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Nachhaltigkeitsanforderungen in den Planungs- und Bauablauf integrieren - Bericht zu einer Veranstaltung an der RWTH Aachen

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Rechenverfahren zur Beschreibung der Verbundwirkung in "Stabwänden". Grundlage sind die Untersuchungen von Brandl zu diesem Problem, die Anwendung der Verbundtheorie auf einen Pfahl- Boden-Verbundbaustoff und die Mohrschen Bruchbedingungen für Boden. Die Berechnungsergebnisse sind durch Messungen beim U-Bahnlos D 76A in Berlin bestätigt worden. Sofern die erforderlichen Randbedingungen eingehalten werden, ist das Verfahren auch zur Bemessung von Hochdruckinjektionskörpern anwendbar.

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Ultra-Hochfester Beton (UHPC = Ultra-High Performance Concrete) ist hervorragend geeignet für vorgespannte Bauteile. Um eine sichere und dennoch wirtschaftliche Bemessung von vorgespannten Trägern mit sofortigem Verbund vornehmen zu können, muss das Verankerungsverhalten der Litzen bekannt sein. Die hohen Verbundfestigkeiten führen zu kurzen Übertragungslängen und verbessern dadurch die Querkrafttragfähigkeit. Bei Vorspannung mit sofortigem Verbund ist eine Mindestbetondeckung entscheidend, um Längsrisse im Verankerungsbereich zu vermeiden, die einen erheblichen Verlust an Verbundfestigkeit und im Extremfall ein Verankerungsversagen zur Folge haben.
In diesem Beitrag, der im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Schwerpunktprogramms SPP 1182 entstand, werden die Untersuchungsergebnisse zum Verbundverhalten von Litzen in UHPC vorgestellt. Teil 1 behandelt die experimentellen Untersuchungen und Teil 2 die Herleitung eines Verbundmodells zur Berechnung der Übertragungslänge.

Bond Behavior of prestressed Strands in UHPC. Part 1: Tests on Bond Strength and Transfer Length
Ultra-High Performance Concrete (UHPC) is an appropriate construction material for pretensioned girders. To ensure an economic and safe design a detailed knowledge of the behavior of pretensioned strands in the anchorage zone is essential. The dimension of the bond anchorage zone favors the cost-effective design of pretensioned girders, especially when the shear resistance is decisive. However, a minimum concrete cover has to be maintained to avoid splitting cracks in the transmission zone, since they lead to an uncontrolled increase in transfer length and may cause a premature anchorage failure.
This paper, which resulted from the priority program SPP 1182 funded by the German Research Foundation, presents the results of investigations on the bond behavior of strands in UHPC. Part 1 deals with the experimental investigations and in part 2 a bond model is derived to design the transfer length.

Ultrahochfester Beton (UHPC = Ultra-High Performance Concrete) ist hervorragend geeignet für vorgespannte Bauteile. Um eine sichere und dennoch wirtschaftliche Bemessung von vorgespannten Trägern mit sofortigem Verbund vornehmen zu können, muss das Verankerungsverhalten der Litzen bekannt sein. Die hohen Verbundfestigkeiten führen zu kurzen Übertragungslängen und verbessern dadurch die Querkrafttragfähigkeit. Der vorliegende Beitrag stellt ein Verbundmodell zur Ermittlung der Übertragungslänge bei UHPC vor. Das Modell baut auf den experimentellen Ergebnissen aus auf.

Bond Behavior of prestressed Strands in UHPC. Part 2: Bond model derivation for the calculation of transfer lengths
Ultra-High Performance Concrete (UHPC) is an appropriate construction material for pretensioned girders. To ensure an economic but safe design a detailed knowledge of the behavior of pretensioned strands in the anchorage zone is essential. The dimension of the bond anchorage zone favors the cost-effective design of pretensioned girders, especially when the shear resistance is decisive. In this article a bond model is derived to calculate the transfer length. The model bases on the experimental results in.

