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Inhalt: Bautechnik 10/2020Bautechnik10/2020Inhalt

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Titelbild: Bautechnik 10/2020Bautechnik10/2020Titelbild

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Zum Titelbild:
Blick auf die Ränge des neuen Puskás-Stadions in Budapest. Im mit einem Fassungsvermögen von über 67.000 Zuschauern größten öffentlichen Bauwerk Ungarns, das nach dem legendären ungarischen Fußballer Ferenc Puskás benannt wurde, sind 15.000 m2 Bodenfläche auf den Tribünen mit MC-Floor TopSpeed flex, der flexibilisierten Rollbeschichtung mit rissüberbrückenden Eigenschaften auf Basis der KineticBoost-Technology®, ausgeführt worden. Auch bei ungünstigen Klimabedingungen wie 2 °C und 100 % relativer Luftfeuchte lassen sich hochbelastbare und ästhetische Bodenbeläge umsetzen. Wie bei kaum einem anderen Bodenbeschichtungswerkstoff lassen sich damit auch Härte und Elastizität von gering bis sehr hoch einstellen. Diese Vorteile machten sich die Bauherren und Planer des neuen Puskás-Stadions in Budapest zunutze, die diese Arbeiten im Winter durchführen mussten. (Foto: MC-Bauchemie)

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Schulte Holthausen, Robert; Raupach, Michael; Merkel, Melanie; Breit, WolfgangZerstörungsfreie Bestimmung der Auslaugung von Beton mittels einseitiger Wasserstoff-KernspinresonanzBautechnik10/2020679-687Aufsätze

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Unter gewöhnlichen Bedingungen sind zementgebundene Baustoffe in Trinkwasser beständig. Sehr weiches bzw. kalkarmes Wasser kann jedoch die Dauerhaftigkeit von Betonoberflächen beeinträchtigen. Auslaugungsprozesse zwischen Werkstoff und Wasser führen langfristig zur Aufweichung der Oberfläche und der einhergehende Alkalitätsverlust kann bei unzureichender Betondeckung zur Korrosion der Bewehrung führen. In einer zuvor in der Bautechnik vorgestellten Studie wurde der Widerstand von Betonoberflächen gegenüber Auslaugung in Trinkwasser untersucht. Darauf aufbauend werden hier Messergebnisse mittels einseitiger Wasserstoff-Kernspinresonanz vorgestellt, die einen vertieften Einblick in die zeit- und tiefenabhängige Porositätsänderung bei der Auslaugung von Betonoberflächen erlauben. Auf Basis einer neu entwickelten Auswertungsmethodik werden aus den Messungen quantitativ Schädigungstiefen abgeleitet. Die erfassten Strukturänderungen innerhalb des Zementsteins erlauben direkte Rückschlüsse auf die bei der Auslaugung aufeinanderfolgenden Schädigungsprozessen.

Non-destructive monitoring of the leaching of concrete surfaces by single sided 1H nuclear magnetic resonance
Under regular conditions, concrete is durable when immersed in drinking water. Pure water on the other hand can severely leach and damage concrete surfaces. Consequently, the concrete surface becomes soft and the rebar-protecting passivity can be lost. In a past study presented in Bautechnik, the leaching resistance of concrete surfaces in drinking water reservoirs was reported. Based on this, we present results from the non-destructive measurement of the time- and depth-depending changes in material porosity by single-sided 1H nuclear magnetic resonance due to leaching. The results allow the quantitative deduction of damage depths as well as insights into the underlying deterioration processes.

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urbainable - stadthaltig: Positionen zur europäischen Stadt für das 21. JahrhundertBautechnik10/2020687Veranstaltungen

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Fraundorfer, Andreas; Vestner, Stephan; Dauberschmidt, ChristophInstandsetzungen von Parkhauszwischendecken nach dem Prinzip des kathodischen Korrosionsschutzes: Untersuchungen zum Schutznachweis bei TrennrissenBautechnik10/2020688-696Aufsätze

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Eine Instandsetzung von Parkbauten nach dem Instandsetzungsprinzip des kathodischen Korrosionsschutzes (KKS) kann ein wirtschaftliches und schonendes Verfahren darstellen, die Restnutzungsdauer des Bauwerks nachhaltig zu erhöhen. Zwischendecken im Bestand weisen dabei häufig Trennrisse auf, durch die über einen längeren Zeitraum chloridhaltiges Wasser geflossen ist, wodurch auf der Unterseite der Decke eine Lochkorrosion an der Bewehrung initiiert wurde. Für den sachkundigen Planer stellt sich hierbei die Frage, ob durch ein deckenoberseitig appliziertes KKS-System die korrodierende Bewehrung auf der Deckenunterseite sicher vor weiterer Korrosion geschützt werden kann. In der Praxis hat sich gezeigt, dass der praktische Nachweis über einen ausreichenden Schutz für diesen Anwendungsfall nicht trivial ist. In Laboruntersuchungen im Institut für Material- und Bauforschung der Hochschule München und durch Untersuchungen in einer Tiefgarage wurde diese Fragestellung eingehend untersucht. Zusammenfassend lässt sich bei den untersuchten Prüfkörpern feststellen, dass bei alleinig deckenoberseitig installiertem KKS der herkömmliche Nachweis des rückseitigen Schutzes der Bewehrung im Trennriss nur in wenigen der untersuchten Fälle erbracht werden konnte. Das normativ in DIN EN ISO 12696 geforderte 100-mV-Kriterium stellt sich für diesen Anwendungsbereich als zu konservativ dar. Alternativ können sich jedoch Korrosions- und Schutzstrommessungen bei nachträglich elektrisch getrennten Bewehrungsbereichen eignen.

