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Titelbild: Bautechnik 1/2021Bautechnik1/2021Titelbild

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Zum Titelbild:
Das Bild zeigt die “Rock and Roll Hall of Fame” und das dazugehörige Museum in Cleveland, United States.
Foto: Lance Anderson/Unsplash

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Bautechnik: Jahresinhaltsverzeichnis des 97. Jahrgangs 2020Bautechnik1/2021Jahresinhaltsverzeichnis

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Inhalt: Bautechnik 1/2021Bautechnik1/2021Inhalt

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Grünthal, Gottfried; Bosse, ChristianUnterschiede, Beziehungen und Gemeinsamkeiten der Erdbebenkarten nach bisherigem und neuem Nationalen Anhang zum Eurocode 8 - Erdbebenzonenkarte nach DIN EN 1998-1/NA:2011-01 und Karte der spektralen Antwortbodenbeschleunigungen nach E DIN EN 1998-1/NA:2018-10Bautechnik1/20211-15Aufsätze

Kurzfassung

Die Karte der spektralen elastischen Antwortbodenbeschleunigungen zum Entwurf des neuen Nationalen Anhangs zum EC 8 (E DIN EN 1998-1/NA:2018-10) hat in Anwenderkreisen einige Diskussionen ausgelöst. Diese bezogen sich insbesondere auf den Vergleich zur Erdbebenzonenkarte des bisherigen Nationalen Anhangs (DIN EN 1998-1/NA:2011-01). Grundsätzlich ist zu betonen, dass ein direkter Zusammenhang zwischen den beiden Karten nicht hergestellt werden kann, da diese auf sehr unterschiedlichen Parametrisierungen basieren. Um für weitere Diskussionen eine sachliche Grundlage zu schaffen, werden in diesem Beitrag die grundlegenden Charakteristika beider Berechnungsmodelle, d. h. zu den Erdbebenkarten des bisherigen und des neuen NA, gegenübergestellt. Des Weiteren werden vier Varianten vorgestellt, wie zumindest auf indirektem Wege die beiden unterschiedlichen Kartentypen in Beziehung gesetzt werden können. Im Ergebnis zeigen die Varianten, dass sie einem gemeinsamen Trend folgen.

Differences, relationships and similarities between the earthquake maps according to the previous and the new National Annex to Eurocode 8 - Earthquake zone map according to DIN EN 1998-1/NA:2011-01 and map of spectral response ground accelerations according to E DIN EN 1998-1/NA:2018-10
The map of the spectral elastic response ground accelerations for the draft of the new National Annex to EC 8 (E DIN EN 1998-1/NA:2018-10) has triggered some discussion. These were related to the comparison with the earthquake zone map of the previous National Annex (DIN EN 1998 1/NA:2011-01). Basically, it has to be emphasized that a direct connection between the two maps cannot be established, since they are based on very different parameterizations. In order to provide a factual basis for further discussions, this article compares the basic characteristics of both calculation models, i.e. the earthquake maps of the previous and the new NA. In addition, four variants are presented to show how the two different map types can be related, at least indirectly. For this purpose, basic limitations associated with such relationships are described. As a result, the variants show that they follow a common trend, apart from a few systematic deviations, both to smaller and to larger values.

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Grünthal, GottfriedVergleich der neuen Erdbebengefährdungskarten der Schweiz, Deutschlands, Österreichs und Frankreichs für die Nationalen Anhänge zum Eurocode 8Bautechnik1/202117-20Aufsätze

Kurzfassung

Der Vergleich der neuen Erdbebengefährdungskarten für die Schweiz, Deutschland, Österreich und für Frankreich, die für die Nationalen Anhänge zum Eurocode 8 entwickelt wurden, ist Gegenstand dieser Studie. Die vorgestellte gemeinsame Karte überdeckt den südlichen Teil Deutschlands samt angrenzender Gebiete der genannten Nachbarländer. Die Parametrisierung der Karte erfolgt für die Spitzenbodenbeschleunigung, für eine mittlere Wiederholungsperiode von 475 Jahren, für Medianwerte und für einen Untergrund mit einer mittleren Scherwellengeschwindigkeit der obersten 30 m von 800 m/s. Entlang des Grenzverlaufs zwischen Deutschland und den südlichen Nachbarländern zeigen die Konturlinien der unabhängig voneinander berechneten Erdbebengefährdungskarten insgesamt eine erstaunlich gute Übereinstimmung. Das gilt insbesondere für Gebiete relativ erhöhter Erdbebengefährdung. Diese gute bis sehr gute Übereinstimmung kann als Indiz für die Belastbarkeit der Einschätzungen angesehen werden.

