trend werden im vorliegenden Beitrag derzeit durchgeführte Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der Firmengruppe Max Bögl und der Universität der Bundeswehr München, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau, vorgestellt. Die ersten erklärten Entwicklungsziele dieses Verbunds betreffen die Implementierung von Treibern der Digitalisierung und der Industrie 4.0 in die Planung und Herstellung von Stahlbetonfertigteilen. Hierzu wird in der digitalen Planung ein Prozess zur parametrischen 3D-Modellierung und Bahnplanung für Roboteranwendungen entwickelt. Die entstehenden Datensätze werden anschließend in der technischen Umsetzung unter Verwendung von Industrierobotern einerseits zur individuellen Fertigung von Bewehrungskörben, andererseits zur Herstellung alternativer Bauteilgeometrien mittels eines Beton-3D-Druck-Verfahrens verwendet. x | |||||
Mechtcherine, Viktor; Taubert, Markus; Müller, Steffen; Will, Frank; Storch, Florian; Plaschnick, Paul; Otto, Jens; Maiwald, Patrick | 3D-gedruckte monolithische Stahlbetonwände im CONPrint3D-reinforced Verfahren | Beton- und Stahlbetonbau | 4/2022 | 235-244 | Aufsätze |
KurzfassungDie Beton-3D-Druck-Technologie entwickelt sich sehr dynamisch und findet zunehmend praktische Anwendung. Die Integration von lastabtragender Bewehrung stellt jedoch weiterhin eine Herausforderung dar. Der vorliegende Aufsatz stellt drei neue Verfahren zur Herstellung von Stahlbetonvollwänden vor, die auf der von den Autoren entwickelten CONPrint3D-Technologie basieren. Im Einzelnen sind das: 1) das schichtweise Überdrucken von Bewehrungsmatten, die vor eine gedruckte Kernwand gehängt werden, 2) das seitliche additive Füllen eines Bewehrungskorbs sowie 3) das vollautomatische Aufbauen einer Bewehrungsstruktur mit unmittelbar darauffolgendem schichtweisen Umhüllen durch extrudierten Beton. Neben dem aktuellen Forschungsstand und den betontechnologischen Herausforderungen werden maschinenbauliche Entwicklungsansätze und die kalkulatorische Bewertung der neuen Verfahren im Vergleich mit etablierten Bauverfahren präsentiert. x | |||||
Rath, Michael; Fasching, Stephan; Gaßner, Kerstin; Kollegger, Johann | Zur Einleitung von Vorspannkräften in dünnwandige Hohlkastenquerschnitte | Beton- und Stahlbetonbau | 4/2022 | 245-255 | Aufsätze |
KurzfassungIm Zuge eines Forschungsprojekts, welches zurzeit am Institut für Tragkonstruktionen der TU Wien behandelt wird, werden Hohlkastenquerschnitte, bestehend aus dünnwandigen Betonhalbfertigteilen, für deren Einsatz im Brückenbau untersucht. Die Hohlkastenquerschnitte werden segmentweise auf der Baustelle zusammengebaut und mit externer Vorspannung zu einem selbsttragenden Brückenträger zusammengespannt. Anschließend werden die Steg-, Boden- und Deckplatten mit Ortbeton ergänzt und somit ein monolithisches Bauwerk ohne Fugen hergestellt. Die Vorspannung des dünnwandigen Hohlkastenquerschnitts stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. In dieser Arbeit wird eine neue Herangehensweise zur Einleitung der Vorspannkräfte in dünnwandige Hohlkastenquerschnitte vorgestellt, wobei diese anhand von durchgeführten experimentellen Untersuchungen sowie deren Analyse mit einer nichtlinearen FE-Berechnung präsentiert wird. Untersucht wurden zwei unterschiedliche Herstellungsarten der Lisenen, einerseits eine Herstellung in Fertigteilbauweise, andererseits in Ortbetonweise. Dabei hat sich gezeigt, dass eine Herstellung der Lisenen als Fertigteile für die Einleitung von Vorspannkräften in dünnwandige Hohlkastenquerschnitte aufgrund der bei der Ortbetonbauweise entstehenden Schubfuge zu bevorzugen ist. x | |||||
Pröbsting, Arthur; Trost, Burkhart; Schuler, Harald | Berücksichtigung der Querbiegebewehrung zur Erhöhung des Querkraftwiderstands bei einer Bestandsbrücke - Fachwerkmodell und nichtlineare FE-Analyse | Beton- und Stahlbetonbau | 4/2022 | 256-264 | Aufsätze |
