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Der vorliegende Beitrag präsentiert am Institut für Massivbau der TU Darmstadt durchgeführte Forschungsarbeiten zu klima- und ressourcenschonenden Ökobetonen mit reduziertem Zementklinkergehalt. Es wird gezeigt, dass zur Herstellung von Betonen mit mittlerer Festigkeitsklasse (C20/25-C25/30) der Zementgehalt gegenüber konventionellen Mischungszusammensetzungen auf unter 150 kg/m3 verringert werden kann. Bei Stahlbetonbauteilen, die einem moderaten chemischen und physikalischen Angriff ausgesetzt sind (C30/37, Expositionsklasse XC4, XF1 und XA1), ist es technisch möglich, Betone mit einem Zementgehalt von weniger als 200 kg/m3 zu verwenden. Da die Mischungszusammensetzungen der entwickelten Ökobetone die normativ vorgegebenen Mindestzementgehalte (DIN 1045-2:2008-08) unterschreiten sowie die maximalen Wasserzementwerte überschreiten, wurden umfangreiche Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit der Ökobetone durchgeführt. Dabei wurden alle bemessungsrelevanten mechanischen Eigenschaften und die für die Dauerhaftigkeit relevanten Materialkenngrößen der Betone ermittelt. Weiterhin wurde die Eignung der Betone für die industrielle Fertigung bei den Forschungspartnern überprüft. Abschließend wurden mit den Kooperationspartnern aus der Betonfertigteil- und Transportbetonindustrie die baupraktische Anwendbarkeit und die Sichtbetoneigenschaften an großformatigen Bauteilen sowie das Tragverhalten von Bauteilen aus Ökobeton analysiert.

Eco-friendly Concrete for Reinforced Concrete Structures - Technical Innovation for Sustainable Buildings
This paper presents the results of studies at the Institut für Massivbau of the TU Darmstadt focused on the development of clinker reduced Green Concretes. The research results showed, that concrete with a cement content lower than 150 kg/m3 can be used for interior structures (C20/25-C25/30, exposure class XC1). It is also possible to use concrete for exterior structures (C30/37, exposure class XC4, XF1 and XA1) with less than 200 kg/m3 cement.
The cement content of the developed concretes is below the minimum content according to DIN 1045-2:2008-08 and the water-cement ratio exceeds the normative limit value. This requires extensive investigations on the performance of the Green Concretes. In the conducted test all mechanical design-relevant parameters and a number of durability properties of the concrete were determined. The suitability of the concrete during the industrial production has been verified. Full-scale samples were produced for the evaluation of the surface quality and the analyses of the load bearing capacity.

Im Allgemeinen führt eine linear elastische Berechnung von Biegebauteilen zu brauchbaren und hinreichend genauen Ergebnissen bei der Bestimmung der Schnittgrößen als Grundlage für die Bemessung der Querschnitte. Grundsätzlich anders verhält es sich dagegen mit den Schnittgrößen infolge von Zwang und den Durchbiegungen, die beide von den absoluten Steifigkeiten abhängig sind. Daher sind in diesen Fällen für eine realitätsnahe Berechnung nichtlineare Verfahren anzuwenden. Dabei sind die Einflüsse aus einer Rissbildung (Steifigkeitsabfall) sowie aus dem Kriechen und Schwinden des Betons zu berücksichtigen.
Auf eine besondere Problemstellung führt dabei die kombinierte Beanspruchung infolge von Last und Zwang. DIN 1045-1 enthält Näherungen als Regelungen, sowohl für die Begrenzung der Durchbiegungen, als auch der Rissbreiten unter einer kombinierten Beanspruchung. Es stellt sich u. a. die Frage nach deren Gültigkeitsgrenzen.

Reinforced Concrete Elements subjected to a Combined Effect of Action due to Load and Centric Restraint
In general a linear elastic analysis for bending members is useful and suitable for the determination of internal forces and moments as basis for design. This is fundamentally different in case of internal forces due to restraint and deflections, which requires a realistic non-linear calculation. The influences of cracking, creeping and shrinkage definitely have to be considered. A special problem results from the combined subjection to load and restraint. Concerning this matter, the standard DIN 1045-1 comprehends approximate rules for the deflections as well as for the crack control under the combined effects. The point is their limit of validity.