Repair of car park ceilings with cathodic corrosion protection: investigations on the cathodic protection with separation cracks
A repair of parking structures according to the repair principle of the cathodic corrosion protection (CP) can be an economic and gentle possibility to sustainably increase the remaining service life of the structure. RC ceilings frequently show separation cracks with penetrating chloride-containing water and pitting corrosion of the reinforcement on the underside of the ceiling. This raises the question for the expert planner whether a CP system applied to the upper side of the ceiling can safely protect the corroding reinforcement on the underside. In practice it has been shown that proof of sufficient protection for this application is not trivial. This question was thoroughly examined in laboratory tests at the Institute for Material and Building Research of Munich University of Applied Sciences and in an underground parking garage. In summary of the investigations, it can be shown that the proof of the protection of the rear reinforcement in the separation crack can only be provided in a few of the investigated cases with the CP-system installed solely on the upper ceiling side. The 100 mV criterion stipulated normatively in DIN EN ISO 12696 is too conservative for the proof of protection. However, if the proof of the 100 mV criterion is not successful, then corrosion and protective current measurements on subsequently electrically separated reinforcement areas can be considered more suitable for the proof of protection.

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Forman, Patrick; Gaganelis, Georgios; Mark, PeterOptimierungsgestützt entwerfen und bemessen - 23. Dresdner Baustatik-Seminar - "Realität - Modellierung - Tragwerksplanung"Bautechnik10/2020697-707Aufsätze

Kurzfassung

Beton ist frei formbar. Auch Bewehrungen lassen sich beliebig im Raum verlegen. Dennoch wird selten von diesen Möglichkeiten Gebrauch gemacht. Typische Stahlbetonkonstruktionen besitzen rechteckige Grundformen, Bewehrungsnetze parallel der Oberflächen und große Massen. Der Beitrag zeigt, wie mit topologischen Optimierungen kraftflussaffine Betonstrukturen entstehen können. Der Materialverbrauch sinkt dabei rapide. Vorgestellt werden die äußere Formfindung, der Entwurf effektiver Querschnitte und die an Trajektorien orientierte Bewehrungsführung ähnlich bekannter Stabwerkmodelle. Dazu werden die Grundgleichungen der Optimierungsaufgabe abgeleitet, eine baustoffgerechte Steuerung in Richtung von zug- oder druckspannungsdominantem Tragverhalten eingeführt und Grundaspekte zur Sicherung der Robustheit erläutert. Zahlreiche Beispiele zeigen die Anwendung für Brücken, Pylone, Schalen, Balken, Trägerroste oder Auflagerdetails und verdeutlichen das enorme Potenzial für eine tiefgreifende Materialreduktion in der Betonbauweise.

Optimization-based design
Concrete is freely formable. And reinforcements can be placed anywhere in the concrete. Nevertheless, this potential is rarely used. Reinforced concrete structures are commonly rectangular shaped with reinforcement meshes parallel to the surfaces and thus possess large mass. This article shows how topological optimization can be used to create concrete structures affine to the flux of forces. Material consumption decreases rapidly. External shaping, effective cross-section designs, and trajectory-oriented reinforcement layouts are presented. First the very basic equations of the associated structural optimization problem are derived. Then a novel material-specific control mechanism towards tensile or compressive dominant designs is introduced. It is discussed how this enables to account for structural robustness. Numerous examples illustrate application on bridges, pylons, shells, beams, girder grids or support details and quantify the potential material reduction in concrete construction arising thereof.

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Das 2. Symposium IngD4C diskutiert am 24. November in Berlin & online ZukunftsthemenBautechnik10/2020707Veranstaltungen

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Konopka, Daniel; Stöcklein, Josef; Kaliske, MichaelNeue numerische Simulation für alte Holzkonstruktionen - 23. Dresdner Baustatik-Seminar - "Realität - Modellierung - Tragwerksplanung"Bautechnik10/2020708-716Aufsätze

Kurzfassung

Holz ist ein Werkstoff mit langer Tradition und breitem Anwendungsspektrum. Der Beitrag gibt einen Einblick in die Methodenentwicklung für die numerische Simulation historischer Kulturgüter aus Holz mit der Finite-Elemente-Methode. Die vorgestellten Ansätze sind konsistent auf alle Klassen von Holzstrukturen übertragbar. Die Materialeigenschaften von Holz sind grundsätzlich nichtlinear, skalen-, richtungs-, klima- und zeitabhängig. In Holzstrukturen tragen u. a. auch Klebfugen, Lackierungen und Furniere wesentlich zum klimaabhängigen Strukturverhalten bei. An Strukturbeispielen werden die Einflüsse des Materials, der mechanischen und insbesondere der klimatischen Beanspruchungen auf das zeitabhängige Strukturverhalten sowie die Ansätze der numerischen Simulation zur Bewertung des Tragverhaltens von Holzstrukturen mit aktuellen Modellen verdeutlicht. Der vorliegende Beitrag wurde am 18. Oktober 2019 im Rahmen des 23. Dresdner Baustatik Seminars präsentiert.

