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Höffgen, Jan P.; Vogel, Michael; Blask, Oliver; Dehn, Frank | Entwicklung thermisch-mechanisch aktivierter Betonbrechsande als Betonzusatzstoff - Projektvorstellung und erste Ergebnisse | Beton- und Stahlbetonbau | 4/2023 | 239-246 | Aufsätze |
AbstractAngesichts des Ressourcenbedarfs der Bauindustrie in Verbindung mit einer immer weiter eingeschränkten Rohstoffverfügbarkeit ist eine effiziente Kreislaufführung von Baustoffen unerlässlich. In der Betonherstellung bedeutet dies bspw. die Verwendung rezyklierter Gesteinskörnungen zum partiellen Austausch der natürlichen Kiese und Sande, wobei Letzteres nur eingeschränkt möglich ist. Da sich bei der Zerkleinerung von Beton poröser hydratisierter Zement in den Feinstoffen anreichert, ist der Einsatz dieser sog. Betonbrechsande als Gesteinskörnung oder als gemahlener Betonzusatzstoff zumeist mit Einbußen bei der Leistungsfähigkeit der Betone verbunden. Vorliegende Versuchsergebnisse zeigen, dass durch eine zusätzliche thermische Aufbereitung hydratisierter Zement aktiviert werden kann, wodurch sich ausgewählte mechanische Eigenschaften sowie bestimmte Dauerhaftigkeitskennwerte (z. B. Widerstand gegen Carbonatisierung und Chlorideintrag) bei der Verwendung als Betonzusatzstoff verbessern lassen. Diese ersten vielversprechenden Ergebnisse gaben Anlass für ein aktuell laufendes Forschungsvorhaben, in dem Einflussfaktoren der thermisch-mechanischen Aufbereitung von Betonbrechsanden unterschiedlicher Zusammensetzung auf ihre Leistungsfähigkeit als Betonzusatzstoffe eingehend untersucht werden. x | |||||
Fickler, Nicolas; Demmer, Martin | Optimierte Konzepte für den sprengtechnischen Rückbau von Naturzugkühltürmen | Beton- und Stahlbetonbau | 4/2023 | 247-260 | Aufsätze |
AbstractDer Rückbau von Naturzugkühltürmen stellt einen wesentlichen Beitrag im Zuge der Umnutzung alter Kraftwerksstandorte dar. Aus monetären Gründen im Zusammenspiel mit Gründen der Nachhaltigkeit, die sich besonders in der Wiederverwendbarkeit der Flächen und im Recycling der Ressource Stahlbeton niederschlagen, ist ein zeitnaher Rückbau der Naturzugkühltürme nach Betriebsende in den meisten Fällen empfehlenswert. Der Beitrag zeigt neben dem etablierten Stand der Technik Potenziale zur Weiterentwicklung von Konzepten für den Rückbau von Naturzugkühltürmen auf. Dabei bieten komplexe numerische Simulationen mittlerweile die Möglichkeit, sowohl die Standsicherheit für temporäre, vorgeschwächte Bauzustände als auch das Kollapsverhalten der Stahlbetonbauwerke bei Sprengung zielgenau beurteilen zu können. Den zentralen Aspekt bildet hier die Sicherheit in verschiedenen Facetten, die insbesondere auch für unmittelbare Nachbarbebauungen zu betrachten und zu gewährleisten ist. Die vorgestellten neuen Rückbaukonzepte, für die noch keine praktischen Erfahrungswerte vorliegen, werden vergleichend den etablierten Konzepten gegenübergestellt und hinsichtlich der Aspekte Standsicherheit, Kollapssicherheit, Erschütterungsprognose, erforderliche Sicherungsmaßnahmen, Auswirkungen auf die Umwelt, Arbeitsaufwand und Kosten bewertet. x | |||||
Schack, Tobias; Deiters, Macielle; Neubaur, Konrad; Oberhoff, Tessa; Klemt-Albert, Katharina; Haist, Michael | Roadmap zur klimaoptimierten Transportbetonherstellung - Quantifizierte Betrachtung von Handlungsoptionen zur Steigerung der Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz | Beton- und Stahlbetonbau | 3/2023 | 148-166 | Aufsätze |
AbstractDer Bauindustrie und insbesondere der Zement- und Betonindustrie kommt sowohl bei der Begrenzung der globalen Erwärmung als auch beim Schutz der natürlichen Ressourcen eine wichtige Rolle zu. Zentral ist dabei die Frage, wie es zum einen gelingt, die bei der Herstellung, Verwendung und dem Recycling von Beton einhergehenden CO2-Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig den Ressourcenkreislauf zu schließen. Dabei sind enorm vielfältige Wege zum klimaoptimierten und ressourceneffizienten Betonbau denkbar und möglich. Die einzelnen Wege unterscheiden sich jedoch relativ stark in den dafür notwendigen technischen Maßnahmen, den normativen Voraussetzungen und nicht zuletzt in den erforderlichen Investitionen. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über den aktuellen Stand zum klimaverträglichen und nachhaltigen Bauen mit Beton und zeigt mögliche Potenziale hin zur Klima- und Ressourcenoptimierung bei der Betonherstellung auf. Der Fokus des Beitrags liegt auf dem Transportbetonsektor bzw. dem Ortbetonbau. Das Potenzial verschiedener Verfahren oder Maßnahmen zur CO2-Minderung und zum Ressourcenschutz wird nicht nur für eine einzelne Betonsorte, sondern anhand eines typischen Transportbetonwerks mit einem angenommenen jährlichen Betonproduktionsvolumen von 21.300 m3 anhand von Literaturangaben quantifiziert, um Anlagenbetreibern eine einfache Einschätzung der Wirksamkeit einzelner oder kombinierter Maßnahmen zu ermöglichen. x | |||||
Ungermann, Jan; Hegger, Josef; Fingerloos, Frank | Durchstanzen in unregelmäßigen Flachdeckensystemen - Anwendungs- und Modellierungshinweise | Beton- und Stahlbetonbau | 3/2023 | 167-181 | Aufsätze |