Die Leistungsfähigkeit von Smartphones und Tablet-PCs wird stetig gesteigert und reicht mittlerweile in Teilen an die einfacher PCs heran. Gleichzeitig nimmt die weltweite Verbreitung mobiler Endgeräte zu, sodass in 2013 erstmals mehr Smartphones als Mobiltelefone verkauft werden. Die Idee, das Potenzial von Smartphones auch für den Bereich des Bauingenieurwesens nutzbar zu machen, führte zur Entwicklung der “Design of Concrete”-Applikation (DoC-App). Die Applikation wurde für das Betriebssystem Android programmiert und beinhaltet für Rechteck- und Plattenbalkenquerschnitte grundlegende Bemessungsaufgaben im Bereich des Stahlbetonbaus (Nachweis gegen Biege-, Querkraft- und Torsionsversagen, Rissbreitennachweis). Die Nachweise werden nach aktueller Vorschrift DIN EN 1992-1-1 mit nationalem Anhang (NAD) geführt. Darüber hinaus ist ein Schnittgrößenrechner für Ein- und Zweifeldträger integriert. Das Hauptaugenmerk wurde auf die mobile und intuitive Anwendung gelegt, um zielgerichtet einfache Berechnungen durchführen zu können. Deshalb sind die Ein- und Ausgabeinformationen auf das Nötigste beschränkt. Darüber hinaus kann die Anwendung auch als mobiles Tabellenwerk für typische Bemessungsgrundlagen wie Expositionsklassen, Verankerungslängen, Betondeckung und Bewehrungsmengen dienen.

Sectional design of reinforced concrete for mobile applications
The performance of smartphones and tablet-PCs grows rapidly. Today, it approximates the one of common desktop PCs. Simultaneously, the worldwide distribution of mobile devices increases daily and consequently in 2013, for the first time, more smartphones than mobile phones will be sold. Having the idea to use this potential in the field of civil engineering, the “Design of Concrete”-Application (in short DoC-App) has been developed. At the present time Android dominates the market for operating systems of smartphones. Hence, the application has been developed to run on Android only. It comprises the basic tasks in concrete designing (bending, shear and torsion failure as well as proof of crack width) for rectangular cross sections and T-beams acc. to DIN EN 1992-1-1 (including the national appendix). Furthermore, internal forces of single- and double span beams can be calculated automatically. Priority is set on an intuitive and effective handling of the application. Therefore, in- and output data are limited to a minimum of information. In addition, the application can also be used as a mobile base of usual chart data like for exposure classes, anchoring lengths, concrete covers or amounts of reinforcement.

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Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts werden von der jungen “Eisenbetonbauweise” die Fachwerkkonstruktionen des Holz- und Stahlbaus adaptiert. Der vorliegende Beitrag zeigt die daraufhin einsetzende Entwicklung des Betonfachwerkbaus über nun mehr als 100 Jahre. Von den großen Ortbetonkonstruktionen der Stahlbetonpioniere über die vorgefertigten, typisierten Strukturen der 1950er- und 1960er-Jahre bis hin zu aktuellen Ansätzen zur modularen Gestaltung von Stahlbetonfachwerken werden anhand ausgewählter Beispiele entscheidende Entwicklungsschritte dargestellt. Obwohl die Anwendung der Stahlbetonfachwerke, vor allem aufgrund der ausführungstechnischen Schwierigkeiten, bis heute nur in Einzelfällen erfolgt, zeigt die Betrachtung der historischen sowie der aktuellen Entwicklungen das erhebliche Potenzial dieser Konstruktionen.

Concrete truss structures - an untapped potential?
At the beginning of the 20th Century wooden and steel trusses had been adapted by the young concrete architecture. This paper shows the following development of concrete truss structures until today. Starting with the major truss structures made up by the pioneers of concrete constructions, looking at the prefabricated, standardised truss structures of the 1950s and 60s and finally the current modular approaches, crucial steps in development are illustrated by selected examples. Although concrete truss structures, mainly due to technical difficulties, are still only used in individual cases, the historical as well as the current developments show the significant potential of these constructions.