New numeric simulation for old wooden structures
Wood is a construction material with a long tradition and a wide area of application. This contribution gives insight into the numerical simulation of historical wooden cultural heritage objects by means of the Finite Element Method. The material properties of wood are mutually non-linear, scale-, direction-, climate- and time-dependent. Within wood or timber structures, also glued joints, varnishes and veneers contribute to the climate-dependent structural behaviour. The influence of the material, the mechanical and the climate loadings on the time-dependent structural behaviour and the approaches of the numerical simulation for the evaluation of the wooden structures' load-bearing behaviour are represented by current models on structural examples. This contribution has been presented on 18 October 2019 at the “23. Dresdner Baustatik Seminar”.

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Köhler, Mirko; Pfarr, Daniel; Lohr, Katharina; Tasche, SilkeMaterialuntersuchungen zu 3-D-gedruckten Kernen für Dünnglaspaneele - 23. Dresdner Baustatik-Seminar - "Realität - Modellierung - Tragwerksplanung"Bautechnik10/2020717-728Aufsätze

Kurzfassung

Dieser Aufsatz beschreibt ein neuartiges Konzept für den Einsatz von Dünnglas im Glas- und Fassadenbau. Einleitend werden grundlegende Eigenschaften von Dünnglas vorgestellt und Konsequenzen für den Einsatz im Bauwesen abgeleitet. Im Weiteren wird die Idee einer möglichen innovativen Anwendung von Dünnglas präsentiert. Vielversprechend erscheint der Einsatz in Dünnglaspaneelen mit 3-D-gedruckten, eingeklebten und aussteifenden Kunststoffkernen. Erste kleinmaßstäbliche Prototypen und Designstudien wurden in einer Reihe von Masterarbeiten an der TU Delft untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse bestätigten das Potenzial von Dünnglas im Bauwesen. Aktuelle Untersuchungen am Institut für Baukonstruktion der TU Dresden beinhalten die Fortführung und Weiterentwicklung dieser Arbeiten. Auszugsweise werden hier erste Ergebnisse für 3-D-gedruckte Kunststoffkerne im Hinblick auf Material- und drucktechnische Eigenschaften sowie Anforderungen vorgestellt. Erkenntnisse zur reproduzierbaren Druckqualität und Formfindung ergänzen anschaulich die Ausführungen. Die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass Dünnglaspaneele mit eingeklebten, 3-D-gedruckten Kernen ein vielversprechendes Konzept für den Bau von leichten Fassadenelementen darstellen.

Material testings of 3-D printed cores for thin glass panels
This paper describes the use of thin glass in a new concept for glass and facade construction. First of all, the basic properties of thin glass are presented and consequences for its use in building construction are identified. Then, the concept of using thin glass facade panels with 3-D printed, adhesively bonded and stiffening polymer cores is presented. Small-scale prototypes and design studies were performed in a series of master theses at the TU Delft. The insights gained from these studies confirmed the potential of thin glass in building construction. Current investigations at the Institute of Building Construction at TU Dresden include the continued and further development of this work. First results for 3-D printed polymer cores with regard to their material and printing properties as well as the requirements are presented. Findings on reproducible printing quality and form finding supplement the designs in a clear manner. From the here presented studies, it is concluded that thin glass panels with adhesively bonded 3-D printed cores are a feasible and promising concept for the construction of lightweight façade panels.

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Kortmann, Lukas; Höpfner, Marvin; Spyridis, PanagiotisDie elektrische Widerstandsmessung zur zerstörungsfreien Prüfung von Betonstählen im Beton unter ermüdungsrelevanter BelastungBautechnik10/2020729-736Aufsätze

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Das Ermüdungsverhalten von Betonstahl, Spannstahl und Beton ist in den letzten Jahrzehnten immer stärker in den Fokus der Wissenschaft geraten. Neben den stetig steigenden Anforderungen an z. B. Brückenbauwerke und Windenergieanlagen, die längere Lebensdauern und dadurch höhere Anzahlen an Belastungszyklen fordern, werden neue Konstruktionen immer filigraner und schlanker unter Berücksichtigung der ressourcenschonenden Bauweise konstruiert. Zudem werden bestehende Bauwerke im Rahmen von Strukturwandlungen umfunktioniert und mit veränderten Einwirkungen belastet. Dadurch steigt der Einfluss des Ermüdungsverhaltens der Werkstoffe in der Tragwerksbemessung bedeutend. Diese Arbeit bezieht Teile der vorhandenen Erkenntnisse über die Ermüdung und die elektrische Widerstandsmessung aufeinander und stellt die durchgeführten dynamischen Versuche und den statischen Versuch mit entsprechender Kennwertauswertung und Analyse vor. Abschließend wird aufgeführt, dass die elektrische Widerstandsmessung ein vielversprechendes und zerstörungsfreies Prüfverfahren zur Zustandsbewertung im Bereich des Ermüdungsphänomens ist, die Messmethode allerdings bezüglich der fehlerfreien Anwendbarkeit infolge sekundärer Messeinflüsse noch optimiert werden muss. Im Weiteren werden die Berechnungen und Auswertungen der Ermüdungsversuche dazu genutzt, einige europäische Bemessungsnormen und verschiedene Testergebnisse für das Ermüdungsverhalten von Betonstahl näher zu untersuchen und zu vergleichen.