Comparison of the new seismic hazard maps of Switzerland, Germany, Austria and France for the National Annexes to Eurocode 8
The comparison of the new seismic hazard maps for Switzerland, Germany, Austria and France, which were developed for the National Annexes to Eurocode 8, is the subject of this study. The presented common map covers the southern part of Germany together with adjacent areas of the mentioned neighbouring countries. The map is parameterised for peak soil acceleration (PGA), for a mean return period of 475 years, for median values and for a subsoil with a mean shear wave velocity of the uppermost 30 m of 800 m/s. Along the boundary between Germany and its southern neighbours, the contour lines of the independently calculated seismic hazard maps show an astonishingly good overall agreement. Slightly more significant deviations are only observed for areas with lower seismic hazard. This good to very good agreement can be seen as an indication of the resilience and thus realistic assessments.

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Bewerbungsstart für den Bundespreis Koop.Stadt der Nationalen StadtentwicklungspolitikBautechnik1/202120Wettbewerbe

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Weidlich, IngoZum Einsatz von ZFSV im FernwärmeleitungsbauBautechnik1/202121-28Aufsätze

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Zeitweise fließfähige selbstverdichtende Verfüllbaustoffe (ZFSV) sind Verfüllbaustoffe aus Böden und Baustoffen, die nur unter dem Einfluss der Schwerkraft in Hohlräume fließen und nach einem definierten Zeitraum den Anwendungen entsprechende physikalische Eigenschaften aufweisen. Im Leitungsbau kommen ZFSV zum Einsatz, um bei der offenen Bauweise den Graben zu verfüllen. Vorbehalte gegenüber der Übertragbarkeit vorhandener Berechnungsmethoden für die Rohrstatik und die dauerhafte Gewährleistung der Wiederaushubfestigkeit führten zu einem bis heute andauernden Akzeptanzproblem dieser Verlegemethode im Fernwärmeleitungsbau. Da sich Fernwärmeleitungen nach der Installation infolge eines thermischen Belastungskollektivs im Betrieb ausdehnen, interagieren diese Leitungen immer mit dem anstehenden Bettungsmaterial. Mit dem vorliegenden Aufsatz wird ein Einblick in den Stand des Wissens gegeben und ein vereinfachter Berechnungsansatz vorgeschlagen, der neben deutlich komplexeren Modellen steht und daher die Möglichkeit bietet, aufgrund der Einfachheit Akzeptanzprobleme zu überwinden.

On the use of ZFSV in district heating pipeline construction
Temporarily flowable self-compacting backfill materials (ZFSV) are backfill materials made of soils and building materials that only flow into cavities under the influence of gravity and after a defined period of time exhibit the physical properties appropriate to the application. In pipeline construction, ZFSV are used to backfill the trench. Reservations regarding the transferability of existing calculation methods for pipe statics and the reliability of the ability for re-excavation led to a problem of acceptance of this installation method in district heating pipeline construction that continues until today. As district heating pipes expand during operation after installation due to thermal loads, these pipes always interact with the bedding material. In this paper an overview of the state of the art is given and a simplified calculation approach is proposed, which stands next to much more complex models and therefore offers the possibility to overcome acceptance problems due to its simplicity.

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Structural member stability in the second generation of Eurocode 3STCO Online Live Seminar #2 mit Prof. Knobloch, Prof. Kuhlmann, Prof. TarasBautechnik1/202128Veranstaltungen

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Maier, Andreas; Hochrein, Martin; Schneider, Jens; Joppien, Anett-Maud; Beck, MartinEnergieeffizienz weitergedacht: die thermisch aktivierte Gebäudehülle als Teil einer ProzessketteBautechnik1/202129-41Aufsätze