KurzfassungZahlreiche Brücken aus den 1970er und 1980er Jahren sind heute deutlich höheren Verkehrslasten ausgesetzt als damals bei der ursprünglichen Bemessung. Unterdessen wurden die normativen Regelungen eher verschärft oder verfeinert, sodass diese Bauwerke den heute geltenden Regeln oft nicht standhalten können. Mit der Einführung der sogenannten Erhaltungsnorm SIA 269 ff. wurde versucht, dieser Tatsache entgegenzuwirken, insbesondere, indem günstige Einflüsse wie Materialnacherhärtung oder Reduktion der Restnutzugsdauer Eingang fanden. Im Falle der Grenzbrücke Basel hätte ein üblicher Querkraftnachweis zu einer aufwendigen Querkraftverstärkung in großen Bereichen der Brücke geführt. Unter Ansatz der Querbiegebewehrung für die Querkrafttragfähigkeit konnte jedoch auf die ursprünglich geplante Verstärkungsmaßnahme verzichtet werden. Die Wirkung der Querbiegebewehrung auf den Querkraftwiderstand wurde anhand eines zusätzlichen zweiten Fachwerkmodells erfasst. Die notwendige Erhöhung des Biegewiderstands ergab sich durch einen Spannungszuwachs im Spannglied bei der Findung des horizontalen Kräftegleichgewichts. Mit einer nichtlinearen Finite-Elemente-Berechnung konnten die Ergebnisse überprüft und die Verträglichkeit der beiden Fachwerkmodelle aufgezeigt werden. x | |||||
Touilbi, Abdelhak; Brühwiler, Eugen | Neuartige Methode zum Ermüdungsnachweis bestehender Straßenbrücken mittels Monitoring - Anwendungsbeispiel einer Straßenbrücke in der Schweiz | Beton- und Stahlbetonbau | 3/2022 | 155-166 | Aufsätze |
KurzfassungDer Regelermüdungsnachweis für Straßenbrücken nach Eurocode kann mit dem aus einem Einzelfahrzeug bestehenden Ermüdungslastmodell ELM3 und den sogenannten Schadensäquivalenzfaktoren &lgr;i geführt werden, ohne das aufwendige Ermüdungslastmodell ELM4 mit mehreren Fahrzeugtypen anwenden zu müssen. Allerdings unterliegt dieser Regelnachweis Einschränkungen. So können beispielsweise Brücken mit Stützweiten oder Einflusslinienlängen außerhalb des Intervalls [10 m - 80 m] nicht nachgewiesen werden. Darüber hinaus wird ein messdatengestützter Ermüdungsnachweis vorgestellt. Dabei kann der Schadenäquivalenzfaktor &lgr;1 für Monitoringdaten berechnet und ausgewertet werden. Aufbauend auf dem vorliegenden Regelermüdungsnachweis nach Eurocode wird in diesem Beitrag eine Methode zum Ermüdungsnachweis vorgeschlagen, die auf der Tragwerksantwort der zu untersuchenden Bauwerke fußt. Mithilfe dieser Methode lässt sich der Schadenäquivalenzfaktor &lgr;1 für beliebige Einflusslinienlängen und Monitoringspektren ohne Einschränkungen ermitteln. x | |||||
Proske, Dirk | Überführbarkeit der Eingangsgrößen von Lebenszykluskostenanalysen bei Massivbrücken | Beton- und Stahlbetonbau | 3/2022 | 167-175 | Aufsätze |
KurzfassungLebenszykluskostenanalysen sind ein Verfahren zur Priorisierung von Bauwerken und Maßnahmen im Rahmen des Erhaltungsmanagements von Infrastruktursystemen. Lebenszykluskostenanalysen berücksichtigen eine Vielzahl verschiedener Eingangsgrößen, die wiederum selbst auf unterschiedlichen Parametern basieren, denn oft liegen bei Infrastruktur- und Immobilienbetreibern nicht alle Eingangsgrößen in einer einheitlichen Form vor. Dieser Beitrag befasst sich mit der Überführbarkeit der verschiedenen Eingangsgrößen bzw. Parameter, um eine homogene Lebenszykluskostenanalyse durchführen zu können. Dazu erfolgten eine Literatursichtung und eine subjektive Abschätzung von Kreuz-Korrelationen. x | |||||
Spyridis, Panagiotis; Hufelschulte, Franziska; Mellios, Nikolaos | Einfluss der Stahlfaserbewehrungsarten auf den Betonversagenswiderstand von Befestigungen | Beton- und Stahlbetonbau | 3/2022 | 176-185 | Aufsätze |