The measurement of the electrical resistance used for a non-destructive method for reinforcing steel in concrete strained by fatigue-relevant loading
The fatigue behavior of reinforcing steel, prestressing steel and concrete has increasingly come into the focus of science in recent decades. In addition to the constantly increasing demands on, for example, bridge structures and wind turbines, which demand longer service lives and thus more load cycles, the designs of new constructions are designed increasingly filigree and slimmer. In addition, existing buildings are being converted in course of structural and social changes and are loaded with altered actions. As a result, the influence of the fatigue behavior of the materials on the structural analysis increases significantly. This work relates parts of the existing knowledge about fatigue and electrical resistance measurement to each other and presents the tests with the associated evaluation of physical values and analyses. Finally, it is stated that the electrical resistance measurement is a promising non-destructive test method for assessing the state of fatigue phenomenon, but the measuring method still has to be optimized with regard to its faultless applicability due to secondary measurement influences. In addition, the calculations and evaluations of the fatigue tests are used to examine and compare European design standards and various test results for the fatigue behavior of reinforcing steel in more detail.

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Ruge, Peter; Wagner, NilsTilgerentwurf für Strukturen mit Eigendämpfung bei unscharfer ErregungBautechnik10/2020737-743Aufsätze

Kurzfassung

Der klassische Entwurf von Schwingungstilgern für Systeme ohne eigene Dämpfung basiert auf einem einfachen Formelsatz nach Den Hartog. Um diesen anwenden zu können, ist das System mit n Freiheitsgraden vorweg durch Modaltransformation auf n formal entkoppelte Einmassenschwinger abzubilden. Im Ergebnis der Tilgerauslegung für eine zu tilgende Eigenschwingungsform liegen die zwei zugeordneten Resonanzspitzen auf gleicher Höhe. Für Systeme mit eigener Dämpfung existieren keine geschlossenen Formulierungen, wohl aber verschiedene iterative Verfahren zur optimalen Tilgerauslegung. Andererseits ist bekannt, dass die Wirksamkeit eines Tilgers sehr sensibel ist bezüglich geringer Änderungen von Systemdaten; so z. B. dem Verhältnis &eegr; zwischen Erreger- und Eigenfrequenz. Da dieses Verhältnis häufig in gewissen Schranken schwankt, liegt eine Zufallsverteilung für &eegr; auf der Hand. Es wird gezeigt, dass eine klassische Tilgerdimensionierung selbst für Originalsysteme mit Eigendämpfung zu einer ebenso guten Schwingungstilgung führt wie eine Tilgerauslegung mit iterativen Optimierungsverfahren.

Design of tuned mass dampers for damped structures with uncertain excitation
The classical design of tuned mass dampers (TMD) for undamped systems goes back to Den Hartog. In order to use this analytical code, systems with n degrees of freedom have to be decoupled by a modal transformation into a series of n single-degree-of-freedom oscillators. Then the classical design results in amplification functions with two identical peaks for each selected modal oscillator. For damped systems no closed-form design codes are available; however several iterative optimization procedures have been published to minimize and equalize the peaks. On the other hand it is wellknown that the performance of TMDs is very sensitive with respect to the system's data; for example the relation &eegr; between eigenfrequency and excitation frequency. Since this relation is a rather uncertain quantity in several applications &eegr; is taken as stochastic variable. It will be shown that the classical design for TMDs even applied to damped structures performs as good as iterative optimization procedures.

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Bautechnik aktuell 10/2020Bautechnik10/2020745-748Bautechnik aktuell

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Nachrichten:
Die Kienlesbergbrücke von Ulm: Bravissimo für die Einladung
Neue Autobahnbrücke Saint George in Genua übergeben
Investitionsbeschleunigungsgesetz verabschiedet
Historische Brücken und Stege im alten und neuen Erfurt - Buch zur Erfurter Brückenbaugeschichte

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik10/2020748Veranstaltungskalender

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 10/2020Beton- und Stahlbetonbau10/2020Titelbild

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Zum Titelbild:
Carbonbeton bringt zahlreiche Vorteile in der bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung mit sich, speziell auch bei der Sanierung von Industriefußböden. Die Koch GmbH verfügt über die Möglichkeiten - unter Einsatz neuester wissenschaftlicher Methoden und Vorgehensweisen - Produkte, Komponenten, Verfahren und Trends in den Bereichen Betonsanierung, Beschichtung, statischer Verstärkung und Bauwerksmonitoring zu entwickeln. Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind spezielle Anwendungsmöglichkeiten für Carbonbewehrungen, neuartige KKS-Systeme sowie innovative Bauwerkssensorik. Die HITEXBAU GmbH produziert auf Wirkmaschinen neuester Bauart und mit eigenen Beschichtungsanlagen Armierungsgitter für Beton aus Carbon, Basalt und AR-Glas. In einem innovativen, vollautomatischen Prozess können besonders großflächige und vielfältige Hochleistungs-Carbongelege kostengünstig für die Baubranche hergestellt werden. In Kooperation zwischen HITEXBAU und der Koch GmbH wurde ein Instandsetzungskonzept für eine ca. 3.300 m2 große Industriebodenfläche in Tschechien entwickelt und eine Ausführung in Rekordzeit durchgeführt. (Foto: Koch GmbH)

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 10/2020Beton- und Stahlbetonbau10/2020Inhalt

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Fischer, Oliver(Brücken)bau im WandelBeton- und Stahlbetonbau10/2020745Editorials

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Löschmann, Jens; Clauß, Felix; Mark, PeterVerstärken von Stahlbetontragwerken mit TemperaturinduktionBeton- und Stahlbetonbau10/2020746-757Aufsätze