Zur Beschreibung des Verbundverhaltens und der Kraftübertragung von selbstbohrenden Vollgewindeschrauben bei großen Verbund- und Einbindelängen in Brettschichtholzbauteilen wurden experimentelle, analytische und numerische Untersuchungen am Lehrstuhl für Tragkonstruktionen der RWTH Aachen in Zusammenarbeit mit dem Institut für Bauforschung (ibac) der RWTH Aachen durchgeführt. Die experimentellen Untersuchungen umfassen mehr als 160 Pull-Out-Versuche sowie 84 Lasteinleitungsversuche, darüber hinaus Versuche zum Einfluss eines Längsrisses sowie einer eingebetteten Schraubenspitze auf das Verbundtragverhalten. Die parallel durchgeführten numerischen und analytischen Untersuchungen bilden die Basis zur Erstellung von Modellen zur Beschreibung des Tragverhaltens und der Kraftübertragung zwischen Schraube und Holz. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen die Bestimmung eines Bemessungsansatzes unter besonderer Berücksichtigung der Anisotropie des Holzes. In diesem Beitrag werden die Untersuchungsergebnisse, die im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts [1] ermittelt wurden, dargestellt. Teil 1 behandelt die experimentellen Untersuchungen [2], Teil 2 die analytischen und numerischen Betrachtungen sowie die Herleitung eines Verbundmodells zur Berechnung der Verankerungslänge.

Bond behaviour of self-tapping screws being used as reinforcement in glue-laminated timber elements - Part 2: Analytical and numerical investigations as well bond model derivation for the calculation of anchorage length
In favor of the investigation of bond behaviour, force transfer and anchorage length of self-tapping screws, several tests have been realized at the Chair of Structures and Structural Design in cooperation with the Institute for Building Material Research of the RWTH Aachen University. The experimental investigations comprise more than 160 pull-out tests of screws with long embedment length and over 84 load distributions tests. Additionally, several tests displaying the effect of longitudinal cracks in the surrounding wood as well as the effect of the screw tip have been conducted. Through various analyses of the bond behaviour, the experimental investigations form the basis for the calibration and evaluation of the numerical models and allow a prediction of the force transfer of the screws in glue-laminated elements. Design rules that enable the application of the self-tapping screws as reinforcement in timber elements have been derived from the knowledge obtained in the experimental and numerical investigations.
This paper, which results from a research project funded by the German Research Foundation [1], presents the results of investigations on the bond behavior of self-tapping screws in glue-laminated timber elements. Part 1 elaborates on the experimental investigations [2] whereas part 2 illustrates the numerical analyses and presents a bond model, which enables the design of the anchorage length and the safe application of the screws as reinforcement in timber elements.

In der Konstruktion von filigranen, schlanken Bauteilen aus Holz hat sich deren Bewehrung und Fügung mit selbstbohrenden Vollgewindeschrauben (VGS) als innovative, effektive und praktische Methode erwiesen. In dem mit Schrauben bewehrten Holz kommen selbstbohrende Vollgewindeschrauben großer Baulänge als Bewehrungselemente zum Einsatz. VGS stellen nicht nur ein Befestigungsmittel dar, sondern fungieren aufgrund ihrer hohen Festigkeit und ihrer großen verfügbaren Längen als Basiselement, dessen Verbundeigenschaften mit einer Stahlbetonbewehrung vergleichbar sind.
Zur Beschreibung des Verbundverhaltens und der Kraftübertragung bei großen Verbund- und Einbindelängen wurden experimentelle, analytische und numerische Untersuchungen am Lehrstuhl für Tragkonstruktionen der RWTH Aachen in Zusammenarbeit mit dem Institut für Bauforschung (ibac) der RWTH Aachen durchgeführt. Die experimentellen Untersuchungen wurden im Institut für Bauforschung durchgeführt und umfassen mehr als 160 Pull-Out-Versuche sowie 84 Lasteinleitungsversuche, darüber hinaus Versuche zum Einfluss eines Längsrisses sowie einer eingebetteten Schraubenspitze auf das Verbundtragverhalten. Die parallel durchgeführten numerischen und analytischen Untersuchungen bilden die Basis zur Erstellung von Modellen zur Beschreibung des Tragverhaltens und der Kraftübertragung zwischen Schraube und Holz. Die gewonnenen Kenntnisse ermöglichen die Bestimmung eines wirtschaftlichen und gleichzeitig sicheren Bemessungsansatzes unter besonderer Berücksichtigung der Anisotropie des Holzes. In diesem Beitrag werden die Untersuchungsergebnisse, die im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts ermittelt wurden, dargestellt. Teil 1 behandelt die experimentellen Untersuchungen, Teil 2 die analytischen und numerischen Betrachtungen sowie die Herleitung eines Verbundmodells zur Berechnung der Übertragungslänge.