AbstractDer Durchstanznachweis stellt bei der Bemessung von Flachdecken infolge der konzentrierten, punktförmigen Lasteinleitung oftmals den konstruktiv bestimmenden Nachweis dar. Bei unregelmäßigen Deckensystemen oder Belastungen treten zudem ungleichmäßige Schubspannungsverteilungen im Durchstanzbereich auf. In der Tragwerksplanung stellt sich hierbei oft die Frage, wie die ungleichmäßige Schubspannungsverteilung beim Durchstanzen am zweckmäßigsten und mit vertretbarem Aufwand berücksichtigt werden kann. Die direkte Bestimmung der Schubspannungsverteilung in Rundschnitten mittels FE-Verfahren wird im aktuellen Eurocode 2 nicht explizit ausgeschlossen, aber auch nicht genauer beschrieben. Hier gibt es entsprechenden Freiraum bei der Bemessung für den Tragwerksplaner, aber auch Unklarheiten bei der Interpretation der Ergebnisse. In diesem Beitrag werden FE-Lösungen zur Bestimmung des Lasterhöhungsfaktors &bgr; oder zur direkten Berücksichtigung der ungleichmäßigen Schubspannungsverteilung vorgestellt und anhand eines Anwendungsbeispiels analysiert. Abschließend werden Empfehlungen und Modellierungshinweise zur pragmatischen und möglichst realistischen Bestimmung des Lasterhöhungsfaktors &bgr; zur Berücksichtigung von Knotenbiegemomenten gegeben. x | |||||
Schmidt, Angela; Scheerer, Silke; Curbach, Manfred | Formoptimierung außermittig belasteter Stützen - Theorie und experimentelle Verifizierung | Beton- und Stahlbetonbau | 3/2023 | 182-191 | Aufsätze |
AbstractBei der Formoptimierung wird die äußere Gestalt eines Bauteils entsprechend dem vorherrschenden Kraftfluss gewählt. Hierdurch lassen sich bei gleichem Materialeinsatz große Laststeigerungen erzielen bzw. bei gleicher Tragfähigkeit hohe Materialeinsparungen. Im vorliegenden Beitrag wird eine Formoptimierung für außermittig beanspruchte Stützen vorgestellt, bei denen die Biegebeanspruchung aus einer Rahmenwirkung des Tragsystems resultiert. Dies ist z. B. in Randstützen typischer Stahlbetonskelettbauten der Fall, wie sie üblicherweise bei Wohn- und Geschäftshäusern zum Einsatz kommen. Das im Beitrag vorgestellte Formoptimierungsverfahren kann auf Stützen mit einem beliebigen Verhältnis von Momenten- zu Normalkraftbeanspruchung angewendet werden, unter Voraussetzung eines eintretenden Materialversagens. Ergebnisse zur Formoptimierung bei einem Stabilitätsversagen wurden für zentrisch gedrückte Stützen bereits gesondert veröffentlicht. Die Optimierung selbst erfolgt iterativ an einer über die Höhe segmentierten Stütze unter dem Kriterium, einen gleichmäßigen Spannungszustand im Bauteil zu erreichen. Mithilfe einer experimentellen Überprüfung an 3,3 m hohen Stützen konnte das gewählte Berechnungs- und Optimierungsverfahren verifiziert werden. Neben den Versagenslasten wurden an ausgewählten Punkten zudem die Betondehnungen sowie das Verformungsverhalten analysiert und bewertet. x | |||||
Junghanns, Maria Teresa Alonso; Breitenbücher, Rolf; Günther, Michael; Haist, Michael; Haus, Jörg | Becken aus Beton in Entwässerungsanlagen nach ZTV-ING | Beton- und Stahlbetonbau | 3/2023 | 192-200 | Aufsätze |
AbstractBecken aus Beton im Zuge von Bundesfernstraßen sind in der ZTV-ING geregelt. Unter Berücksichtigung des aktuellen Stands der Technik und der zwischenzeitlich vorliegenden Erfahrungen der Straßenbauverwaltungen sowohl hinsichtlich des Baus als auch des Betriebs von Becken und Pumpenhäusern sollte die Zuordnung dieser Bauteile zu Expositionsklassen überdacht werden. Im vorliegenden Beitrag werden die bei Becken aus Beton relevanten Umwelteinwirkungen differenziert betrachtet und die Hintergründe für eine mögliche Anpassung der bisherigen Festlegungen erläutert. Bei einer globalen Kategorisierung sind nach den heutigen Regelungen viele Bauteile solcher Becken formal der Expositionsklasse XF4 zuzuordnen, woraus sich dann unmittelbar die zwingende Verwendung von LP-Beton ableitet. Differenzierte Betrachtungen, unter Einbeziehung spezifischer Randbedingungen und langjähriger Erfahrungen, lassen aber auch die Verwendung von Betonen ohne künstlich eingeführte Luftporen zu. x | |||||
Proske, Dirk; Güner, Ismail; Hingorani, Ramon; Tanner, Peter; Syrkov, Anton | KI/ML-gestützte Auswertung und Interpretation der IABSE-Brückeneinsturzdatenbank | Beton- und Stahlbetonbau | 2/2023 | 76-87 | Aufsätze |
AbstractStatistische Auswertungen von Brückeneinsturzdaten zeigen, dass Massivbrücken signifikant seltener einstürzen als Brücken aus Stahl oder Holz. Da weltweit die Hauptursache für Brückeneinstürze Hochwasser und damit verbundene fluviale Prozesse wie Auskolkung, Muren etc. und Anpralle sind, liegt die Vermutung nahe, dass die hohe Eigenlast der Massivbrücken zu einem insgesamt robusteren Verhalten bei diesen Ereignissen führt. Im Rahmen dieses Beitrags soll geprüft werden, ob die IABSE-Einsturzdatenbank diese These bestätigt und Hinweise auf weitere Ursachen identifiziert werden können. Dazu wird die IABSE-Einsturzdatenbank mittels Verfahren der Künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens (KI/ML) untersucht. Die KI/ML-Analyse bestätigt die bisherige These allerdings nicht. Im Weiteren werden Ursachen für die Ablehnung der These, wie