Kurzfassung

Nachträgliche Verstärkungen wirken nicht für Eigengewichte. Ohne ein Anheben oder Vorspannen bleiben durch sie erzeugte Spannungen im Bestand eingeprägt und lagern sich erst bei erheblicher Rissbildung auf die Verstärkung um. Zur Lösung wird hier eine Temperierung von außen vorgeschlagen (Temperaturinduktion). Sie ist nutzbar für statisch unbestimmte Tragwerke und dient der Verstärkung der Biegetragfähigkeit mit nachträglich eingeschlitzter Bewehrung.
Grundprinzip ist das planmäßige Einbringen von Temperaturgradienten. Damit lassen sich Schnittgrößen beliebig verändern. Die Eigengewichtsmomente werden derart mit induzierten Zwangsspannungen aus der Temperatur überlagert, dass die zu verstärkenden Bereiche entlastet sind. Es folgen Verstärkung und Rückgang der Temperierung. Die Verstärkung ist dann bereits für die Aufnahme des Eigengewichts wirksam. Die Methode wird an einem Zweifeldträger im Labor umgesetzt und für die Verstärkung der Stützbewehrung bei hohen bzw. geringen Eigenlasten demonstriert.

Strengthening of reinforced concrete structures with temperature induction
Subsequent strengthening is not effective for dead loads. Without lifting or pre-stressing, stresses generated by dead loads remain imprinted into the existing member and are not transferred to the additional reinforcement before considerable cracks have formed. Controlled external temperature induction yields a solution to this problem as suggested here. It can be used for statically indeterminate structures and increases the bending resistance due to reinforcement subsequently glued into slots.
The fundamental idea is a systematic induction of temperature gradients. This enables to alter internal forces as required. The bending moments due to dead load are superimposed with stresses induced by temperature constraints so that regions which require strengthening are relieved. Once strengthening is applied the temperature gradient is lowered. This way, strengthening already contributes to carry the dead load. The method is exemplified on two-span girders in the lab. Its potential is demonstrated by strengthening of the reinforcement at the internal support on high and low dead load levels.

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Müller, Egbert; Schmidt, Angela; Schumann, Alexander; May, Sebastian; Curbach, ManfredBiegeverstärkung mit Carbonbeton - Neue Carbonbewehrung im AnwendungstestBeton- und Stahlbetonbau10/2020758-767Aufsätze

Kurzfassung

Die Biegeverstärkung von Stahlbetontragwerken mit Carbonbeton wurde in der Vergangenheit bereits umfangreich untersucht und auch in der Praxis schon mehrfach erfolgreich angewendet. Seit 2014 existiert außerdem eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (Z-31.10-182) für die Verstärkung von Stahlbetonbauteilen mit textilbewehrtem Beton. Jedoch haben sich die Carbonbewehrungen in den vergangenen Jahren weiterentwickelt, weshalb im Rahmen des Projekts “C3 - Carbon Concrete Composite” die Übertragbarkeit der bekannten Erkenntnisse auf zwei aktuelle Carbongelege mit unterschiedlichen Tränkungen untersucht wurde. Hierfür wurde ein umfangreiches Versuchsprogramm mit insgesamt 18 Großbauteilversuchen an der TU Dresden durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse werden im vorliegenden Beitrag vorgestellt und diskutiert.

Flexural strengthening with carbon reinforced concrete - tests with new carbon reinforcements
The flexural strengthening of reinforced concrete structures with carbon reinforced concrete has already been extensively investigated in the past and successfully applied in practice several times. Since 2014, there has also been a German general building approval (Z-31.10-182) for the strengthening of reinforced concrete with textile reinforced concrete. However, the carbon reinforcements have developed further in recent years, which is why the transferability of the known findings to two current carbon fabrics with different impregnations was investigated within the scope of the project “C3 - Carbon Concrete Composite”. For this purpose, an extensive test program with a total of 18 large component tests was carried out at TU Dresden. The results obtained are presented and discussed in this article.

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Farwig, Kristina; Neumann, Julia; Schneider, Robert; Breitenbücher, Rolf; Curbach, ManfredInstandsetzung von gefugten Betonflächen mit einer dünnen Schicht aus CarbonbetonBeton- und Stahlbetonbau10/2020768-778Aufsätze

Kurzfassung

Ein typisches Anwendungsfeld für gefugte Betonflächen sind Betonfahrbahnen. Diese sind hohen Beanspruchungen aus dem Verkehrsaufkommen und extremen Witterungsbedingungen ausgesetzt. Um wilde Risse aus daraus entstehenden Zwangsspannungen zu verhindern, werden in der Regel Querscheinfugen eingebracht. Diese stellen jedoch zugleich eine Schwachstelle im Beton dar, sodass eine kontinuierliche Instandhaltung und Wartung notwendig werden. Eine ökologisch und ökonomisch sinnvolle Alternative zur Erneuerung der gesamten Betondecke ist die Sanierung der Betonfahrbahn mithilfe einer fugenlosen und zugleich dünnen Deckschicht aus Carbonbeton. Eine Trennung des Verbunds zwischen Alt- und Carbonbeton im Bereich der Querscheinfuge gewährleistet die Verteilung entstehender Risse und die Reduzierung der Einzelrissbreiten durch multiple Rissbildung. Flüssigkeiten können so weniger tief in den Beton eindringen und schaden weder dem Altbeton noch der korrosionsresistenten Carbonbewehrung.