Bond behaviour of self-tapping screws being used as reinforcement in glue-laminated timber elements - Part 1: Experimental investigations on self-tapping screws with continuous threads and long embedment length being used as reinforcement in glue-laminated timber elements
The use of self-tapping screws with continuous threads to reinforce and join timbers represents an effective, simple and economic method for the construction of slender and filigree timber structures. The high withdrawal resistance of the screws as well as its continuous bond with the wood enables an effect similar to steel reinforcement in concrete structures.
To investigate the bond behaviour, the force transfer and the anchorage length of self-tapping screws several tests have been realized at the Chair of Structures and Structural Design in cooperation with the Institute for Building Material Research of the RWTH Aachen University. The experimental investigations include more than 160 pull-out tests of screws with long embedment length and over 84 load distributions tests. In addition, several tests displaying the effect of longitudinal cracks in the surrounding wood as well as the effect of the screw tip have been realized. Through various analyses of the bond behaviour, the experimental investigations form the basis for the calibration and evaluation of the numerical models and allow a prediction of the force transfer of the screws in glue-laminated elements. Design rules that enable the safe and economic application of the self-tapping screws as reinforcement in timber elements have been derived from the knowledge obtained in the experimental and numerical investigations.
This paper, which results from a research project funded by the German Research Foundation, presents the results of investigations on the bond behavior of self-tapping screws in glue-laminated timber elements. Part 1 elaborates on the experimental investigations whereas, part 2 illustrates the numerical analyses and presents a bond model, which enables the design of the transfer length and the safe application of the screws as reinforcement in timber elements.

Die Kombination einer vorgespannten CFK-Bewehrung (Carbonfaserverstärkter Kunststoff) und UHPFRC (Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete) ermöglicht es, filigrane und weitgespannte Konstruktionen zu errichten, insbesondere wenn es sich um gefaltete und gekrümmte Schalen handelt. Wegen der Unempfindlichkeit gegenüber Korrosion wird die Betondeckung der CFK-Spannbewehrung mit sofortigem Verbund allein durch das Verbundverhalten zur rissfreien Einleitung der Vorspannung bestimmt. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen zum Verbundverhalten vorgespannter CFK-Bewehrung vorgestellt und ein Ausblick auf die geplanten Untersuchungen an UHPFRC-Schalen gegeben.

Bond behaviour of pre-tensioned CFRP tendons in UHPFRC
The combination of pre-tensioned CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) tendons in UHPFRC (Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete) makes filigree and durable constructions with long spans possible, especially with the application of folded and curved shells. Due to a high corrosion resistance of pre-tensioned CFRP tendons, the concrete cover is governed by the bond behaviour to reach a crack-free transmission zone. In this paper the results of an experimental study on the bond behaviour of pre-tensioned CFRP tendons are presented and an outlook for planned investigations on UHPFRC shells is given.

Bei selbstverdichtendem Beton (SVB) sind neben einigen betontechnologischen Fragestellungen auch hinsichtlich der Bemessung und Konstruktion verschiedene Punkte noch nicht vollständig geklärt. Dazu zählt auch das statische Verbundverhalten. Deshalb wurden Versuche durchgeführt, um die Unterschiede im statischen Verbundverhalten von Betonstahl SVB im Vergleich zu Normalbeton und sandreichem Beton verifizieren zu können. Darauf aufbauend werden derzeit Untersuchungen zur Bestimmung der lastspielzahlabhängigen Verbundkriechzahl für SVB unter dynamischer Beanspruchung vorbereitet. Daraus ergeben sich für SVB neue Anwendungsfelder, insbesondere im Brückenbau.