Kurzfassung

Die öffentliche Diskussion zur Energiewende findet oftmals ausschließlich im Kontext elektrischer Energie statt. Gerade im Industriesektor spielt jedoch auch die thermische Energie eine wesentliche Rolle. Entgegen einem rein dogmatischen Ansatz Energie zu “sparen”, geht es darum, das Energiesystem als Ganzes zu verstehen und energetische Abhängigkeiten zu erkennen. Leitidee des Forschungsprojekts ETA-Fabrik ist es, die richtige Energieform (Primärenergiebedarf) in der notwendigen Menge (Endenergiebedarf) zur richtigen Zeit (energieflexibel) am richtigen Ort (effiziente Infrastruktur) einzusetzen. Dabei wurde über die bisher stets isoliert betrachtete Optimierung von Einzelkomponenten (z. B. Maschine, Kühlsystem, Gebäudedämmung) hinaus das gesamte System einer Produktionsfabrik betrachtet und auf dem Campus der TU Darmstadt eine Modellfabrik errichtet, in der Gebäude, Haustechnik und Maschinen durch die drei Ebenen der Gebäudeautomation synergetisch miteinander verknüpft wurden. Einen wesentlichen Beitrag zur Energieeffizienzsteigerung liefert hierfür die durch oberflächennahe, wasserführende, kapillarähnliche Rohrleitungsnetze thermisch aktivierte Gebäudehülle aus Beton. Diese multifunktionalen Wand- und Dachelemente vereinen die Funktionen des Tragens, des Dämmens, des Begrenzens und der thermischen Interaktion und fungieren somit als riesige Heiz- und Kühlflächen. Der Aufsatz ist eine inhaltliche Fortsetzung des Beitrags aus der Bautechnik 03/2014 und stellt die erzielten Projektergebnisse mit Fokus auf der baulichen Umsetzung vor. Hintergründe und Zielstellungen des Projekts werden aufgegriffen, Forschungsrandbedingungen dargelegt und die Energieeinsparpotenziale vorgestellt. Neben der kurzen Beschreibung der umgesetzten thermischen Vernetzung und der dafür gebauten Gebäudehüllelemente als Fortschreibung der bereits vorgestellten Konzepte werden die thermische Leistungsfähigkeit der Gebäudehülle sowie deren Beitrag zur Behaglichkeit in der Produktionshalle erläutert. Das architektonische Konzept sowie eine kritische Würdigung der interdisziplinären Zusammenarbeit im Planungsprozess einer vernetzten Fabrik schließen diese Reihe ab.

Energy efficiency thought further: the energy activated building envelope as part of the process chain
Public discussion on energy system transformation often takes place exclusively in the context of electrical energy. In the industrial sector in particular, thermal energy plays another important role. Rather than following the purely dogmatic approach of ‘saving’ energy, our intent is to truly comprehend the energy system and to identify the energetic dependencies within it. The guiding principle and the ETA factory concepts derived from it are targeted toward using the necessary quantity (ultimate energy demand) of the appropriate form of energy (primary energy demand) at the right time (flexible energy supply) and the right location (efficient infrastructure). In practice, instead of the previously isolated optimization of individual components (e. g. machine tools, cooling systems, building insulation), the system of a production factory was considered as a whole and a model factory was built on the TU Darmstadt campus, in which building, building services and machinery were synergetically linked to one another through the three level of building automation system. A significant contribution to increase energy efficiency is made by the thermally activated building envelope made from concrete, which includes a water-bearing capillary-like piping network close to the surface. These multifunctional wall and roof elements combine the functions load-bearing, insulating, enclosing and thermally interacting and act as large heating and cooling surfaces. The paper is a continuation of the article from Bautechnik 03/2014 and presents the results achieved in the research project ETA-Fabrik with focus on the constructional implementation. Background and objectives of the project are taken up from the previous article, the research boundary conditions are described and the results of the energy saving potentials are presented. In addition to a brief description of the implemented thermal networking and the building envelope, the thermal performance of façade and roof elements and their contribution to achieve comfort criteria in the production hall are explained. The architectural concept and a critical appraisal of the interdisciplinary cooperation within a networked factory round off this series on the subject of the ETA model factory.

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Reiterer, Michael; Muik, JoachimExperimentelle Untersuchung eines passiven Festkörperschwingungsdämpfers für IngenieurkonstruktionenBautechnik1/202142-51Aufsätze

Kurzfassung

Im Aufsatz wird die Effektivität eines passiven Festkörperschwingungsdämpfers zur Reduktion der infolge dynamischer Einwirkungen ausgelösten erzwungenen Schwingungen von turmartigen Ingenieurkonstruktionen wie z. B. Windenergieanlagen experimentell an einem Modellversuchsstand untersucht und bewertet. Der Modellversuchsstand besteht aus einem mit geringer Strukturdämpfung ausgeführten eingeschossigen Stockwerkrahmen, dessen Grundeigenfrequenz auf ca. 1 Hz abgestimmt wird. Zu Vergleichszwecken wird im Modellversuchsstand auch die Effektivität eines konventionellen passiven Flüssigkeitsdämpfers untersucht und die erzielten Ergebnisse miteinander verglichen. Der Festkörperschwingungsdämpfer besteht aus einer halbkreisförmigen Bahn, in der eine zylindrische Walze eine reibungsbehaftete Rollbewegung ausführt. Der untersuchte Schwingungsdämpfer weist somit eine Analogie zum konventionellen Pendeldämpfer auf. Zu Beginn werden die theoretischen Grundlagen und die optimale Abstimmung der im Modellversuchsstand untersuchten Schwingungsdämpfertypen dargelegt. Es werden freie Schwingversuche des Stockwerkrahmens ohne und mit aktivierten Schwingungsdämpfern durchgeführt und die in den Versuchen erzielte Schwingungsdämpfungseffektivität wird für den Festkörperschwingungsdämpfer und für den Flüssigkeitsdämpfer dargelegt.