Repair of concrete traffic areas with slim carbon reinforced concrete layers
Concrete pavements are exposed to high loads from existing traffic volumes and extreme weather conditions. In order to prevent wild cracking caused by the resulting constraining stresses, transverse joints are usually installed. However, these are also weak points in the concrete pavement, so that continuous maintenance and upkeeping is necessary. An ecologically and economically viable alternative to renewing the entire concrete slab is to rehabilitate the concrete runway with the aid of a jointless as well as thin top layer of carbon reinforced concrete. By separating the bond between the old concrete layer and the carbon concrete layer in the area of the transverse joint, a distribution of cracks is ensured and the crack width of the individual cracks in the carbon reinforced concrete pavement is reduced by multiple crack formation. Liquids can therefore penetrate less deeply into the concrete and damage neither the old concrete layer nor the corrosion-resistant carbon reinforcement.

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Krütt, Enno; Weise, Frank; Meng, BirgitEinfluss einer druckschwellinduzierten Degradation von Fahrbahndeckenbeton auf die schädigende AKRBeton- und Stahlbetonbau10/2020779-788Aufsätze

Kurzfassung

In den letzten Jahren sind im deutschen Bundesautobahnnetz verstärkt Schäden an vor 2005 errichteten Betonfahrbahndecken aufgetreten, die mit einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) in Verbindung gebracht werden. Neben dem AKR-fördernden Einfluss von alkalihaltigen Taumitteln werden Fahrbahndecken zyklischen mechanischen Belastungen infolge des Verkehrs und Zwangsspannungen durch klimatische Einwirkungen ausgesetzt. Solche mechanischen Belastungen werden bisher in keinem AKR-Prüfverfahren berücksichtigt. Die zyklischen Belastungen können zu einer Degradation des Betongefüges führen, die ggf. einen AKR-fördernden Einfluss hat. Dieser Beitrag stellt Untersuchungen vor, die zur Beantwortung der Frage nach dem Einfluss einer zyklischen mechanischen Belastung auf den AKR-Schadensprozess beitragen. Dabei wird der Hypothese nachgegangen, dass die ermüdungsinduzierte Degradation zu einer Erhöhung des Stofftransports führt. Dieser hat einen Einfluss auf die AKR-Schadensentwicklung, da die Reaktionspartner zunächst zum Reaktionsort transportiert werden müssen. Daher wird angenommen, dass sich mit dem Stofftransport auch die AKR-Schädigung verstärkt. Es werden Betonproben aus typischen Fahrbahndeckenbetonen einer vorgeschalteten zyklischen Druckschwellbelastung ausgesetzt. Die Degradation infolge der Vorbelastung wird simultan mittels ZfP-Verfahren charakterisiert. Anschließend werden die Auswirkungen der zyklischen Vorschädigung auf den Stofftransport sowie auf die AKR vergleichend an Prüfkörpern ohne und mit Vorschädigung untersucht. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die zyklische Vorschädigung sowohl den Stofftransport als auch die AKR fördert.

Influence of cyclic compressive loading induced degradation of road pavement concrete on harmful AAR
In recent years the German motorway network has seen an increase in the occurrence of damage to concrete road surfaces built before 2005, which can be attributed to the alkali-silica reaction (ASR). In addition to exposure to ASR-stimulating alkali-rich deicing-agents, road surfaces are also subjected to cyclical mechanical loading resulting from traffic and induced stresses due to climatic impact. Such mechanical loadings are not considered in any of the previously developed ASR testing procedures. This cyclical loading could, however, lead to a degradation of the concrete microstructure and, in turn, stimulate the ASR-process. This article presents investigations that contribute to answering the question of whether a mechanically induced degradation influences the ASR-process. The hypothesis that the mechanically induced degradation leads to an increase in mass transport is examined. The mass transport is important for the ASR process because the reactants need to be transported to the reaction location before the reaction can take place. Therefore, it is assumed that increased mass transport also leads to increased ASR damage. Concrete specimens made of typical pavement concretes are subjected to a pre-damaging cyclic compressive loading. The degradation is characterized simultaneously during the pre-damaging process using non-destructive testing (NDT) techniques. Then the effects of the cyclical pre-damage on the mass transport as well as on the ASR are determined by comparing results from test specimens with and without pre-damage. The results lead to the conclusion that the cyclical pre-damage increases both the mass transport and the ASR.

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Riedel, Philipp; Leutbecher, TorstenEinfluss der Faserorientierung und des Fasergehalts auf die Druckfestigkeit von ultrahochfestem BetonBeton- und Stahlbetonbau10/2020789-800Aufsätze

