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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBauphysik1/202374Veranstaltungen

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Titelbild: Bautechnik 1/2023Bautechnik1/2023Titelbild

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Zum Titelbild:
Den Deutschen Ingenieurbaupreis 2022 erhielt das Stuttgarter Ingenieurbüro schlaich bergermann partner sbp für die Konzeptidee der 2021 fertiggestellten Stadtbahnbrücke für die SSB Stuttgarter Straßenbahnen AG. Weitere Informationen: s. Beitrag S. 63.
Quelle: sbp/Andreas Schnubel

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Inhalt: Bautechnik 1/2023Bautechnik1/2023Inhalt

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Bautechnik: Inhaltsverzeichnis des 99. Jahrgangs 2022Bautechnik1/2023Jahresinhaltsverzeichnis

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Krafczyk, ChristinaRessource Kulturerbe: Bestand und Denkmäler neu denken!Bautechnik1/20231-2Editorials

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Maiworm, Björn; Maiworm, Björn; Göldner, Moritz; Engel, ThomasEinsatzstellenbewertungen der deutschen Feuerwehren - Brandversuche in situBautechnik1/20233-13Aufsätze

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Die deutschen Feuerwehren erfassen seit dem Jahr 2016 systematisch signifikante Brände in Gebäuden. Teil dieser Erfassung ist die Überprüfung, ob Schutzziele verletzt werden. Die Branddirektion München wertet diese Daten für den Fachausschuss Vorbeugender Brand- und Gefahrenschutz der deutschen Feuerwehren (FA VB/G) aus und kooperiert dabei mit der Technischen Universität München. Dieser Aufsatz stellt die Methode und die ersten Erkenntnisse aus dieser Statistik dar. Erste Trends zeigen eine erheblich hohe Anzahl von Rauchausbreitungen, die direkte Wirkung des abwehrenden Brandschutzes und organisatorischer Brandschutzmaßnahmen.

On-site fire inspection by German fire brigades - fire tests in situ
The German fire brigades have been systematically recording significant fires in buildings since 2016. Part of this recording is checking whether objectives are being violated. Together with the Technical University of Munich, the Munich fire brigade on behalf of the expert group for fire prevention of the German fire brigades evaluates this data on behalf of all fire brigades involved in Germany. This article presents the method and the first findings from these statistics. First trends show a considerably high number of smoke spreads, the direct effect of fire-fighting measures and of organizational fire protection measures.

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Meyer, Kathrin; Klotz, Peter-MatthiasAufstockungen auf Siedlungsbauten der 1950er- und 1960er-Jahre - Eine Potenzialanalyse am Fallbeispiel Hamburger WohnungsgenossenschaftsbautenBautechnik1/202314-22Aufsätze

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Angesichts der wachsendenden Haushaltszahl in deutschen Großstädten mit einhergehender Wohnungsnachfrage sowie des hohen Flächen- und Ressourcenverbrauchs im Neubau wird am Fallbeispiel der Stadt Hamburg das Potenzial der Nachverdichtung durch Aufstockung untersucht. Ausgangslage bildet die These, dass drei- bis viergeschossige Siedlungsbauten der 1950er- und 1960er-Jahre aufgrund ausreichender Lastreserven und der Abstände zu angrenzender Bebauung gute Voraussetzungen für ein- bis zweigeschossige Aufstockungen bieten. Untersuchungsgegenstand sind Mehrfamilienwohngebäude Hamburger Wohnungsbaugenossenschaften. Der Aufsatz soll Entscheidungsgrundlagen für zukünftige Aufstockungsvorhaben auf drei- bis viergeschossigen Siedlungsbauten zur Verfügung stellen. Die Aufstockungspotenzialanalyse erfolgt in drei Betrachtungsebenen: Stadt, Gebäude und Konstruktion. Auf der Ebene Stadt wurde das quantitative Potenzial für Wohnungsneubauten durch Aufstockung auf den o. g. Gebäuden anhand von digitalem Karten- und Bildmaterial untersucht und somit die Relevanz bestätigt. Für die Gebäudeebene wurden Wohngebäudetypologien anhand von Bestandsplänen definiert. Auf der Ebene Konstruktion wurden anhand von Bestandsstatiken vorhandene Lastreserven analysiert. Ausgehend von der Wohngebäudetypologie sowie den rechtlichen und bautechnischen Vorgaben können mithilfe der formulierten Entscheidungsgrundlagen Annahmen zu Aufstockungsmöglichkeiten getroffen und Handlungsoptionen hergeleitet werden.