Experimental investigation of a passive solid body vibration damper for engineering structures
This paper deals with the effectivity of a solid body damper for tower like constructions such as wind turbines. To research and evaluate the effectivity, a small-scale model of the damper and a single level frame with a low resonant frequency of 1 Hz are combined. In addition, the model of the solid body damper is compared to the model of a liquid column damper. The solid body damper consists of a semicircle track in which a cylinder is performing a rolling movement influenced by friction. This type of damper has similarities to a conventional pendulum damper. At first, the theory of both damper types and their optimal parameters are explained. Next, the oscillation of the frame without and with the two activated damper types is measured and evaluated in terms of their effectivity. The results are described and discussed.

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Reiterer, MichaelParametererregter Festkörperschwingungsdämpfer für biaxial angeregte IngenieurkonstruktionenBautechnik1/202152-62Aufsätze

Kurzfassung

Ein parametererregter Festkörperschwingungsdämpfer wird für die Anwendung zur Schwingungsdämpfung von biaxial angeregten Ingenieurkonstruktionen vorgestellt. Zu Beginn werden die gekoppelten nichtlinearen Bewegungsdifferenzialgleichungen hergeleitet und das Phänomen der Parameterresonanz bei Festkörperschwingungsdämpfern analysiert. Bei Übereinstimmung der vertikalen Schwingfrequenz des Hauptsystems mit einer Parameterresonanzfrequenz wird der Festkörperschwingungsdämpfer zu instabilen parametererregten Schwingungen angeregt. Die Auswirkungen dieser parametererregten Schwingungen auf die erzielbare Dämpfungswirkung werden im ersten Teil des Aufsatzes an einem eingeschossigen Stockwerkrahmen untersucht. Es wird ein Kriterium zur Vermeidung von Parameterresonanz angegeben. Im zweiten Teil des Aufsatzes wird eine Methode zur gezielten Nutzung der Parameterresonanz bei Festkörperschwingungsdämpfern zur Reduktion der vertikalen Schwingungen von Ingenieurkonstruktionen dargelegt und anhand einer biaxial angeregten Fußgängerbrücke verifiziert. Es wird gezeigt, dass sich bei passender Wahl der Dämpferparameter trotz des Auftretens der Parameterresonanz eine über den Schwingungsverlauf stabile Bewegung des Festkörperschwingungsdämpfers ausbildet und dass die max. vertikalen Schwingungsamplituden des Hauptsystems durch gezielte Nutzung des Parameterresonanzeffekts signifikant reduziert werden können.

Parametric forced tuned solid body vibration damper for biaxial excited engineering structures
A parametric forced tuned solid body vibration damper is presented for the application to biaxial excited engineering structures. At first the coupled nonlinear equations of motion are derived and the phenomenon of parametric resonance in solid body dampers is analysed. If the vertical vibration frequency of the main system agrees with a parameter resonance frequency the solid body damper is excited to unstable forced vibrations. The influence of parametric forcing to the vibration damping effectiveness of a single storey framed structure equipped with a tuned solid body damper is investigated in the first part of this paper. A cut-off damping value is presented to avoid parametric resonance in the damper. The second part of the paper deals with the targeted use of parametric resonance in solid body dampers to reduce the vertical vibrations of engineering structures and a biaxial pedestrian excited footbridge with parametric forced tuned solid body dampers attached is investigated. It is shown that the initially unstable vibrations of the solid body damper become stable and that the maximum forced vertical vibrations of the footbridge under biaxial resonance excitation can be reduced significantly.

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Zimmermann, Josef; Reiser, MaximilianPrognose des Verbrauchs grauer Energie über die Lebensdauer von GebäudenBautechnik1/202163-73Aufsätze

Kurzfassung

Das Bauen in Städten und Ballungsräumen gehört weltweit zu den größten Ressourcenverbrauchern. Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) in Deutschland stellt Anforderungen an den energetischen Standard für den Neubau. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Reduktion des Primärenergiebedarfs für die Wärmeversorgung im Betrieb. Die erforderliche nicht erneuerbare Primärenergie (graue Energie) der in Gebäuden eingesetzten Materialien und der damit einhergehende Ressourcenverbrauch ist jedoch zusätzlich zu beachten. Die bei der Errichtung von Gebäuden umgesetzte graue Energie wurde bereits vielfach untersucht und beschrieben. Dieser Beitrag befasst sich mit der anfallenden grauen Energie über den gesamten Lebenszyklus von Immobilien. Insbesondere werden die Aufwendungen nach der Errichtung für Instandsetzung und Entsorgung untersucht. Hierzu wird ein Prognosemodell auf Basis der Methodik der Standardraumstrukturen von Kornblum und Greitemann entwickelt und auf das Beispiel einer Wohnimmobilie angewandt.