Kurzfassung

Abhängig von Geometrie und Herstellmethodik können sich in Bauteilen aus faserbewehrtem Beton (lokal) sehr unterschiedliche Faserorientierungen einstellen. Der Faserbeton verhält sich in der Folge nicht mehr isotrop, sondern zeigt je nach Beanspruchungsrichtung ein unterschiedliches Zug- und Drucktragverhalten. Für ultrahochfesten Beton (UHFB) ist dieser Aspekt von besonderer Relevanz, da UHFB in der Anwendung meist hohe Fasergehalte aufweist. Während der Einfluss der Faserorientierung auf das Zugtragverhalten von UHFB bereits Gegenstand zahlreicher Studien war, fehlten bislang aussagekräftige Daten, um die auf die Faserbewehrung zurückzuführende Anisotropie im Drucktragverhalten größenmäßig fassen zu können. Im Rahmen einer Versuchsreihe wurde daher der Einfluss der Faserorientierung und des Fasergehalts auf das Bruchverhalten und die Druckfestigkeit von Fein- und Grobkorn-UHFB eingehend untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Druckfestigkeit bei überwiegend unidirektionaler Ausrichtung der Fasern in der Ebene senkrecht zur Belastungsrichtung mit steigendem Fasergehalt deutlich zunimmt. Dagegen ist der Einfluss des Fasergehalts bei einer überwiegend unidirektionalen Ausrichtung der Fasern in Belastungsrichtung gering. Abhängig von der Belastungsrichtung unterscheidet sich die Druckfestigkeit am Würfel um bis zu 26 N/mm2 bzw. 14 %. Die Differenz zwischen Würfel- und Zylinderdruckfestigkeit nimmt mit steigendem Fasergehalt zu. Auf Basis der Ergebnisse erfolgt eine Empfehlung zur Festlegung von Betonfestigkeitsklassen für die DAfStb-Richtlinie “Ultrahochfester Beton”.

Effect of Fibre Orientation and Fibre Volume Fraction on the Compressive Strength of Ultra-High Performance Concrete
Depending on the geometry and casting method, structural members made of fibre reinforced concrete may (locally) show very different fibre orientation. As a result, the fibre reinforced concrete no longer behaves isotropically, but shows different tensile and compressive behaviour depending on the direction of loading. This aspect is of special importance for ultra-high performance concrete (UHPC), since UHPC is typically applied with high fibre volume fraction. While the influence of fibre orientation on the tensile behaviour of UHPC has already been subject of numerous studies, there was a lack of meaningful data so far in order to be able to quantify the anisotropy in compression caused by the fibres. Thus, the influence of fibre orientation and fibre volume fraction on the failure pattern and on the compressive strength of fine- and coarse-grained UHPC was investigated in a series of tests. The results show that with predominantly unidirectional alignment of fibres in the plane perpendicular to the loading direction, the compressive strength increases significantly with increasing fibre volume fraction. In contrast, the influence of fibre volume fraction is marginal with predominantly unidirectional alignment of fibres in the direction of loading. Depending on the loading direction, the compressive strength tested on cubes differs by up to 26 MPa and 14 %, respectively. The difference between cube and cylinder compressive strength increases with increasing fibre volume fraction. Based on the results, a proposal for classifying UHPC in the DAfStb Guideline “Ultra-High Performance Concrete” is provided.

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Shepherd, David Alós; Helbig, Ingo; Kühn, Roman; Dehn, FrankNeue Erkenntnisse zur Qualitätssicherung von PP-Faserbetonen am Beispiel des Straßentunnels KriegsstraßeBeton- und Stahlbetonbau10/2020801-810Aufsätze

Kurzfassung

Der 1,5 km lange Straßentunnel Kriegsstraße in Karlsruhe wird in offener Bauweise, mit Tunnelwänden und -decken aus PP-Faserbeton, hergestellt. Entgegen der ZTV-ING, Teil 5, werden 1,5 kg PP-Fasern pro m3 Beton anstatt 2,0 kg/m3 dosiert. Die Minderdosierung an PP-Fasern, zusammen mit einem ausführlichen Qualitätssicherungskonzept für den Beton, führte zu einer erhöhten Betonbauqualität, wie im Rahmen der Erst-, Bauteil- und Identitätsprüfung nachgewiesen wurde. Durch die Reduktion der PP-Fasermenge ist eine robustere, weniger temperaturempfindliche Betonmischung zielsicher herstellbar. Die PP-Faserdosierung ist aufgrund des Einflusses auf die Frischbetoneigenschaften als zentraler Qualitätssicherungsparameter einzustufen. Die Wahl einer händischen oder automatischen Dosierung hat erheblichen Einfluss auf die Dosierungsgenauigkeit. Bei entsprechendem Erfahrungsnachweis im Umgang mit PP-Faserbeton könnte ggf. das Nachweisverfahren zur Reduktion des PP-Fasergehalts vereinfacht werden.

New insights into the quality assurance of PP-fibre reinforced concrete as exemplified by the Kriegsstraße road tunnel
The 1.5 km long Kriegsstraße road tunnel in Karlsruhe is being constructed using the cut and cover method, with tunnel walls and ceilings made of PP-fibre reinforced concrete. Differing from the German ZTV-ING, Part 5, 1.5 kg of PP-fibres per m3 of concrete, instead of 2.0 kg/m3 are being added. The lower PP-fibre dosage along with an extensive quality assurance concept incurred in a higher concrete construction quality, proven through initial, structural element and quality assurance testing. With PP-fibre dosage reduction a more robust, less temperature sensitive concrete mixture is obtained. Due to the influence of PP-fibre dosage on fresh concrete properties, PP-fibre dosage should be considered as a key quality assurance parameter. The dosage precision also clearly depends on the choice between manual or automatic PP-fibre dosage. If sufficient experience with PP-fibre reinforced concrete can be proven, the verification process for a PP-fibre content reduction could be simplified.