Der Einsatz und die Verfügbarkeit von Bewehrung aus Carbonfaserverbundkunststoff (CFK) steigen stetig, weshalb ein umfangreiches Verständnis der Verbundeigenschaften essenziell ist. Die vorliegende Publikation gibt einen Überblick über unterschiedliche Ausführungsformen von CFK-Stäben sowie über den Einfluss von ausgewählten Parametern auf das Verbundverhalten. Der Fokus wurde auf Stäbe mit straffer Umwickelung aus CFK-Fasersträngen gelegt und die Konkurrenzfähigkeit im Vergleich zu anderen, beispielsweise subtraktiv bearbeiteten, eingefrästen Stäben wird aufgezeigt. In 84 Ausziehversuchen wurde das Verbundverhalten von umwickelten CFK-Stäben in vier Betonarten getestet. Bei den untersuchten Stäben wurden dabei die Wendelbreite und -dicke, die Wendelsteigung, der Wendelabstand und der Stabdurchmesser variiert. Die Versuchsergebnisse werden in Verbundspannungs-Schlupfdiagrammen präsentiert, verglichen und abschließend diskutiert.

Bond behaviour of wrapped CFRP bars in concrete
The usage and availability of reinforcement made of CFRP is steadily increasing. The understanding of the bond behaviour is still not satisfactorily investigated, but mandatory for a secure application. This publication shows the broad variety of CFRP reinforcement and their surface treatments. Focusing on CFRP bars with a spiral of carbon fibres tightly wrapped around the bar, the competitiveness to other surface treatments like grooves milling into the bar is presented. In total 84 pull-out tests were performed to evaluate the bond behaviour in four different concrete qualities. The varying parameters of the CFRP bars are the width, thickness and height of the spiral, the distance between the spirals and the diameter of the bar. The results are presented and compared using bond-slip-curves. A thorough discussion completes this paper.

Bewehrungsstäbe aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) haben bei bestimmten Anwendungen Vorteile gegenüber den derzeit eingesetzten Stahlbewehrungsstäben. Insbesondere die hohe Zugfestigkeit von CFK-Bewehrung verspricht bei einem Einsatz als Betonbewehrung potenzielle Materialersparnisse und der Werkstoff weist vergleichsweise gute Eigenschaften in Bezug auf die Korrosion auf. Die Autoren versuchen, CFK-Bewehrung zur Herstellung von filigranen Betonbauteilen zu verwenden und somit den ökologischen Fußabdruck zu senken. Für die Berechnung des Tragverhaltens solcher Bauteile ist fundamentales Wissen über das Verbundverhalten zwischen Bewehrung und Beton notwendig. Die Autoren untersuchen aktuell das Verbundverhalten von CFK-Stäben mit unterschiedlichen Betonzusammensetzungen. In einem ersten Schritt wurde das Verbundverhalten von subtraktiv bearbeiteten CFK-Stäben mit ultrahochfestem Beton (engl. Ultra-High Performance Concrete - UHPC) adressiert. Eingangs wird im vorliegenden Beitrag eine Übersicht über das Verbundverhalten von Faserverstärkten Kunststoff (FVK)-Stabbewehrungen in Beton gegeben. Anschließend werden zwei Serien von Ausziehversuchen von helikal eingefrästen CFK-Stäben in UHPC präsentiert. Die verwendeten Materialien, die Versuchsaufbauten, die Versuchsdurchführung und die Ergebnisse werden vorgestellt und im Detail analysiert.