Prediction of consumed embodied energy over the life cycle of buildings
Building in cities and metropolitan areas is one of the largest resource consumers worldwide. The Building Energy Act (GEG) in Germany places demands on the energy standard for new buildings. The focus is on reducing the primary energy requirement for HVAC during operation. However, the required non-renewable primary energy ('Graue Energie' - embodied energy) of the materials used in buildings and the associated resource consumption needs also to be taken into account. The embodied energy consumed in the construction of buildings had already been examined and described many times. This article deals with the Embodied Energy accumulated over the entire life cycle of real estate. In particular, the expenses for repair and disposal after the erection of a building will be investigated. For this purpose, a forecast model, based on the methodology of the standardized room structures by Kornblum and Greitemann, is developed and applied using the example of a residential property.

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Bauen für alle - Gemeinsam handeln für Klimaschutz und RessourceneffizienzBautechnik1/202173Veranstaltungen

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Bautechnik aktuell 1/2021Bautechnik1/202175-78Bautechnik aktuell

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Veranstaltungen:
Symposium IngD4C #2 fordert gemeinsames Handeln für Klimaschutz und Ressourceneffizienz
Rückschau auf das 24. Dresdner Baustatik-Seminar online

Nachrichten:
Neue Leipzig-Charta von allen EU-Stadtentwicklungsminister/-innen verabschiedet

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik1/202178Veranstaltungskalender

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 1/2021Beton- und Stahlbetonbau1/2021Titelbild

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Zum Titelbild:
Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Beton besitzt hinsichtlich der Analyse thermisch induzierter Spannungs- und Verformungszustände von Fahrbahnplatten, wie auf dem Titelbild zu sehen bei einer Bundesautobahn, einen hohen Stellenwert. Er wird bisher jedoch bei der rechnerischen Dimensionierung nur pauschal über allgemeine Tabellenwerte berücksichtigt. Im Zusammenhang mit der Weiterentwicklung nationaler Dimensionierungsverfahren kommt der Verbesserung der Qualität von Eingangsdaten eine hohe Bedeutung für die Erzielung realitätsnaher Vorhersagen zu. Daher wurden unter Beachtung straßenbauspezifischer Gesichtspunkte zwei Prüfansätze entwickelt, die im Beitrag auf den Seiten 26 - 34 vorgestellt sowie hinsichtlich möglicher Messunsicherheiten diskutiert werden. Die mit den Prüfansätzen durchgeführten Bestandsuntersuchungen an Betonen aus dem BAB-Netz führen insgesamt zu plausiblen Ergebnissen hinsichtlich der Größenordnung der ermittelten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Für eine abgesicherte Quantifizierung bedarf es der Weiterentwicklung dieser Prüfansätze. (Foto: Marko Wieland)

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 1/2021Beton- und Stahlbetonbau1/2021Inhalt

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Beton- und Stahlbetonbau: Jahresinhaltsverzeichnis des 115. Jahrgangs 2020Beton- und Stahlbetonbau1/2021Jahresinhaltsverzeichnis

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Bergmeister, KonradZukunft des Planens und Bauens - eine Trendwende nach Corona?Beton- und Stahlbetonbau1/20211Editorials

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Müller, Harald S.; Acosta Urrea, Fernando; Kvitsel, VladislavModelle zur Vorhersage des Schwindens und Kriechens von Beton - Teil 1: Analyse des Schwindmodells in DIN EN 1992-1-1:2011 und neuer Ansatz im Eurocode 2 prEN 1992-1-1:2020Beton- und Stahlbetonbau1/20212-18Aufsätze

Kurzfassung

Im Herbst dieses Jahres wurde die Überarbeitung der EN 1992-1-1:2004 (Eurocode 2) abgeschlossen und damit der Entwurf prEN 1992-1-1:2020 vorgelegt. Er stellt der Praxis zahlreiche neue und bessere Konzepte und Modelle zur Verfügung. Dies gilt auch für die Modelle zum Kriechen und Schwinden von Konstruktionsbeton, die zum Teil erhebliche Veränderungen erfahren haben. In diesem zweiteiligen Aufsatz (Teil 1 Schwinden, Teil 2 Kriechen) werden die neuen Modelle zur Prognose des Verformungsverhaltens von Beton vorgestellt. Er beleuchtet auch die Hintergründe, die zur Entwicklung der verbesserten Ansätze geführt haben.
Dieser Beitrag befasst sich mit dem Schwinden von Beton. In einem Überblick werden zunächst die wesentlichen Schwindarten und ihre Merkmale dargestellt. Danach werden die normativen Entwicklungen aufgezeigt, die zum heute gültigen Schwindmodell in DIN EN 1992-1-1:2011 geführt haben. Im Mittelpunkt steht die Analyse der Zuverlässigkeit und Genauigkeit dieses Modells. Sie ergab erhebliche Defizite, die Anlass für eine wesentliche Korrektur und Weiterentwicklung im Zuge der Erarbeitung der prEN 1992-1-1:2020 waren. Zahlreiche Untersuchungsergebnisse untermauern den neuen Ansatz, der hier vorgestellt und begründet wird. Statistische Betrachtungen zur Zuverlässigkeit des neuen Modells und die Darstellung eines Konzepts für den Einbezug von Laborversuchsdaten zur Verbesserung des Modells bilden den Abschluss des Beitrags.