KurzfassungEine häufige Bemessungssituation für verschiedene Bauwerke (z. B. Bodenplatten, Industrieböden und Tunnel) sind Verbindungen von tragenden und nichttragenden Elementen auf einem stahlfaserverstärkten Betonuntergrund. Folglich wurde in letzter Zeit ein starkes Forschungsinteresse auf diese konstruktive Lösung gelenkt. Während sich verschiedene Untersuchungen auf normalen und faserbewehrten Beton mit unterschiedlichen Dübeltypen und Fasereigenschaften konzentriert haben, fehlt derzeit ein Einblick in den Einfluss von Stahlfasern mit unterschiedlichen Eigenschaften unter ansonsten vergleichbaren Bedingungen. Diese Forschungsarbeit bietet einheitliche Erkenntnisse zum Einfluss des Fasertyps auf die Betonausbruchskapazität von Befestigungen und ermöglicht eine erneute Überprüfung der derzeit empfohlenen Bemessungsansätze. x | |||||
Matz, Henrik; Empelmann, Martin | Historische Entwicklung der Konstruktionsregeln von Stahlbetonstützen - Hintergründe zu den derzeit geltenden Konstruktionsregeln | Beton- und Stahlbetonbau | 3/2022 | 186-195 | Aufsätze |
KurzfassungDie Stahlbetonstütze ist seit Beginn des 20. Jahrhunderts ein unverzichtbares Bauteil zum Abtrag vertikaler Lasten. Im Laufe der bisher 117-jährigen Normung im Stahlbetonbau haben sich unter Berücksichtigung immer neuer Erkenntnisse in Forschung und Praxis die heute bekannten Konstruktionsregeln entwickelt. Ein Rückblick auf die historische Entwicklung der konstruktiven Durchbildung von Stützen und die Hintergründe der jeweiligen Regeln ist heute aus zwei Gründen sinnvoll. Die Kenntnis über die konstruktive Durchbildung maßgebender Bauteile ist für das Bauen im Bestand aufgrund häufig fehlender Pläne und Angaben von großer Bedeutung. Außerdem vermitteln die Hintergründe zu den Konstruktionsregeln ein Verständnis für die Wirkungsweise der konstruktiven Stützenbewehrung und somit für das Tragverhalten von Stahlbetonstützen. x | |||||
Mayer, Michael; Huß, Michael; Kim, Hoang Huy; Tue, Nguyen Viet | Übergangskonstruktionen aus UHPFRC für den Integralbrückenbau | Beton- und Stahlbetonbau | 2/2022 | 78-89 | Aufsätze |
KurzfassungDank der Bereitstellung von normativen Regelungen für den Entwurf und die Bemessung nimmt die Anzahl von Integralbrücken weltweit deutlich zu, sowohl durch Neubauten als auch durch die nachträgliche Integralisierung von bestehenden Bauwerken. Neben vielen Vorteilen bezüglich des Fahrkomforts und der Lebenszykluskosten stellt sich die Wechselwirkung im Übergangsbereich zwischen Bauwerk und Straße bei Integralbrücken deutlich komplexer dar als bei gewöhnlichen Brücken, insbesondere bei langen Bauwerken. Breite Risse im bituminösen Fahrbahnbelag konnten deshalb in diesem Bereich häufig beobachtet werden. Diese Risse beeinflussen nicht nur den Fahrkomfort, sondern auch die Dauerhaftigkeit maßgeblich. Um die Bauwerksverformung auf viele feine Risse zu verteilen, wurde am Institut für Betonbau der TU Graz eine neue Übergangskonstruktion aus UHPFRC entwickelt. Diese neuartige Lösung wurde mittlerweile bereits bei zwei Integralbrücken in Österreich mit Überbaulängen von 90 m (Fehring) und 103 m (Trautenfels) eingesetzt. Die ersten Ergebnisse aus dem installierten Monitoringsystem beim Bauwerk in Fehring bestätigen die Funktionsweise der neuen Konstruktion eindrucksvoll. x | |||||
Reiterer, Michael; Firus, Andrei | Dynamische Analyse der Zugüberfahrt bei Eisenbahnbrücken unter Berücksichtigung von nichtlinearen Effekten | Beton- und Stahlbetonbau | 2/2022 | 90-98 | Aufsätze |
KurzfassungIm Artikel wird das Schwingungsantwortverhalten von Eisenbahnbrücken infolge Zugüberfahrt unter Berücksichtigung von nichtlinearen Effekten untersucht und bewertet. Die betrachteten Nichtlinearitäten beziehen sich auf die bei realen Eisenbahnbrücken festgestellte Amplitudenabhängigkeit der Eigenfrequenzen. Im ersten Teil werden die bei durchgeführten dynamischen Messungen an realen Eisenbahnbrücken detektierten Nichtlinearitäten dargestellt und diskutiert. Der Fokus liegt dabei auf einfeldrigen Stahlbetonplattentragwerken mit Schotteroberbau. Die Grundlagen des nichtlinearen Duffing-Schwingers mit unterlinearer Federkennlinie werden dargelegt und die besonderen Effekte von nichtlinearen Schwingungen werden erläutert. Im zweiten Teil werden numerische Simulationen der Zugüberfahrten unter Betrachtung von