Bond behavior of subtractive machined CFRP rods in UHPC
Reinforcing rods made of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) have several advantages compared to conventional steel-reinforcement. Especially the high tensile strength of CFRP potentially allows savings in construction material. In addition, the high corrosion resistance of the reinforcement is advantageous regarding durability. The aim of the authors is to use CFRP reinforcement to construct filigree minerally bonded building components to lower the ecologic impact of concrete structures. However, to accurately predict the load bearing behaviour of such structural members, knowledge about the bond behaviour of the constituent materials is required. The authors are therefore currently investigating the bond of CFRP rods with different concrete types. In a first step the bond behaviour of subtractive machined CFRP rods with ultra-high performance concrete (UHPC) was examined. The first part of this paper provides an overview of the topic of bond behaviour of fibre reinforced polymers (FRP) rods in concrete. Subsequently two series of pull-out tests using helically grooved CFRP rods in UHPC are described. The used materials, the test setup, the experimental procedure and the results are presented and discussed in detail.

Für einen breiten Einsatz von Carbonbeton in der Baupraxis muss der Verbund zwischen Betonmatrix und Bewehrungselementen auch bei hohen Temperaturen sowie im Brandfall gewährleistet sein. Anorganisch imprägnierte Faserbewehrungselemente bieten eine vielversprechende Alternative zu den marktüblicheren polymerimprägnierten Carbonstrukturen, deren Verbundleistung sich mit steigender Temperatur deutlich verschlechtert. Wesentliche Herausforderung bei der Herstellung von mineralisch gebundenen Carbonfaserarmierungen ist die Auswahl einer passenden Verarbeitungstechnologie und geeigneter Rohstoffe. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dieser Herausforderung und konzentriert sich auf die mechanische Leistungsfähigkeit von dünnen Bewehrungsstäben aus mineralisch imprägnierten Carbonfasergarnen. Anhand von Auszugsversuchen wird gezeigt, dass die neuen Bewehrungselemente unter Temperaturbeanspruchung im Vergleich zu den polymerimprägnierten Referenzmaterialien einen deutlich besseren Verbund zum Beton aufweisen und dass der Verbund auch bis zu 500 °C hinreichend leistungsfähig bleibt.

Bond behavior of mineral-impregnated and polymer-impregnated reinforcement structures made of carbon fibers at temperatures up to 500 °C
For a wide application of carbon reinforced concrete in the construction sector, the bond between concrete matrix and the reinforcing elements must be guaranteed also at high temperatures and in the case of fire. Inorganic impregnated fibre reinforcements offer a promising alternative to the common, commercially available polymer impregnated structures, whose bonding performance deteriorates dramatically with increasing temperature. The main challenges in the production of mineral bonded carbon fibre reinforcements are the development of a suitable processing technology and the choice of appropriate raw materials. The paper at hand deals with these challenges and focuses on the mechanical performance of thin reinforcement rebar made of mineral impregnated carbon fibre yarns. Pull-out tests show that this new reinforcement possesses a significantly better bonding behaviour towards concrete at elevated temperature in comparison to the polymer-impregnated reference materials. The bond remains sufficient even at a temperature of 500 °C.

Es wird über Versuche zur Ermittlung der Spannungsumlagerung zwischen Spannstahl und Betonstahl bei der Rißbildung im Spannbeton und zur Feststellung des Verbundverhaltens von Betonstahl und von im Hüllrohr liegenden Spanngliedern zusammenfassend berichtet.

Der nachfolgende Beitrag beinhaltet experimentelle Untersuchungen zum Verbundverhalten von Bewehrungsstäben aus unterschiedlichen Materialien sowie Oberflächenbeschaffenheiten in Beton. Der Fokus der Untersuchungen liegt dabei auf einer neuartigen Bewehrung aus basaltfaserverstärktem Kunststoff mit schwacher Profilierung und grobkörniger Besandung. Im Rahmen eines Versuchsprogramms wurden sog. Pull-out-Versuche durchgeführt und dabei die Betonfestigkeit, die Betonierrichtung sowie die Verbundlänge variiert, um deren Einfluss auf die mittlere Verbundspannung zu untersuchen. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse konnte ein Modell zur Erfassung der Verbundspannungs-Schlupfbeziehung für die untersuchten Stäbe abgeleitet werden, welches als Grundlage für die vereinfachte Berechnung der Rissbreiten, Rissabstände und die Verankerungslänge in Betonbauteilen dienen kann.