z. B. die Repräsentativität der Daten, diskutiert. Es wird eine Erweiterung der Datenbank für Ereignisse mit großen Einsturzzahlen empfohlen.KI/ML-based Analysis and Interpretation of the IABSE-Bridge Collapse DatabaseStatistical analyses of bridge collapse data show that concrete bridges collapse significantly less frequently than bridges made of steel or wood. Since the main causes of bridge collapses worldwide are floods and associated fluvial processes, such as scouring, debris flows, etc. and impacts, it is reasonable to assume that the high dead load of concrete bridges leads to an overall more robust behavior in these events. This paper will examine whether the IABSE collapse database confirms this hypothesis and whether indications of further causes can be identified. For this purpose, the IABSE collapse database is examined using artificial intelligence and machine learning (AI/ML) methods. However, the AI/ML analysis does not confirm the previous thesis. The reasons for the rejection of the thesis, such as the representativeness of the data, are also discussed. An extension of the database for events with large numbers of collapses is recommended. x | |||||
Wildemann, Peter R.; Brell-Cokcan, Sigrid | Internet of Construction: Potenziale von LoRaWAN für die Qualitätssicherung im Ortbetonprozess | Beton- und Stahlbetonbau | 2/2023 | 88-97 | Aufsätze |
AbstractUm bei der Verwendung von Ortbeton die hohen Qualitätssicherungsstandards zu erfüllen, ist bisweilen ein großer manueller Dokumentationsaufwand erforderlich. Insbesondere der Einbau bedarf großer Aufmerksamkeit, da die Verwendung des richtigen Betons im vorgesehenen Bauteil sichergestellt werden muss und Fehler einen zeitlichen und kostenmäßigen Mehraufwand bedeuten. In anderen Branchen ist zu beobachten, dass zur Unterstützung der Ausführungsprozesse sowie bei der Dokumentation bereits häufig Internet-of-Things (IoT)-Systeme gewinnbringend eingesetzt werden. Trotz zahlreicher zur Verfügung stehender digitaler Lösungen ist der Einsatz von IoT-Technologien für ebendiese Monitoringaufgaben auf der Baustelle jedoch nur selten zu beobachten. Dabei haben die Technologien das Potenzial, die Maßnahmen zur Qualitätssicherung zu vereinfachen und das Bauen attraktiver zu machen. Dieser Aufsatz behandelt den Prozessschritt des Betoneinbaus innerhalb der Wertschöpfungskette im Ortbetonbau, der bislang überwiegend manuell abläuft, ein hohes Fehlerrisiko birgt und sehr dokumentationsaufwendig ist. Es wird ein auf Long Range Wide Area Networt (LoRaWAN) basierendes IoT-System konzipiert, das den Menschen bei der Dokumentation der Betonagen unterstützt. Anschließend wird das System auf einer Baustelle einem Praxistest unterzogen. Es erfolgt der Abgleich der Ergebnisse mit den prozessbezogenen Anforderungen, wobei sich zeigt, dass bereits mit dem präsentierten Setup einige wichtige Anforderungen zufriedenstellend erfüllt werden. x | |||||
Petraroia, Diego Nicolás; Ahrens, Mark Alexander; Mark, Peter | Materialeffiziente Tübbings mit Hybridbewehrung - Entwurf, Herstellung und Bauteilexperimente | Beton- und Stahlbetonbau | 2/2023 | 98-109 | Aufsätze |
AbstractLasteinleitungsstellen von Tunneln aus Tübbings sind lokal hoch beansprucht. Insbesondere betrifft dies die Ansatzpunkte der Vorschubpressen und die Längsfugen als Kontaktstellen zwischen den einzelnen Segmenten in Ringrichtung. Gewöhnlich dominiert die Teilflächenpressung der Längsfuge die Dimensionierung des ganzen Tübbings; abseits davon wird er jedoch nicht voll ausgenutzt. Im Beitrag werden zwei Lösungskonzepte vorgestellt. Eines verstärkt die Tragfähigkeit der Längsfugen im Bereich der Lasteinleitung durch hochfesten Beton und hybride Bewehrung aus Stabstahl und Stahlfasern. Übrige Tübbingteile werden weiterhin in Normalbeton ausgeführt. Darauf abgestimmt erfolgt die Betonage; stehend und hybrid. Alternativ werden Tübbings aus durchgehend hochfestem Beton mit Aussparungen entwickelt. Entsprechende Entwürfe werden im Großmaßstab im Labor umgesetzt und hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit geprüft. Sie liegt bei beiden mit ca. 75 % bzw. 86 % deutlich über derjenigen eines herkömmlichen Referenztübbings. Auch hinsichtlich der CO2-Äquivalente zeigen sich Einsparpotenziale von ca. 35 %. Zudem verringert die geringere notwendige Tübbingdicke den Ausbruchquerschnitt, was Kostenvorteile bringt. x | |||||
Heckmann, Michael; Glock, Christian | Ökobilanz im Bauwesen - Treibhausgasemissionen praxisüblicher Deckensysteme | Beton- und Stahlbetonbau | 2/2023 | 110-123 | Aufsätze |