Die Straßenbrücke Horsterdamm in Lauenburg kreuzt den Elbe-Lübeck-Kanal und die Eisenbahntrasse Lüneburg-Lübeck. Die alte Straßenbrücke, eine genietete Fachwerkbrücke mit untenliegender Stahlbetonfahrbahn aus dem Jahr 1939, wies erhebliche Schäden auf und musste ersetzt werden. Die neue Brücke wurde als Stabbogenbrücke mit einer Stahlbetonfahrbahn als Verbundkonstruktion geplant und realisiert, wobei zahlreiche Leitungen ein Verschalen auf der Unterseite nahezu unmöglich machten. Zur Realisierung der Fahrbahnplatte wurde daher auf Stahlbetonfertigteile mit Ortbetonergänzung zurückgegriffen. Im Folgenden werden die planerischen und baubetrieblichen Erfahrungen zusammengefasst dargestellt. Abschließend wird auf Vorteile im Hinblick auf Zwangsbeanspruchungen und Erstrissbildung infolge abfließender Hydratationswärmeentwicklung eingegangen.

Concrete deck with precast elements and cast in place topping employed at the new road bridge Horsterdamm
The new road bridge Horsterdamm in the city of Lauenburg crosses the Elbe-Lübeck-Canal and a railway line. The old bridge, a riveted truss bridge, built in 1939, showed severe defects and had to be replaced. The new bridge is designed as an arched bridge with a composite concrete slab. A bunch of pipes and wires under the bridge lead to the decision to employ precast elements with a cast in place topping. The paper deals with some special design aspects and experiences during erection. Special attention is given to the advantages of the precast elements with respect to crack development due to hydration heat and constraint.

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Die Untersuchung wird für rotationssymmetrisch belastete Kreisplatten durchgeführt. Dabei werden die nicht-linearelastischen, inhomogenen und anisotropen Werkstoffeigenschaften des Verbundwerkstoffs Stahlbeton berücksichtigt.

1983 wurden die ersten Ölförderplattformen offshore errichtet. Ihr Standort ist das Feld "Schwedeneck-See" in der Kieler Bucht. Die beiden Bauwerke bestehen aus Stahlbeton, sie wurden im Trockendock hergestellt und anschliessend als schwimmender Körper zu ihren Einsatzorten verschleppt. Der Aufsatz beschreibt die wesentlichen Schritte von der Bewerbung um den Auftrag bis zur Installation der Bauwerke in der Ostsee.

Anhand eines ausgeführten Stahlbetonrahmens mit einer integrierten WIB-Tragwerksplatte (Walzträger in Beton) werden die Vorteile dieser Konstruktionsweise, die sich besonders bei gedrückter Bauhöhe als günstig erweist, erörtert. Ferner werden die Besonderheiten dieser Hybridkonstruktion sowohl in technischer als auch in statischer Hinsicht diskutiert. Besonderes Augenmerk ist dabei auf den Übergang vom Stahlbeton auf das WIB-Tragwerk zu legen, da an dieser Stelle ein Material- und Steifigkeitssprung durchgeführt wird.

Formenvielfalt, Schlankheit und Eleganz sind die Eigenschaften von Stahlbetonschalen, die den Betrachter beim Anblick solcher Bauwerke begeistern. Neue architektonische Strömungen leiten gegenwärtig eine Renaissance im Schalenbau ein, zumindest im Bereich öffentlicher Prestigebauten. Das Haupthindernis, das einer weiteren Verbreitung ästhetisch ansprechender Schalenbauten den Weg versperrt, besteht in den Herstellungskosten solcher Strukturen. Allein der Aufwand für den Bau der Schalung kann, bei Vorliegen einer komplexer Schalengeometrie, einen Großteil der Herstellungskosten ausmachen. Ebenso kompliziert und kostentreibend gestaltet sich oft das Einbringen von Bewehrung und Beton. Eine neuartige an der TU-Wien entwickelte Schalenbaumethode beruht darauf, eine eben hergestellte Stahlbetonscheibe mittels Vorspannung in eine räumlich gekrümmte Schale überzuführen. Dadurch lassen sich beträchtliche Kosteneinsparungen im Herstellungsprozeß erzielen.