Bond behaviour of slightly profiled and sand coated basalt fibre reinforced polymer rebars
This article contains experimental investigations on the bond behaviour of rebars in concrete made of different materials and surface profiling. The focus of the investigations is on a new type of reinforcement made of basalt fibre reinforced polymers with slight profiling and sand coating. In a test programme, so-called pull-out tests were carried out with the variation of the concrete strength, the cast direction and the bond length in order to investigate their influence on the mean bond stress. With the obtained results, an analytical model for the assessment of the bond stress-slip relation could be derived, which can serve as a basis for the practical calculation of the crack widths, crack spacings or the anchorage length in concrete components.

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Im Hoch- und Industriebau werden immer häufiger Stahl-Beton-Verbunddeckensysteme mit hohem Installationsgrad eingesetzt, in denen zur Reduzierung der Bauhöhe die Gebäudetechnik durch Öffnungen in den Trägerstegen geführt wird. Regelungen zur Bemessung von Verbundträgern mit Stegausschnitten sind in der europäischen Normung derzeit allerdings nicht vorhanden und bestehende Ingenieurmodelle aus der Literatur decken die auftretenden Effekte nicht vollständig ab. Hierdurch kann die Querkrafttragfähigkeit des Betongurts, die im Bereich einer Stegöffnung einen wesentlichen Anteil der Gesamttragfähigkeit ausmacht, für die Bemessung nicht angesetzt werden. Im Rahmen des vorliegenden Aufsatzes wird daher ein Modell für Träger mit Öffnungen vorgestellt, das eine mechanisch konsistente Bemessung unter Berücksichtigung aller möglichen Versagensarten ermöglicht. Das Vorgehen wird anhand eines ausführlichen Anwendungsbeispiels veranschaulicht.

Design of hybrid beams and floor slab systems with web openings
In high-rise structures and industrial buildings, highly installed steel-concrete composite floor slabs are increasingly being used, in which HVAC installations are mounted through web openings in order to reduce the overall construction height. Regulations for the design of composite beams with web openings are not provided in European standards and existing engineering models from the literature do not entirely cover all relevant structural effects. As a result, the transversal shear capacity of the concrete slab, which accounts for a significant proportion of the total shear capacity in the web opening region, cannot be exploited for the design. This paper presents a model for beams with web openings, which allows a mechanically consistent design under consideration of all possible failure modes. The procedure is also illustrated by means of a detailed application example.

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Durch die Verwendung von hochfesten Betonen und Baustählen können mit geringem Materialeinsatz hochtragfähige und zugleich filigrane Verbundkonstruktionen hergestellt werden. Durch die höhere Tragfähigkeit des Verbundquerschnitts aus hochfesten Werkstoffen steigen auch die Anforderungen an die Verbundmittel zur Übertragung der größeren Schubkräfte. Während klassische Kopfbolzendübel nicht den Anforderungen an Steifigkeit und an Duktilität in höherfestem Beton genügen, kommen zunehmend aufgeschweißte oder in den Steg eines doppelsymmetrischen Stahlprofils geschnittene Verbunddübelleisten zur Anwendung. Im vorliegenden Beitrag werden Untersuchungen vorgestellt, die die wesentlichen Einflüsse auf das Tragverhalten von Puzzleleisten wie Blechdicke, Stahlfasergehalt und -orientierung, Betondeckung und -festigkeit sowie Querbewehrungsgrad beschreiben. Aufbauend auf einer ausführlichen Datenbank und begleitenden numerischen Untersuchungen wurde auf Grundlage der Versuchsergebnisse ein Bemessungskonzept für Verbunddübelleisten hergeleitet. Das Trag- und Verformungsverhalten von Verbundträgern wurde anhand von 4-Punkt-Biegeversuchen untersucht. Mit Hilfe dieser Versuchsergebnisse und einer ergänzenden Parameterstudie wurde ein Bemessungsmodell für Verbundträger entwickelt, das eine sichere plastische Bemessung von Verbundträgern mit hochfesten Werkstoffen erlaubt.