AbstractIn den vergangenen Jahren erfolgte eine ökobilanzielle Bewertung von Gebäuden nur in Ausnahmefällen auf Wunsch von Projektinitiierenden. Vor dem Hintergrund des gesellschaftlichen und politischen Drucks auf ein klimagerechtes und nachhaltiges Handeln werden Ökobilanzen und die zur Verfügung stehenden Daten zunehmend auch wirtschaftlich relevant. Im Rahmen des Beitrags werden daher die wesentlichen Grundlagen einer Ökobilanz im Bauwesen vorgestellt. Neben einer kritischen Analyse des Bilanzierungsrahmens erfolgt eine kurze Vorstellung verfügbarer Datengrundlagen, wie z. B. der nationalen Datenbank ÖKOBAUDAT. Ferner wird auf die Treibhausgasbilanzierung des Baustoffs Holz eingegangen, die teils erhebliche Bewertungsspielräume mit der Gefahr von Fehlanreizen eröffnet. Als horizontale Bauteile können Deckensysteme von mehrgeschossigen Bauten etwa 40 % der tragwerksbedingten Emissionen eines Gebäudes verursachen und sind folglich von hoher Relevanz für eine Ökobilanz. Unter Variation der bilanzierten Lebenszyklusphasen und verwendeten Datensätze als mögliche Einflussfaktoren auf die Ergebnisse einer Ökobilanz werden diese Bauteile im nachfolgenden Beitrag genauer untersucht und gegenübergestellt. Trotz z. T. sensibler Auswirkungen auf die Gegenüberstellung der Deckensysteme bietet die Ökobilanz eine klare Entscheidungshilfe bei der Wahl von Deckensystemen im Sinne reduzierter Treibhausgasemissionen einer Rohbaukonstruktion. x | |||||
Hering, Marcus; Wilhelm, Sebastian; Wasemann, Heinrich; Bergholz, Martin; Beckmann, Birgit; Curbach, Manfred | Ein UHPC findet Anwendung in der Tiefseeforschung - Festigkeitskennwerte | Beton- und Stahlbetonbau | 2/2023 | 124-132 | Aufsätze |
AbstractIm Beitrag wird auf die umfangreichen Materialuntersuchungen an einem ultrahochfesten Beton (UHPC) eingegangen, der für die Verwendung in der Tiefsee bestimmt ist. Die durchgeführten Versuche umfassen die Bestimmung des Spannungs-Verformungs-Verhaltens bei einaxialer Belastung der Probekörper, die Ermittlung der zweiaxialen Druckfestigkeit des UHPC unter verschiedenen Spannungsverhältnissen sowie die Bestimmung der Zugfestigkeitskennwerte. Auch wurde im Rahmen der Untersuchungen der Elastizitätsmodul experimentell ermittelt. Für die Tests wurden Würfel, Prismen und knochenförmige Probekörper verwendet. Aus den ermittelten Materialkennwerten wurden Umrechnungsfaktoren für die geometrieabhängigen Festigkeiten des Betons ermittelt. Im Rahmen des Beitrags erfolgt zudem ein Vergleich der ermittelten zweiaxialen Druckfestigkeitskennwerte mit weiteren, aus der Literatur bekannten Daten. Hierbei zeigt sich, dass ein UHPC eine ähnliche Festigkeitssteigerung aufweisen kann wie ein Normalbeton. x | |||||
Warter, Lukas; Kromoser, Benjamin | Ökologische Effizienz von Hochbaudecken - Aktuelle Systeme und Zukunftspotenzial | Beton- und Stahlbetonbau | 1/2023 | 3-14 | Aufsätze |
AbstractDie Bauindustrie zählt zu den einflussreichsten Branchen hinsichtlich des anthropogenen Ressourcen- und Energieverbrauchs sowie des anfallenden Feststoffmülls (≥ 38 %). Die Entwicklung und Verwendung von Bauweisen und Baustoffen mit minimalem Umwelteinfluss über den gesamten Lebenszyklus ist somit von höchster Relevanz. Um den ökologischen Einfluss von Bauweisen und Baustoffen quantifizieren zu können, muss eine faktenbasierte Ökobilanzierung durchgeführt werden. Gegenwärtig ist dies meist nicht der Fall und objektive Vergleiche fehlen. Im Hochbau haben besonders Deckensysteme großen Einfluss auf die Gesamtbilanz der Tragstruktur. Deswegen widmet sich dieser Beitrag dem ökologischen Vergleich von unterschiedlichen Deckensystemen im Hochbau in Anlehnung an die EN 15804 und die EN 15978. Die Systemgrenzen sind mit den Lebenszyklusphasen Cradle-to-Gate und Cradle-to-Grave festgelegt worden. Insgesamt werden neun unterschiedliche Deckenarten aus Holz, Stahl, Beton wie auch deren Kombinationen im Rahmen unterschiedlicher statischer Systeme betrachtet. Alle Systeme wurden nach gängiger Ingenieurpraxis für die gegebenen Randbedingungen nach den aktuell gültigen Normen (ÖNORM, Eurocode) möglichst effizient dimensioniert. Die Ergebnisse zeigen, dass mit allen betrachteten Materialien ökologisch konkurrenzfähige Systeme umgesetzt werden können. Zentral sind jeweils ein Einsatz der Materialien entsprechend deren Eigenschaften und die Optimierung der Struktur sowie des Tragsystems. x | |||||
Hertel, Mareile; Rempel, Sergej | Bewertung neuer Betonrezepturen anhand der Druckfestigkeit und der Treibhausgasreduzierung im Herstellprozess | Beton- und Stahlbetonbau | 1/2023 | 15-24 | Aufsätze |
AbstractDie Herstellung von Betonbauteilen muss zum Schutze des Klimas nachhaltiger werden. Ein Ansatz ist die grundlegende Veränderung der Betonrezepturen in ihren Ausgangsstoffen und Massenanteilen. Diese sind so zu verändern, dass der Einsatz primärer Rohstoffe signifikant reduziert wird, ohne die physikalischen Eigenschaften des Betons nachteilig zu verändern respektive zu verbessern. Dieser Aufsatz befasst sich mit aktuellen internationalen Forschungsergebnissen zu nachhaltigen, kreislaufoptimierten Betonmischungsrezepturen und deren erzielten 28-Tage-Druckfestigkeitswerten. Diese wurden mithilfe eines Analysemodells über die empirischen Druckfestigkeitswerte der Rezepturen und deren mögliche CO2-Einsparung im Herstellungsprozess bewertet. Die Veränderung des Treibhauspotenzials basiert auf einer reduzierten Sachbilanzstudie der Stoffströme. Die Auswertung der verfügbaren Daten ergab, dass insbesondere durch den Einsatz industrieller Abfall- und Nebenprodukte in Beton, wie Kupferschlacke, keramische oder Gießereiabfälle sowie Steinschlammpulver, ein nachhaltiges Ergebnis erzielt werden kann. Bei Verwendung dieser Produkte konnte sowohl eine rechnerische Einsparung des Kohlenstoffdioxidausstoßes als auch eine Zunahme der 28-Tage-Druckfestigkeit gegenüber der Vergleichsprobe erzielt werden. x | |||||