Roof extension of residential buildings from the 1950s to the 1960s - a potential analysis based on housing cooperatives in Hamburg
Facing a constant growing number of households accompanied by a high demand for housing as well as an enormous consumption of land and resources by new buildings, the city of Hamburg is used as a case study to investigate the potential of redensification by roof extensions in this research. It is based on the thesis, that three- or four-storey buildings of the 1950s and 1960s offer highly effective conditions for one- or two-storey roof extensions due to their sufficient load reserves and their distances to adjacent buildings. Multi-family residential buildings of Hamburg's housing cooperatives seem to fulfil those requirements and are therefore object of this investigation. The analysis follows three levels of consideration: city, building and construction. The first level examines the potential of quantity for adding roof extensions by analyzing digital maps and images. At the next level the building typologies are defined by existing as-built plans. Afterwards the construction level aims to analyze the existing load reserves by using as-built statics. Finally, by taking legal and technical guidelines into consideration, the results aim to show unused potential for housing and provide a basis of decision making and courses of action for roof extensions.

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Jarmer, TilmannEinfach Bauen - spart eine Wohnraumlüftungsanlage Kosten und Energie?Bautechnik1/202323-34Aufsätze

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In Bad Aibling wurden 2020 drei Wohngebäude als Forschungshäuser aus Mauerwerk, Holz und Beton errichtet. Dabei wurde die Komplexität durch einfache Konstruktion und reduzierte Gebäudetechnik verringert. Auf eine Lüftungsanlage wurde verzichtet. In den innenliegenden Bädern wurde eine präsenzgeführte Abluft eingebaut. In der Untersuchung wird der Frage nachgegangen, ob es besser gewesen wäre, eine Wohnraumlüftungsanlage in den Forschungshäusern zu installieren. Vier Varianten werden miteinander verglichen: Szenario A: Fensterlüftung und Badabluft präsenzgeführt (wie gebaut); Szenario B: Fensterlüftung und Badabluft präsenzgeführt mit Grundlüftung; Szenario C: Dezentrale Einzelraumlüfter mit Wärmerückgewinnung; Szenario D: Zentrale Wohnraumbelüftung mit Wärmerückgewinnung. Es wurden Umweltwirkung und die Kosten der jeweiligen Lüftungssysteme verursacht durch Technikeinsatz, Wartung und Betriebsenergie über den Lebenszyklus betrachtet. Szenario A (wie gebaut) schneidet in den untersuchten Dimensionen Kosten, nicht erneuerbare Primärenergie und Treibhauspotenzial jeweils am besten ab. Vor allem die Varianten C und D müssten eine hohe Einsparung beim Wärmebedarf realisieren, um die negativen Umweltwirkungen durch die Wohnraumlüftungsanlagen auszugleichen. Bei Vergleichsmessungen in der Praxis konnten keine entsprechenden Einsparungseffekte ermittelt werden. Eine maschinelle Wohnraumlüftung ist nicht geeignet, um die Umweltwirkung oder die Lebenszykluskosten des Projekts zu verbessern.

Build simply - does a ventilation system save you money and energy?
In Bad Aibling, three residential buildings were built in 2020 as research houses made of masonry, wood and concrete. The complexity was reduced through simple construction and reduced building technology. There was no room ventilation. Only presence-controlled exhaust air from the interior bathrooms was installed. The study addresses the question of whether it would have been better to install a living space ventilation system in the research buildings. Four variants are compared: scenario A: window ventilation + bathroom exhaust air presence-controlled (as built); scenario B: window ventilation + bathroom exhaust air presence-controlled with basic ventilation; scenario C: decentralized individual room fans with heat recovery; scenario D: central apartment unit with heat recovery. The environmental impact and the costs of the respective ventilation systems caused by the use of technology, maintenance and operating energy over the life cycle were considered. Scenario A (as built) performs best in the examined dimensions of costs and global warming potential. Variants C and D in particular would have to achieve high savings in heating requirements in order to compensate for the negative environmental impact of the living space ventilation systems. In comparative measurements in practice, no corresponding savings effects could be determined. Mechanical domestic ventilation is not suitable for improving the environmental impact or life cycle costs of the project.