Creep and shrinkage prediction models for concrete
This autumn the revision of EN 1992-1-1:2004 (Eurocode 2) was finished and the draft of prEN 1992-1-1:2020 was released. Hereby the practice of design will be faced by several new and improved concepts and models. This holds also true for the models for creep and shrinkage of structural concrete, which have partially been completely revised. This article presents in two parts (part 1 Shrinkage, part 2 Creep) the new models for the deformation prediction of concrete and indicates also the related background.
This paper deals with shrinkage of concrete. The different types of shrinkage and major characteristics are given at a glance. The developments in codes leading to the currently applied DIN EN 1992-1-1:2011 are indicated. Focus is put on the analysis of the reliability and accuracy of this model. Considerable weaknesses became evident and led to essential improvements being included in prEN 1992-1-1:2020. Many test data confirm the new approach, which is presented here as well. Statistical considerations on the reliability of the new model and a concept how to integrate experimental laboratory data for the improvement of the model are finally presented.

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Mark, Peter; Oettel, Vincent; Look, Katharina; Empelmann, MartinNeuauflage DAfStb-Richtlinie StahlfaserbetonBeton- und Stahlbetonbau1/202119-25Aufsätze

Kurzfassung

Die Richtlinie “Stahlfaserbeton” des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) ergänzt DIN EN 1992-1-1 mit spezifischen Bemessungsregelungen für Stahlfaserbeton. Sie ist seit 2012 bauaufsichtlich eingeführt - besitzt also normativen Charakter - und wurde nun in zwei Punkten wesentlich überarbeitet bzw. ergänzt. Zum einen wurden Regelungen für die Torsionsbemessung aufgenommen. Solche fehlten bislang aufgrund mangelnder Erfahrungen. Zum anderen wurden die Vorschriften zur Rissbreitenbeschränkung angepasst. Hier wurde die Nutzung des sogenannten L1-Werts, der das Zugtragverhalten des Stahlfaserbetons bei kleinen Rissbreiten beschreibt, eingeführt. Bislang wurde konservativ mit dem sogenannten L2-Wert gerechnet. Der Beitrag beschreibt die Überarbeitungen und erläutert kurz die Hintergründe dazu.

Reissue DAfStb Guideline Steel Fibre Concrete
The guideline “Steel Fibre Reinforced Concrete” of the German Committee for Reinforced Concrete (DAfStb) supplements DIN EN 1992-1-1 with specific design rules for steel fibre reinforced concrete. It was introduced by the building authorities in 2012 - i.e. it has a normative character - and has now been revised in two aspects. First, regulations for torsional design have been included. Such regulations have been missing until now due to lack of experience. Second, the regulations for crack width limitation were adjusted. The so-called L1-value that describes the tensile behaviour of steel fibre concrete at small crack widths is introduced. Up to now, the so-called L2-value was used conservatively. This article describes the revisions and briefly explains their backgrounds.

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Spilker, Alexandra; Stelzner, Ludwig; Weise, Frank; Wieland, MarkoAnalyse der thermischen Dehnung von Fahrbahndeckenbetonen aus dem BAB-NetzBeton- und Stahlbetonbau1/202126-34Aufsätze

Kurzfassung

Die Kenntnis von Materialeigenschaften spielt bei der Entwicklung oder Optimierung von Betonen und Bauweisen für den Straßenbau sowie der Qualitätssicherung eine bedeutende Rolle. Gleichermaßen bilden physikalische Materialkennwerte die Grundlage für die rechnerische Dimensionierung und die Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahndecken. Eine relevante Kenngröße bei der Untersuchung thermisch induzierter Spannungs- und Verformungszustände stellt der thermische Ausdehnungskoeffizient dar. Im Zuge der systematischen Weiterentwicklung der rechnerischen Dimensionierung, aber auch im Zusammenhang mit der gezielten Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Betonfahrbahndecken gilt es zu hinterfragen, ob lastunabhängige Formänderungseigenschaften der verwendeten Betone aktuell ausreichend Beachtung finden, ob allgemeine Literaturwerte für die heutigen Fahrbahndeckenbetone stets Gültigkeit besitzen und ob deren Implementierung in numerische Modelle zu realitätsnahen Vorhersagen führt. Für eine empirische Herangehensweise ist die Verfügbarkeit adäquater Prüfverfahren von entscheidender Bedeutung. In Deutschland existiert aktuell jedoch kein standardisiertes oder genormtes Verfahren für die prüftechnische Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Beton. Daher wurden unter Beachtung straßenbauspezifischer Gesichtspunkte zwei Prüfansätze entwickelt, die in diesem Beitrag vorgestellt sowie hinsichtlich möglicher Messunsicherheiten und Messungenauigkeiten diskutiert werden. Außerdem werden ausgewählte Ergebnisse aus Analysen an Bestandsbetonen aus dem BAB-Netz dargestellt. Im Ergebnis sollen die Untersuchungen einen Beitrag zur Schaffung der prüftechnischen Voraussetzungen für eine abgesicherte Quantifzierung der thermischen Dehnung von Fahrbahndeckenbetonen leisten.