Zecherle, Katrin; Ricker, Marcus; Binde, Jan; Winkelmann, Jana; Haxter, Christina | Zugtragverhalten von Betonbauteilen mit getränkter Textilbewehrung aus Flachsfasern | Beton- und Stahlbetonbau | 1/2023 | 25-35 | Aufsätze |
AbstractIn der letzten Zeit haben Naturfasern aufgrund ihrer umweltfreundlichen, wirtschaftlichen und mechanischen Eigenschaften bei der Verwendung als Verstärkung in Verbundwerkstoffen ein wachsendes Interesse in der Forschung geweckt. Trotz dieser Vorteile wurde das Tragverhalten von textilen Bewehrungen aus Naturfasern in Betonbauteilen bisher nicht systematisch untersucht. Die für Textilbetonbauteile entwickelten Bemessungsregeln beschränken sich deshalb auf textile Bewehrungen, die aus synthetischen Fasern hergestellt wurden. In diesem Beitrag wird das einaxiale Zugtragverhalten von Betonbauteilen mit einer Bewehrung aus Flachsfasertextilien (beschichtete Drehergewebe) untersucht. Dafür wurden Probekörper hergestellt und geprüft, wobei die Parameter der Textilien, z. B. der Schussfadenabstand, systematisch variiert wurden. Als Referenz wurden unbewehrte Dehnkörper geprüft. Die Eignung der Flachsfasertextilien als Bewehrung für einaxial auf Zug beanspruchte Betonteile zeigt sich sowohl durch eine signifikante Erhöhung der Bruchlast im Vergleich zu unbewehrten und unterbewehrten Betonbauteilen als auch durch fein verteilte Rissbilder. Die Kurven der Spannungs-Dehnungs-Diagramme können in drei für bewehrte Dehnkörper typische Bereiche unterteilt werden (Zustand I - ungerissen, Zustand IIa - Erstrissbildung und Zustand IIb - abgeschlossenes Rissbild). Die Abgrenzung der Bereiche ist mit zunehmendem Bewehrungsgrad deutlicher. x | |||||
Hondl, Timo; Glock, Christian | Kombinierte Betrachtung von Fahrbahnqualität, Lkw-Achslasten und der Lebensdauer von Betonbrücken | Beton- und Stahlbetonbau | 1/2023 | 36-44 | Aufsätze |
AbstractDurch den steigenden Sanierungsbedarf von Straßenbrücken in Deutschland kommt der Planung für deren Erhalt und Neubau eine wachsende Bedeutung zu. Je genauer die vorhandenen Kenntnisse über die Einwirkungen sind, desto präziser können Prognosen der Lebensdauer eines Bauwerks sein. Dies trifft nicht nur im Brückenbau zu, auch im Automobilwesen werden im Zuge der Fahrzeugoptimierung detaillierte, zeitlich veränderliche Achslasten gemessen und simuliert. Einen besonderen Einfluss auf die ermittelten Achslasten hat die Fahrbahnqualität. Unter Verwendung dieser Daten und Simulationsmethoden ergibt sich für das Bauwesen die Fragestellung nach einem möglichen Zusammenhang zwischen Fahrbahnqualität und Lebensdauer einer Straßenbrücke. Durch höhere Anforderungen an die Fahrbahnqualität im Bereich von Brücken könnten dynamische Lasten reduziert und aufwendige Sanierungen des Tragwerks vermieden oder verzögert werden. Zur Untersuchung eines möglichen Zusammenhangs wird im Folgenden ein Vorgehen zur Bestimmung des Einflusses der Fahrbahnqualität auf die Lebensdauer von Straßenbrücken vorgestellt. Hierfür werden realitätsnahe Fahrbahnoberflächen generiert und dazu verwendet, an einem gekoppelten Bauwerk-Fahrzeug-System vereinfachte Achs- und Fahrzeugmodelle durch Fußpunktanregung in Schwingung zu versetzen. Die zeitlich veränderlichen Schnittgrößen des Bauwerks können darauf aufbauend rückgerechnet und auf ihr Schädigungspotenzial hin analysiert werden. Diese Methodik wird abschließend anhand eines Beispiels veranschaulicht. Es kann gezeigt werden, dass in diesem Fall ein deutlicher Zusammenhang zwischen Fahrbahnqualität und Lebensdauer erkennbar wird. x | |||||
Giesa, Tristan; Shirafkan, Nima; Nietznik, Martin; Rost, Markus | Ganzheitliche Simulation von Turmabbrüchen | Beton- und Stahlbetonbau | 1/2023 | 45-56 | Aufsätze |
AbstractBei dem kollabierenden Abbruch von turmartigen Bauwerken wie Schornsteinen, Kühltürmen oder Fernmeldetürmen abseits der “grünen Wiese”, also im Baubestand, sind für das Umfeld kritische temporäre Bauzustände zu untersuchen, die sich mit einer normgerechten Analyse nicht im Detail abbilden lassen. Zur fachgerechten, sicheren und kosteneffizienten Planung und Durchführung solcher Abbrüche ist es erforderlich, diese Zustände zu identifizieren, um u. a. auch Risiken abschätzen zu können. In diesem Beitrag wird eine Serie von modernen numerischen Methoden vorgestellt, mit der Abbruchzustände an diesen Bauwerken ganzheitlich beschrieben werden können: von der nichtlinearen Abbruchstatik über die Einsturzsimulation mit Finiten Elementen und diskreten Partikeln bis zur Schwingungssimulation. Hierbei liegt die Innovation in der Verknüpfung der Methoden zur Erlangung einer zuverlässigen Erschütterungsprognose für Abbruchprojekte. Damit können Schäden an der Infrastruktur vermieden und ein wirtschaftlicher Abbruch durch kontrollierten Kollaps oder Sprengung ermöglicht werden. An zwei konkreten Praxisbeispielen, einer Schornsteinsprengung und einem Kühlturmabbruch per kontrolliertem Kollaps, werden die Funktion und Interaktion der Simulationen erläutert. x | |||||