Stahlbetonschornsteine und Fernmeldetürme besitzen in bautechnischer Hinsicht, also Standsicherheit und Bauausführung, viele Gemeinsamkeiten. Die historische Entwicklung wird anhand der typischen Konstruktionselementen wie der radialsymmetrischen Fundamentausbildung, dem Schalungsbau, dem Anschluss des Turmkopfes und nicht zuletzt der Kosten aufgezeigt.

Während eines Erdbebens treten Bodenbeschleunigungen veränderlicher Größe in einer im Zeitverlauf veränderlichen Richtung auf. Um das Verhalten von Stahlbetonstützen unter derartigen wechselnden Beanspruchungen analysieren zu können, wird ein Fasermodell zur Beschreibung des nichtlinearen Querschnittsverhaltens vorgestellt. Der Einfluß veränderlicher Biegebeanspruchungsrichtungen sowie einer in der Größe schwankenden Normalkraft auf das Tragverhalten wird anhand von Beispielrechnungen erläutert. Zur Quantifizierung der erdbebeninduzierten Schädigung eines Tragwerks wird das Schädigungsmodell DQ entsprechend modifiziert.

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Schnittgrößen in Stahlbetonkonstruktionen werden meistens ohne Berücksichtigung der Rißbildung berechnet. In statisch unbestimmten Tragwerken basiert folglich die Bemessung der gerissenen Querschnitte auf ungenau ermittelten Biegemomenten und Längskräften. Diese Diskrepanz führt im Industrie-, Tief- und Wasserbau oft zu unwirtschaftlichen, manchmal sogar auch unsicheren Ergebnissen. Vor diesem Hintergrund wurde im Heft 6 der "Beton- und Stahlbetonbau" 2001 eine wirklichkeitsnahe Berechnungsmethode vorgestellt, die auf einer Erweiterung des herkömmlichen Begriffs Steifigkeit basiert. Da das Verfahren die Erscheinungen Erstrißbildung, abgeschlossene Rißbildung und Plastifizierung erfaßt, wird es als "Kontinuierliche Verformungstheorie", KVT, bezeichnet. Im vorliegenden Beitrag wird der Gewinn aus der Anwendung von steifigkeitsorientierten Methoden dargelegt.

Es werden neue Untersuchungsergebnisse zum Trag- und Verformungsverhalten von Stahlbetonträgern mit großen Öffnungen vorgestellt. Basis der Untersuchungen stellt ein innovatives Versuchskonzept dar, das mit der FE-Methode unter Verwendung physikalischer nichtlinearer Stoffgesetze untersucht wurde. Die zentrale Frage der Querkraftverteilung auf die Öffnungsgurte konnte geklärt werden. Die Untersuchungsergebnisse führen zu einem neuen Bemessungsvorschlag, der vorgestellt wird. Praxisgerechte Nachweisformate zeigen die Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit.

Für die Schubbemessung von Stahlbetonträgern mit zweiachsiger Querkraftbeanspruchung werden räumliche Fachwerkmodelle entwickelt. Dazu wird der Vektor der resultierenden Querkraft in Einzelanteile aufgeteilt und damit die schräge Betondruckstrebe in Einzelstreben aufgelöst. Die Modelle gelten für Stahlbetonträger mit Rechteckquerschnitt und bestehen aus Zugstreben von Bügeln und Längsstäben, allgemein räumlichen Betondruckstreben sowie aussteifenden Druckstreben in Bügelebene. Sie werden an Experimenten qualitativ verifiziert und zur Ableitung von Bemessungsdiagrammen für die Bügelbemessung erweitert. Ein Beispiel zeigt die praktische Anwendung der Diagramme.

In der Ausgabe Beton- und Stahlbetonbau 97, Heft 3, 2002 wurde ein ganzheitliches Bemessungskonzept für Stahlbetonträger mit großen Öffnungen vorgestellt. Dieses Bemessungskonzept wurde in den letzten Jahren durch eine umfassende Versuchsserie verifiziert. Zusätzlich wurde das Trag- und Verformungsverhalten von Stahlbetonträgern mit Öffnungsgruppen durch nichtlineare Finite Elemente Berechnungen untersucht. Im folgenden wird ein vereinfachtes Bemessungskonzept für Stahlbetonträger mit großen Einzelöffnungen und Öffnungsgruppen vorgestellt, welches auf den Ergebnissen der Versuchsserie und der nichtlinearen FE-Berechnungen basiert.