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Huber, Tobias; Huber, Patrick; Kollegger, JohannQuerkraftmodell für bestehende Stahlbetonbauteile mit aufgebogenen LängsstäbenBeton- und Stahlbetonbau10/2020811-820Aufsätze

Kurzfassung

Die historische Ausführungsform der aufgebogenen Längsstäbe zur Schubsicherung ist nach den heutigen Regelwerken nur bedingt vorgesehen. Bei der Bewertung von bestehenden Tragwerken steht der Ingenieur nun vor der Herausforderung, dass die Anwendung der Querkraftmodelle nach Eurocode 2 aufgrund von konstruktiven Regeln in vielen Fällen nicht möglich ist. An der TU Wien wurde deshalb ein Nachweiskonzept entwickelt, welches eine realistische Bewertung dieser Situation ermöglicht. Das Modell des potenziellen Schubrisses (PSC-Modell) gründet auf detaillierten Analysen der Rissbilder von Versuchen und wurde mit Versuchsdatenbanken evaluiert. Das Potenzial des vorgestellten Modells konnte anhand der Nachrechnung einer realen Stahlbetonplattenbrücke aufgezeigt werden. Die neuen Erkenntnisse werden bereits in der neuen ÖNORM B4002-8 zur Bewertung der Tragfähigkeit bestehender Tragwerke berücksichtigt, wodurch ein Bogen von der Grundlagenforschung in die Anwenderpraxis gespannt wurde.

Shear strength model for existing RC components with bent-up bars
The implementation of bent-up longitudinal bars as shear reinforcement has been long outdated and is therefore seldom pursuant to current regulations and standards. When evaluating existing structures, the engineer is now faced with the challenge that the application of the shear models according to Eurocode 2 is often not possible due to the failing compliance to the stated design rules. A verification concept was therefore developed at TU Wien, which enables a realistic assessment of this situation. The Potential Shear Crack Model (PSC-Model) is based on detailed analyzes of crack patterns of conducted tests with a subsequent evaluation of various data bases. The potential of the presented model was shown by recalculating a real reinforced concrete slab bridge. The new insights have been factored into the new ÖNORM B4002-8 for the assessment of the load-bearing capacity of existing structures, interconnecting fundamental research with actual application.

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Adam, Viviane; Claßen, Martin; Hegger, JosefVersuche zum Querkrafttragverhalten bei gleichzeitiger ZugnormalkraftBeton- und Stahlbetonbau10/2020821-831Aufsätze

Kurzfassung

Querkraftbeanspruchte Stahlbetonplatten können unter bestimmten Umständen durch zusätzliche Zugnormalspannungen belastet sein. Beispiele dafür sind Platten unter Zwangbeanspruchung, Stahlbetonfahrbahnplatten von Verbundbogenbrücken oder Silowände. Der Ansatz zur Berücksichtigung von Normalspannungen im aktuellen Bemessungskonzept für Querkraft ohne Querkraftbewehrung nach Eurocode 2 (EC2) wurde über Versuche an vorgespannten Einfeldträgern kalibriert. Da der Einfluss von Zugnormalkräften durch den Bemessungsansatz nur näherungsweise erfasst wird, wurden am Institut für Massivbau der RWTH Aachen Versuche an Plattenstreifen unter Querkraft- und gleichzeitiger Zugnormalkraftbeanspruchung durchgeführt. Neben Einfeldträgern wurden auch Plattenstreifen mit Durchlaufwirkung getestet, um den Einfluss praxisnaher statischer Systeme zu untersuchen. Durch den Momentenwechsel im Mehrfeldsystem entsteht ein Bereich ohne Biegebeanspruchung, der das Schubfeld in zwei Abschnitte unterteilt (Feld- und Stützmomentenbereich). Da sich beim Biegeschubversagen der maßgebende Schubriss in der Regel aus einem Biegeriss entwickelt, wird das Tragverhalten zum einen durch das statische System beeinflusst und zum anderen durch die kombinierte Normalkraft- und Biegebeanspruchung. Abweichend vom linearen Ansatz der Normalspannung im EC2 wurde in den eigenen experimentellen Untersuchungen sowie bei Versuchen aus der Literatur mit steigender Zugbeanspruchung ein degressiver Einfluss der Zugnormalspannung auf die Querkrafttragfähigkeit festgestellt.

Tests on Shear Behaviour with Concurrent Normal Tensile Action
Reinforced concrete (RC) slabs under shear loading can sometimes be subjected to additional normal tensile stresses. Examples are slabs under constraint stresses, RC bridge deck slabs of composite arch bridges or silo walls. The coefficient for normal stresses in the current design approach for shear without shear reinforcement according to Eurocode 2 (EC2) was calibrated using tests on prestressed simply supported beams. The influence of normal tensile forces is only approximately covered by the design approach. Therefore, tests were carried out at the Institute of Structural Concrete at RWTH Aachen University on slab strips under shear and simultaneous tensile normal force loading. In addition to single-span slab segments, tests on continuous members were also carried out to investigate the influence of more realistic structural systems. The point of contraflexure in multi-span systems results in an area without bending stresses, which divides the shear span into two regions (sagging and hogging moment area). Since the critical shear crack usually develops from a flexural crack for flexural shear failure, the load-bearing behaviour is influenced by the loading conditions on the one hand and by the combined normal and flexural loading on the other hand. Contrary to the linear approach for the influence of the normal stress in the EC2, a degressive influence of the tensile normal stress on shear capacity was found in the own experimental investigations as well as in tests from literature review with increasing tensile stress.

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Über 53 Millionen Kubikmeter Transportbeton in 2019Beton- und Stahlbetonbau10/2020831Nachrichten

Kurzfassung

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