Raiyan, Eman; Khorgade, Prathamesh; Hückler, Alex; Schlaich, Mike | Nichtlineare Ermittlung der Spannungszunahme im CFK-Spannglied eines verbundlos vorgespannten Trägers | Beton- und Stahlbetonbau | 1/2023 | 57-68 | Aufsätze |
AbstractDieser Beitrag befasst sich mit der nichtlinearen Ermittlung der Spannungszunahme in Spanngliedern aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) in verbundlos vorgespannten Spannbetonträgern. Dafür wird zu Beginn ein Verfahren vorgeschlagen, anhand dessen die Spannungszunahme im Spannglied für jeden Lastschritt, vom Anfangszustand bis zum Bruchzustand, berechnet werden kann. Vom Anfangszustand bis zum Risszustand ist hierbei ein lineares Verfahren und vom Risszustand bis zum Bruchzustand ein iteratives Verfahren zielführend. Anschließend wird dieses Verfahren auf einen hypothetischen Spannbetonträger mit verbundlosen CFK-Litzen angewendet. Die daraus resultierenden Ergebnisse werden anschließend mit zwei verfügbaren Normen verglichen. Die empirische Spannungszunahme gemäß DIN EN 1992-1-1 (EC2) liegt deutlich unterhalb des in der nichtlinearen Berechnung ermittelten Werts und führt zu einer unwirtschaftlichen Bemessung der kostspieligen Spannglieder. Die Berechnung nach der kanadischen Norm (CAN/CSA-S806-02) hingegen liegt um ca. 20 % oberhalb des Werts aus der eigenen Berechnung. Zuletzt wird im Rahmen einer Parameterstudie der Einfluss aus der Menge an schlaffer Bewehrung und Spannbewehrung auf die Spannungszunahme im CFK-Spannglied untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine höhere Menge an Spannbewehrung die Spannungszunahme im Spannglied reduziert, während eine höhere Menge an schlaffer Bewehrung die Spannungszunahme erhöht. x | |||||
Valcarcel, Juan Mauricio Lozano; Gehlen, Christoph; Kränkel, Thomas; Schießl-Pecka, Angelika | Instandsetzung von Tiefgaragen - Wann und warum? | Beton- und Stahlbetonbau | 12/2022 | 946-955 | Aufsätze |
AbstractExistierende Modelle zur Bewertung der Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauten erlauben es, den durch den Zuverlässigkeitsindex charakterisierten grenzzustandsbezogenen Zustand des Bauwerks während der Nutzungsdauer zu prognostizieren. Ferner kann ein fester (Grenz-)Wert für die Zuverlässigkeit definiert werden, der sich auf eine maximal akzeptable Auftretenswahrscheinlichkeit eines ausgewählten (ungewollten) Ereignisses (Grenzzustand) bezieht. Je schlechter der Zustand, desto höher die zu erwartenden Instandsetzungskosten. Gelingt es, die zu erwartenden Instandsetzungskosten in Abhängigkeit vom Zuverlässigkeitsindex zu beschreiben, könnten so Instandsetzungszeitpunkte kostenoptimal festgelegt werden. Daher wurden Gutachten mit umfangreich dokumentierten Inspektionsergebnissen und zugehörigen Kosten durchgeführter Tiefgarageninstandsetzungen analysiert. Hauptursache für die Instandsetzungen war stets chloridinduzierte Bewehrungskorrosion. Es wurden drei Näherungsmethoden zur Abschätzung der Zuverlässigkeit an Stütz- und Wandfüßen verwendet und miteinander verglichen. Die so bestimmten Bauteilzuverlässigkeiten wurden dann mit den jeweils real angefallenen Instandsetzungskosten in Beziehung gesetzt. Auf Bauwerksebene konnte zunächst kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Zuverlässigkeit und Instandsetzungskosten hergestellt werden. Auf Bauteilebene gelang dies jedoch bei einem Projekt. Dies liefert einen Ausgangspunkt zur kostenoptimierten Festlegung von Instandsetzungszeitpunkten. x | |||||
Fraundorfer, Andreas; Dauberschmidt, Christoph | Korrosionsmonitoring in ungerissenem Stahlbeton in der Schädigungsphase - neue Forschungserkenntnisse | Beton- und Stahlbetonbau | 12/2022 | 956-967 | Aufsätze |
AbstractDie durch Tausalz und Carbonatisierung hervorgerufene Korrosion von Betonstahl verursacht in Mitteleuropa jedes Jahr einen erheblichen Instandsetzungsaufwand. Der Einsatz von Korrosionsmonitoring an Stahlbetonbauwerken ermöglicht die Beurteilung, ob eine Schädigung bereits stattgefunden hat und wie schnell diese fortschreitet. So kann das Eindringen der Depassivierungsfront in ein chloridbelastetes Bauwerk festgestellt oder bei bereits stattfindender Korrosion die Größenordnung des Schädigungsfortschritts abgeschätzt werden. Somit kann durch den Einbau entsprechender Sensoren in bestehende Bauwerke der Instandsetzungserfolg nach Abschluss von Instandsetzungsarbeiten nach Verfahren 8.3 gemäß der Technischen Regel Instandhaltung von Betonbauwerken des DIBt nachgewiesen werden. Bislang gibt es jedoch kein Regelwerk für das Korrosionsmonitoring. Im Jahr 2018 wurde erstmals ein Merkblatt B12 der DGZfP veröffentlicht, das als Leitfaden dienen kann. Darüber hinaus wurde in den letzten drei Jahren in Deutschland ein breit angelegtes WIPANO-Forschungsprojekt mit dem Namen “KoMICS” mit dem Ziel durchgeführt, offene Fragen beim Korrosionsmonitoring zu beantworten. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden in eine DAfStb-Richtlinie einfließen, die sich derzeit in Bearbeitung befindet. Nachfolgend werden die relevanten Erkenntnisse der von der Hochschule für angewandte Wissenschaften München untersuchten Fragestellung zum Korrosionsmonitoring an ungerissenen Stahlbetonbauteilen in der Schädigungsphase vorgestellt. x | |||||