Analysis of the thermal expansion of pavement concrete from the German motorway network
Knowledge of material properties plays a key role in the development or optimization of concretes and construction methods for road construction as well as for quality assurance processes. Similarly, physical material properties form the basis for the mathematical dimensioning and residual substance assessment of concrete pavements. The coefficient of thermal expansion of concrete represents a relevant characteristic value in the investigation of thermally induced stress and deformation conditions. In the course of the systematic further development of mathematical dimensioning, but also in conjunction with the targeted improvement of the performance properties of road pavements, it must be questioned whether load-independent deformation properties of the concretes applied, currently receive sufficient attention, whether general literature values for today's pavement concretes are always appropriate and whether their implementation in modern mathematical models leads to valid results. For an empirical approach, the availability of adequate test procedures is of crucial importance. In Germany, however, there is currently no standardized procedure for the determination of the coefficient of thermal expansion of concrete. For this reason, two test approaches have been developed with regard to road construction aspects, and are presented in this article and discussed with regard to possible measurement uncertainties and measurement inaccuracies. In addition, selected results from the analyses of existing concretes from the federal autobahn network are presented. As a result, the investigations shall contribute to the creation of the test prerequisites for a verified quantification of the thermal expansion of concrete pavements.

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Sefrin, Rabea; Glock, Christian; Schwabach, EnricoErmittlung der charakteristischen Betondruckfestigkeit von Bestandstragwerken nach DIN EN 13791:2020 für geringe Stichprobenumfänge - Bewertung und Vergleich mit bisherigen AnsätzenBeton- und Stahlbetonbau1/202135-44Aufsätze

Kurzfassung

Der Nachrechnung von Bestandstragwerken kommt eine steigende Bedeutung zu, denn im Sinne eines ressourceneffizienten Umgangs mit Bestandsbauten sollte der Umnutzung Vorrang vor Abriss und Neubau gegeben werden. Bisher stand für die Berechnung der charakteristischen In-situ-Betondruckfestigkeit in Deutschland DIN EN 13791:2008 mit Nationalem Anhang DIN EN 13791/A20:2017 zur Verfügung. Die im Februar 2020 veröffentlichte DIN EN 13791:2020 löst formal DIN EN 13791:2008 ab, wobei noch keine neuen Nationalen Anwendungsregeln für Deutschland vorhanden sind. Besonders bei der Ermittlung der charakteristischen In-situ-Betondruckfestigkeit auf Grundlage eines geringen Bohrkernstichprobenumfangs (3 ≤ n ≤ 7) ergeben sich im Vergleich zu den bisherigen Regelungen deutliche Änderungen. Allerdings liegen aktuell keine Hintergrundinformationen bezüglich der statistischen Belastbarkeit der neuen Verfahren vor, weshalb diese im Rahmen des Forschungsvorhabens DBV 317 untersucht wurden.

Determination of the characteristic concrete compressive strength of existing structures according to DIN EN 13791:2020 for small sample sizes - Evaluation and comparison with valid existing approaches
The assessment of existing structures is becoming increasingly important, because in the sense of resource-efficient handling of existing buildings, conversion should be given priority over demolition and new construction. Until now, the characteristic concrete compressive strength of existing structures in Germany has been calculated according to DIN EN 13791/A20:2017. DIN EN 13791:2020, which was introduced in February 2020, will replace DIN EN 13791:2008, which was previously valid in Europe, and DIN EN 13791/A20:2017, which was valid in Germany. Especially for small sample sizes of drill cores (3 ≤ n ≤ 7), the introduction of DIN EN 13791:2020 results in significant changes in the determination of the characteristic in-situ concrete compressive strength. However, there is currently no background information available on the statistical robustness of the new methods, which is why this is to be checked within the framework of the research project DBV 317.