Composite beams with puzzle strip shear connectors and high strength materials.
With high strength concrete and steel sustainable and slender structures can be achieved. Due to the increased load carrying capacity of the composite cross-section the stresses in the composite joint also increase and, thus, the shear connectors have to meet higher requirements concerning the load carrying capacity. Since headed studs are not strong and ductile enough in higher strength concrete, composite dowels are applied which can be welded onto or cut into the steel profile. This paper presents the results of an extensive test program identifying and quantifying the most important parameters. On the basis of the experimental tests and accompanying numerical simulations and database evaluations design models and construction guidelines have been derived. The efficiency of the puzzle strip and the plastic moment carrying capacity of the composite cross-section have been investigated in beam tests. Additional theoretical investigations led to a design model enabling a safe and efficient design of composite beams with high strength materials.

Die Entwicklung eines neuartigen Schweißverfahrens mit gezieltem Drahtvorschub und -rückzug ermöglicht die automatisierte Herstellung von auf Baustähle geschweißten kleinskaligen Pin-Verbundmitteln mit ausgeformtem Kugelkopf und kegelförmigem Fuß. Hiermit lassen sich in Kombination mit hochfesten Feinbetonen extrem filigrane Verbundquerschnitte mit hoher spezifischer Tragfähigkeit herstellen, die dem Verbundbau neue Anwendungsbereiche erschließen. Allerdings ist das Last-Verformungsverhalten von Verbundfugen mit den neuartigen Pins bis jetzt noch nicht geklärt. Gegenüber konventionellen Verbundträgern mit Kopfbolzendübeln werden durch die spezifischen Verhältnisse von Beton- zu Baustahlquerschnitt sowie durch unterschiedliche Belastungs- und Spannweitenszenarien veränderte Anforderungen an die Duktilität und das Verformungsvermögen des Pin-Verbunds gestellt. Im vorliegenden Beitrag wird zunächst anhand von vier Verbundträgerversuchen mit unterschiedlichen Trägerlängen und Verdübelungsgraden das Trag- und Verformungsverhalten der kleinskaligen Pin-Verbundmittel in der Verbundfuge untersucht. Anschließend wird ein nicht-lineares Finite-Elemente-Modell für Stahl-Beton-Verbundträger mit kleinskaligen Pin-Verbundmittel entwickelt. Hiermit werden FE-Simulationen durchgeführt, um Schnittgrößen, Verbundmittelkräfte und Kräfteumlagerungen in der Verbundfuge sichtbar zu machen und das globale Trag- und Verformungsverhalten dieser neuartigen Verbundmittel zu analysieren.

Composite beams with small-scale pin connectors - Experimental investigations and finite element simulation.
The development of a novel welding process with systematic wire-feed and pullback allows for the automatic assembly of ball-headed pin shear connectors with a cone-shaped base on structural steels. By means of this process and the combination with high-strength fine-grained concrete very filigree composite sections of high specific load carrying capacities can be produced, opening new fields for structural application. However, the force-deflection behavior of the shear connection with the novel small-scale pins is not clarified yet. In contrast to ordinary composite beams with headed stud shear connection, the specific ratios of concrete and steel composite sections as well as new scenarios of bearing loads and span widths cause different requirements regarding the ductility of the pin connection, in order to achieve maximum load carrying capacities of cross section and system. In this paper, the load-bearing and deformation behavior of composite connections with small-scale pin-connectors is investigated based on four composite beam experiments with different spans and degrees of partial shear connection. Furthermore, a finite element model for steel concrete composite beams with pin connectors is developed. The non-linear finite element simulations are used to clarify the distribution of shear forces in the pin connectors, to illustrate the rearrangements of internal forces in the composite connection to analyze the global load bearing and deformation behavior of these innovative small-scale shear connectors.

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