Osterminski, Kai; Zausinger, Christoph; Gehlen, Christoph | Chloridumverteilung in gerissenen und mit Prinzip 8.3 (W-Cl) instand gesetzten Stahlbetonbauteilen | Beton- und Stahlbetonbau | 12/2022 | 968-975 | Aufsätze |
AbstractDie Applikation eines Oberflächenschutzsystems befahrener korrosionsgefährdeter Stahlbetonbauteile wird seit vielen Jahren im Rahmen des nach TR Instandhaltung [3] definierten Prinzips 8.3 (W-Cl) angewandt. Die damit erreichbare Wirkung dieses Instandsetzungsprinzips ist nach wie vor schwer einzuschätzen, da sowohl der zeitliche Verlauf der von verschiedenen Einflüssen abhängigen Korrosionsaktivität als auch die Chloridumverteilung infolge der Beschichtung nicht eindeutig bestimmt sind. Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf der dreidimensionalen zeitabhängigen Erfassung der Chloridumverteilung nach dreimonatiger, damit kurzzeitiger, intermittierender Tausalzkontamination bewehrter gerissener Betonbalken und anschließender Beschichtung. Nach dieser Kurzzeitexposition wurden die Risse beschichtet und über einen Zeitraum von 18 Monaten insgesamt 160 Chloridprofile aus dem chloridbelasteten Rissbereich des Betons entnommen. Die Versuchsmatrix umfasste dabei sowohl Biege- als auch Trennrisse sowie CEM-I- und CEM-III-Betone. Die tiefenabhängigen Chloridgehalte aus der Bohrmehlentnahme der baupraktisch üblichen Blindprofile (über dem Riss senkrecht gebohrt) wurden durch die Chloridgehalte der Profile entlang der nachträglich offengelegten Rissflanken bestätigt. Zusätzlich konnte senkrecht zur Rissflanke kein signifikanter Einfluss der Grenzfläche zwischen Beton und Bewehrung gegenüber unbewehrtem Beton als begünstigender oder limitierender Faktor ausgemacht werden. Da bei den meisten Profilen am Ende des Untersuchungszeitraums von 18 Monaten in unmittelbarer Nähe zum Riss immer noch Chloridgehalte über 0,5 M.-%/z. vorlagen, ist, zunächst nur Informationen zum Chloridgehalt in Betracht ziehend, aktive Korrosion nach wie vor nicht auszuschließen. x | |||||
Wunderle-Beck, Julia; Mayer, Till Felix; Zausinger, Christoph; Gehlen, Christoph | Korrosionsmonitoring zum Wirksamkeitsnachweis des Instandsetzungsverfahrens 8.3 (W-Cl) | Beton- und Stahlbetonbau | 12/2022 | 976-984 | Aufsätze |
AbstractDie Instandsetzung von chloridbedingten Korrosionsschäden an der Park- und Verkehrsinfrastruktur verursacht bundesweit jährlich Kosten von mehreren Milliarden Euro. Neben den unmittelbaren Kosten sind Instandsetzungen an Parkbauwerken in der Regel zusätzlich mit erheblichen sekundären Kosten durch Nutzungsbeeinträchtigungen und damit einhergehenden Einnahmeausfällen verbunden. Vor diesem Hintergrund besteht ein großer Bedarf an Instandsetzungsverfahren, die eine wirtschaftliche und schnelle Instandsetzung chloridbeaufschlagter Bauteile ermöglichen. Einen möglichen Lösungsansatz stellt das Instandsetzungsverfahren W-Cl gemäß RL-SIB [1] bzw. Verfahren 8.3 gemäß TR-IH [2] dar, bei dem auf einen Abtrag des chloridbelasteten Betons vollständig verzichtet wird. Allerdings ist dieses Instandsetzungsverfahren - in Abhängigkeit von den Randbedingungen - mit einem wesentlich höheren Risiko als konventionelle Instandsetzungsvarianten verbunden, weshalb seine Anwendung nach Regelwerk nur in Verbindung mit einem geeigneten Monitoringsystem zur Überwachung der Korrosionsaktivität und Verifizierung des Instandsetzungserfolgs vorgesehen ist. Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse einer Studie zur Wirksamkeit des Verfahrens 8.3 im Rissbereich an insgesamt 130 Korrosionssensoren aus fünf instand gesetzten Bauwerken dargestellt. Zunächst wird das verwendete Monitoringsystem zur Überwachung der Korrosionsaktivitäten erläutert. Im Anschluss werden verschiedene Kriterien zum quantitativen Nachweis des Instandsetzungserfolgs vorgestellt und verglichen. Abschließend werden die Daten hinsichtlich der Wirkmechanismen und der Anwendungsgrenzen des Instandsetzungsverfahrens 8.3 diskutiert. x | |||||
Haynack, Alexander; Timothy, Jithender; Kränkel, Thomas; Gehlen, Christoph | Frost-Tausalz-Widerstand von Mörtel: Einfluss der Expositionsbedingungen im jungen Alter | Beton- und Stahlbetonbau | 12/2022 | 985-997 | Aufsätze |
AbstractDas Porensystem im Beton, bestehend aus Gel- und Kapillarporen, beeinflusst dessen Wasseraufnahmefähigkeit und so direkt auch den Frost-Tausalz-Widerstand. Unterschiedliche Expositionsbedingungen im jungen Alter des Betons haben dabei einen ausgeprägten Einfluss auf die Ausbildung des Porensystems. Um die Rolle der Vorkonditionierung auf das sich ausbildende Porengefüge und so den Frost-Tausalz-Widerstand von Beton zu klären, wurden Proben bei unterschiedlichen relativen Luftfeuchten vorkonditioniert und anschließend gemäß dem CDF-Test untersucht. Es wurde festgestellt, dass der Frost-Tausalz-Widerstand von Proben mit einem Wasserzementwert von 0,40 maßgebend vom oberflächennahen Hydratationsgrad abhängt. Dieser variierte aufgrund der unterschiedlichen Luftfeuchten bei der Vorkonditionierung. Ausschlaggebendes Kriterium für den Frost-Tausalz-Widerstand der Proben mit einem Wasserzementwert von 0,55 stellt, bedingt durch das bei diesem w/z ausgeprägte Kapillarporensystem, der Grad der Wassersättigung dar. Proben mit einem besonders ausgeprägten Kapillarporensystem besaßen sehr hohe Abwitterungsbeträge. Abschließend wird ein auf einem künstlichen neuronalen Netz basierendes Prognosemodell vorgestellt. Dieses ist in der Lage, die Abwitterung von Mörteln im CDF-Versuch anhand von Feuchtigkeitsmessungen vor einer Frost-Tau-Beanspruchung zu prognostizieren. x | |||||