nichtlinearen Balkenmodellen durchgeführt. Bei den Simulationsberechnungen wird die Amplitudenabhängigkeit der Eigenfrequenzen berücksichtigt und die Tragwerksantworten bei Zugüberfahrt in der Form von Resonanzkurven dargestellt. Zu Vergleichszwecken werden die Berechnungen auch an linearen Balkenmodellen mit konstanten Eigenfrequenzen durchgeführt und die sich ergebenden Abweichungen diskutiert. Der Einfluss der untersuchten Nichtlinearitäten auf das Schwingungsverhalten von Eisenbahnbrücken wird herausgearbeitet und Empfehlungen für die zukünftige Berücksichtigung dieser Effekte bei dynamischen Berechnungen der Zugüberfahrt werden angegeben. x | |||||
Vill, Markus; Vospernig, Michael; Reiterer, Michael; Eichinger-Vill, Eva M.; Kari, Hannes | Vorschlag für eine Änderung des Temperaturlastmodells für Beton- und Verbundbrücken in Österreich - Ergebnisse des Projekts MTE 2.0 "Modifiziertes Temperaturlastmodell für Eisenbahnbrücken" | Beton- und Stahlbetonbau | 2/2022 | 99-108 | Aufsätze |
KurzfassungIm Rahmen des durch die ÖBB-Infrastruktur AG initiierten Forschungsprojekts MTE 2.0 wurden umfangreiche Untersuchungen zur tatsächlichen Temperaturbeanspruchung von Eisenbahnbrücken durchgeführt. Hierbei wurden Messungen an Brückentragwerken sowie Auswertungen von statistischen meteorologischen Klimadaten über einen Zeitraum von 50 Jahren, probabilistische Auswertungen und sowohl analytische als auch numerische Berechnungen durchgeführt. Auf Basis der Ergebnisse wurde das normative Bemessungsmodell für Temperatureinwirkungen gemäß Eurocode 1 an die Randbedingungen für Eisenbahnbrücken (Beton- und Verbundkonstruktionen) angepasst und ein Vorschlag für ein optimiertes Bemessungsmodell neu entwickelt, das im folgenden Beitrag vorgestellt wird. Vergleichsrechnungen an Eisenbahnbrücken haben gezeigt, dass die Längenänderungen von Massivbrücken im Grenzzustand der Tragfähigkeit gemäß dem optimierten Bemessungsmodell gegenüber den Ansätzen der ÖNORM EN 1991-1-5 bzw. der ÖNORM B 1991-1-5 um 25 % bis 45 % geringere Werte aufweisen können. Mithilfe dieses neu entwickelten Bemessungsmodells können somit die tatsächlich gemessenen Längenänderungen an bestehenden Brücken unter Berücksichtigung der Teilsicherheitsbeiwerte und der charakteristischen Eingangswerte wesentlich realistischer abgebildet werden. Der vorliegende Beitrag soll als Diskussionsgrundlage für die Arbeit in dem entsprechenden Normengremium verwendet werden. x | |||||
Herget, Christian; Müller, Anna; Proske, Tilo; Rezvani, Moien; Graubner, Carl-Alexander | Kalksteinmehl als Betonzusatzstoff - Vorschlag für die Anrechenbarkeit auf den Zementgehalt und Potenzial zur CO | Beton- und Stahlbetonbau | 2/2022 | 109-118 | Aufsätze |
KurzfassungUm die mit der Betonindustrie verbundenen CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren, ist ein verstärkter Einsatz von Betonzusatzstoffen zur Reduktion des Zementklinkergehalts des Betons anzustreben. Eine Anrechenbarkeit von Betonzusatzstoffen Typ II für die Berechnung des äquivalenten w/z-Werts und den Nachweis des Mindestzementgehalts ist bereits über den k-Wert-Ansatz in DIN EN 206-1 bzw. DIN 1045-2 normativ geregelt. Durch eine Erweiterung des Ansatzes auf Kalksteinmehle könnte ein Anreiz geschaffen werden, den Zementklinkergehalt im Beton weiter abzusenken und somit die CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren. Obwohl Kalksteinmehl als Betonzusatzstoff Typ I nahezu inert ist, besteht aufgrund physikalisch-mechanischer Effekte ein gewisser Beitrag zur Festigkeitsentwicklung von Beton. Nachfolgend wird auf Grundlage von Ergebnissen langjähriger Forschungsarbeiten eine potenzielle Anrechenbarkeit von Kalksteinmehl, basierend auf dem Prinzip der vergleichbaren Leistungsfähigkeit nach DIN EN 1992-1, für Betone vorgestellt. Als Ergebnis wird für Kalksteinmehl ein k-Wert von 0,15 bei der Berechnung des Wasserzementwerts sowie eine volle Anrechenbarkeit auf den Mindestzementgehalt vorgeschlagen. x |