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Curosu, Iurie; Mechtcherine, Viktor; Vo, Duy M. P.; Sennewald, Cornelia; Cherif, Chokri; Wölfel, Enrico; Scheffler, Christina; Gong, Ting; Heravi, Ali A.; Tamsen, Erik; Balzani, Daniel; Shehni, Alaleh; Häußler-Combe, Ulrich; Fuchs, Alexander; Kaliske, Michael; Scope, Christoph; Günther, EdeltraudImpaktsicherheit von Baukonstruktionen durch mineralisch gebundene Komposite: MaterialebeneBeton- und Stahlbetonbau1/202145-57Aufsätze

Kurzfassung

Im Rahmen des DFG-Graduiertenkollegs GRK 2250/1 “Impaktsicherheit von Baukonstruktionen durch mineralisch gebundene Komposite” werden neuartige Verstärkungsmaterialien mit unterschiedlichen Faserbewehrungen entwickelt, die die Widerstandsfähigkeit bestehender Konstruktionen gegen kurzzeitdynamische Belastungen deutlich erhöhen sollen. Des Weiteren werden adäquate Prüfkonzepte und Messverfahren für eine grundlegende Charakterisierung und Beschreibung des dehnratenabhängigen Materialverhaltens geschaffen. Die experimentell erzielten Ergebnisse stellen eine wichtige Grundlage für die Formulierung numerischer Modelle zur Simulation von impaktbeanspruchten Kompositen sowie von verstärkten Betonstrukturen mit Kopplung unterschiedlicher Raum- und Zeitskalen dar. Schließlich werden im Rahmen des Projekts Methoden für die Analyse und Bewertung der Nachhaltigkeit und Resilienz von Verstärkungsmaßnahmen mit neuen Verbundwerkstoffen erarbeitet.

Mineral-bonded composites for enhanced structural impact safety: material level investigations
The Research Training Group GRK 2250/1 “Mineral-bonded composites for enhanced structural impact safety” aims at the development of novel strengthening materials with various types of fiber reinforcement for enhancing the impact resistance of the critical infrastructure. Adequate testing methods and evaluation protocols are developed for a fundamental material characterization including the rate effects. The experimental results form an important basis for formulating numerical models for simulations of the composites, strengthening layers and concrete elements by linking different space and time scales. Finally, methods for evaluating the sustainability and resilience of the developed strengthening solutions and materials are developed.

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Hering, Marcus; Scheerer, Silke; Curbach, Manfred; Vo, Duy Minh Phuong; Sennewald, Cornelia; Cherif, Chokri; Liebold, Frank; Maas, Hans-Gerd; Qinami, Aurel; Steinke, Christian; Fuchs, Alexander; Kaliske, Michael; Curosu, Iurie; Mechtcherine, ViktorImpaktsicherheit von Baukonstruktionen durch mineralisch gebundene Komposite: BauteilebeneBeton- und Stahlbetonbau1/202158-67Aufsätze

Kurzfassung

Ziel des seit 2017 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Graduiertenkollegs GRK 2250 ist die interdisziplinäre Erforschung von Methoden zur Erhöhung des Impaktwiderstands von Bauwerken durch nachträgliche Verstärkung. Der vorliegende Beitrag gibt einen Einblick in die GRK-Forschung auf Strukturebene. Mineralisch gebundene Verstärkungsschichten wurden auf der dem Impakt abgewandten Bauteilseite untersucht. Als Material für diese Schichten kamen feinkörnige Matrices ohne und mit Kurzfasern zur Anwendung, deren Wirksamkeit in der Impaktverstärkung durch die Einbettung verschiedener Textilien variiert wurde. Derartig verstärkte Platten wurden in einer Fallturmanlage einer Impaktbelastung ausgesetzt. Ein wichtiger Indikator für die Effektivität einer Verstärkungsmethode ist die Beurteilung der Schädigung. Hierzu wurde unter anderem eine Methode zur Analyse von Rissmustern durch Bildsequenzanalyse entwickelt. Die Experimente dienten des Weiteren als Referenz für die Simulation der Rissausbreitung in den impaktbeanspruchten Bauteilen mit der Phasenfeldmethode.

Impact safety of building structures through mineral-bonded composites: Structural level
The aim of the Research Training Group GRK 2250 funded by the German Research Foundation is interdisciplinary research to increase impact resistance of existing structures by strengthening. The article at hand provides insight into research at structural level. Mineral-bonded strengthening layers were investigated on the face of the structure which was not hit by impactor. As material for these layers, fine-grained matrices without and with short fibres were used. Their effectiveness was varied by embedding different textiles. Strengthened reinforced concrete plates were subjected to impact loading in a drop tower facility. An important indicator for the effectiveness of strengthening is the degree of damage. For this purpose, a method for the analysis of crack patterns by means of image sequence analysis was developed. Furthermore, the experiments serve as a reference for the simulation of crack propagation in the strengthened plates by the phase field method.

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