Markowski, Jan; Meyer, Max; Haist, Michael; Lohaus, Ludger | Duktilitätssteigernde Bewehrungssysteme für fließgefertigte Stabelemente aus UHFB | Beton- und Stahlbetonbau | 12/2022 | 998-1007 | Aufsätze |
AbstractUm schneller, leichter und präziser mit Beton bauen zu können, wurde ein neues, modulares Baukonzept auf Basis ultrahochfester Betone (UHFB) erforscht und entwickelt, das ein besonders vorteilhaftes Verhältnis von Axialdrucktragfähigkeit und Eigengewicht aufweist [1]. Um dieses, als wickelverstärktes UHFB-Hybridrohr bezeichnete Stabelement in einem automatisierten Strangpressverfahren fertigen zu können, muss ein neuartiges Bewehrungskonzept ohne übliche Stahlbewehrung entwickelt werden. Im Extrusionsprozess wird ein stützendes inneres Stahlrohr im Strangpressverfahren mit UHFB ummantelt und zusammen mit dem UHFB vorgeschoben. Anschließend wird eine duktilitätssteigernde Umschnürungsbewehrung in einem automatisierbaren Verfahren von außen auf die Oberfläche der Bauteile appliziert. Da im Versagensfall UHFB-Bruchstücke die CFK-Bewehrung schädigen, wird in diesem Aufsatz untersucht, mit welchem Schutzschicht/Bewehrungssystem ein duktiles Bauteilverhalten für axialdruckbeanspruchte Stabtragwerke erreicht werden kann. Dazu wurden unterschiedliche textile Bewehrungsschichten auf UHFB-Probekörper appliziert und ihr Einfluss auf das Tragverhalten der Bauteile unter besonderer Berücksichtigung der Duktilität und Resttragfähigkeit nach Überschreiten der Maximallast ermittelt. Eine Kombination aus Aramidgewebe und Kohlenstofffasergelege zeigte in experimentellen Untersuchungen ein günstiges Tragverhalten mit quasiduktilem Verformungsvermögen. x | |||||
Leutbecher, Torsten; Heck, Lennart; Metje, Kevin; Riedel, Philipp | Zur Biegebemessung kombiniert bewehrter UHFB-Biegeträger | Beton- und Stahlbetonbau | 11/2022 | 863-877 | Aufsätze |
AbstractDie Bestimmung der Biegetragfähigkeit von mit Betonstahl und Stahlfasern kombiniert bewehrten Querschnitten erfordert eine Erweiterung der für Stahl- und Spannbeton geltenden Annahmen. Zur Berücksichtigung der Fasertragwirkung im Biegeriss wird eine Spannungs-Dehnungs-Linie in der Regel aus gemessenen Spannungs-Rissöffnungs- oder Last-Durchbiegungs-Kurven abgeleitet. Bei der Umrechnung dient eine sogenannte strukturelle charakteristische Länge als Bezugsgröße. Im Rahmen dieses Beitrags werden bei der Ermittlung dieser Länge Einflüsse aus der Querschnittshöhe und weitere, die Rissbildung beeinflussende Parameter berücksichtigt. Als “Spannungs-Dehnungs-Linie” wird ein Spannungsblock mit einer Grenzdehnung vorgeschlagen, die sich am Erreichen einer “kritischen” Rissbreite orientiert. Die “kritische” Rissbreite kennzeichnet bei rein stahlfaserbewehrten Querschnitten das Maximum der Fasertragwirkung im Biegeriss und bei kombiniert bewehrten Querschnitten den Beginn der Verformungslokalisierung. Die Verformungslokalisierung tritt bei kombiniert bewehrten Querschnitten als weiterer möglicher Versagensmodus zu den bekannten Versagensformen Biegezugversagen und Biegedruckversagen hinzu. Durch den vorgeschlagenen Bemessungsansatz werden die Biegetragfähigkeit, der Momenten-Krümmungs-Zusammenhang und der Versagensmodus ausgewählter Versuche sehr gut abgebildet. Eine Parameterstudie zeigt grundlegende Zusammenhänge auf, die auch in Experimenten beobachtet werden konnten. x | |||||
Summer, Markus; Moschen, Lukas; Adam, Christoph | Vergleich der Methoden zur Berechnung der seismischen Tragwerksantwort | Beton- und Stahlbetonbau | 11/2022 | 878-887 | Aufsätze |
AbstractDas in der Ingenieurpraxis als Standardverfahren genutzte Antwortspektrumverfahren verspricht zwar einen geringen Berechnungsaufwand, die Ergebnisse sind jedoch stark von der Wahl des Verhaltensbeiwerts abhängig. Eine fundierte Festsetzung des Verhaltensbeiwerts ist nicht immer eindeutig, insbesondere für unsymmetrische Tragwerke, die für eine mittlere oder hohe Duktilität auszulegen sind. Verformungsbasierte Standsicherheitsnachweise stellen im modernen Erdbebeningenieurwesen einen alternativen Ansatz dar, da die zugrunde liegenden nichtlinearen Strukturanalysen ein wesentlich besseres Verständnis der seismischen Antwort ermöglichen. Grundlage der vorliegenden Arbeit ist ein Rahmentragwerk aus Stahlbeton, welches kraftbasiert mit dem modalen Antwortspektrumverfahren bemessen wurde. Der verformungsbasierte Nachweis der Erdbebensicherheit wird an einem ausgewählten Querrahmen zum einen mit einer nichtlinearen statischen Berechnung und zum anderen mit einer nichtlinearen Zeitverlaufsberechnung geführt. Die Resultate dieser Berechnungen werden mit den Ergebnissen des Antwortspektrumverfahrens verglichen und Unterschiede herausgearbeitet. x |