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Bonfig, Peter; Dehlinger, Christian; Cremers, JanEinfamilienhaus? Du darfst! - Die Typologie des kompakten Hofhauses ermöglicht private Wohnformen auf eigenem Grund bei hoher urbaner DichteBautechnik1/202335-44Berichte

Kurzfassung

Das sog. kompakte Hofhaus wurde als neuartiger Hofhaustyp an der Hochschule für Technik Stuttgart (HFT) entwickelt und untersucht. Zu Quartieren addiert stellt er den Bewohnern bei geringem Landverbrauch urbane Lebensräume zur Verfügung und kann hohe Dichte, Diversität von Nutzung sowie ein hohes Maß an Privatheit und Wohnqualität in Innen- wie Außenräumen miteinander vereinen - in Neubau- wie in Bestandsituationen. Definitionsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass nicht einsehbare Höfe/Außenräume als ausschließlich private Nutzflächen in die Gebäudestruktur integriert werden (anstelle von exponierten Abstandsflächen mit geringerem Nutzwert außerhalb des Gebäudes) und über diese Bereiche auch die Belichtung und die Belüftung erfolgen können. Innen- und Außenräume können so zu einem geschützten und eng miteinander verzahnten Lebensraum verschmelzen. Die bisherigen Ergebnisse der seit 2017 laufenden DFG-geförderten interdisziplinären Forschungsarbeit weisen mit einer umfangreichen Typologie, allgemeingültigen Lösungsstrategien und vielen Einzeluntersuchungen nach, dass dieser Ansatz bereits auf ungewöhnlich kleinen Parzellen (ca. 60-200 m2) unterschiedlicher Proportion mit bis zu fünfgeschossigen Gebäuden für eine oder mehrere Parteien funktioniert. Einige der aus verschiedenen Grundtypen hervorgehenden Varianten eignen sich als Einfamilienhäuser auf eigenem Grund und können so diese von der Mehrheit angestrebte Wohnform in einem nachhaltigen urbanen Umfeld hoher Dichte und Heterogenität ermöglichen.

Single-family house? You may!
The typology of the compact courtyard house enables private forms of living on one's own land with a high urban density. The so-called compact courtyard house was developed and examined as a new type of courtyard house at the Stuttgart University of Applied Sciences (HFT Stuttgart). Added to neighbourhoods, it provides residents with urban living spaces reducing land consumption and can combine high density, diversity of use and a high degree of privacy and residential quality in both indoor and outdoor spaces - in both new and existing situations. By definition, this is achieved by integrating courtyards/outdoor spaces into the building structure as exclusively private usable areas that can not be looked into (instead of exposed distance areas with lower usable value outside the building) and by providing lighting and ventilation via these areas. Indoor and outdoor spaces can thus merge into a protected and closely interlinked living space. The results to date of the interdisciplinary DFG-funded research work, which has been ongoing since 2017, demonstrate with an extensive typology, generally valid solution strategies and many individual investigations that this approach already works on unusually small plots (approx. 60-200 m2) of varying proportions with up to five-storey buildings for one or more parties. Some of the variants that emerge from different basic types are suitable as single-family houses on their own land and can thus enable this form of housing sought by the majority in a sustainable urban environment of high density and heterogeneity.

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Gengnagel, Christoph; Brechenmacher, EmilKappe+ - Überprüfung einer traditionellen Bauweise auf ihre Leistungsfähigkeit für das Bauen von morgenBautechnik1/202345-54Berichte

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Deckensysteme sind aufgrund ihres Materialvolumens eine der größten Herausforderungen im Geschossbau auf dem Weg zu klimaschonendem Bauen. Hier erweist sich die traditionelle gemauerte Kappendecke als robuste leistungsfähige Alternative mit Innovationspotenzial. Im Vergleich zu weitverbreiteten Stahlbetonflachdecken erfordert ihre Herstellung nur 50 % der grauen Energie. Zu weiteren Untersuchung ihres Anwendungspotenzials wurden sechs Deckensysteme für eine Büro- oder Schulnutzung vergleichend untersucht. Für diese Konstruktionen wurden auf Basis einer Vordimensionierung detaillierte Lebenszyklusanalysen (LCA) durchgeführt. Während die Stahlbetonflachdecke ein Global Warming Potential (GWP) von 136 kgCO2e/m2 hat, erreicht die Kappendecke im günstigsten Fall einen Wert von nur 64 kgCO2e/m2. Neben der Bewertung des Energieeinsatzes in der Herstellung werden sowohl auf Material- als auch auf Konstruktionsseite die Prinzipien der Circular Economy angewendet. Im Rahmen von Praxisexperimenten wurden an der historischen Konstruktion drei Transformationen vorgenommen: So entsteht durch die Substitution der Stahlträger im System durch Holz ein neuartiges Holz-Mauerwerk-Hybridsystem. Mithilfe digitaler Fertigungswerkzeuge wird eine wirtschaftliche und zeitgemäße Herstellungsweise aufgezeigt. Durch die Optimierung der verwendeten Ziegelsteine wird die Rohdecke um akustische Eigenschaften multifunktional angereichert.

Kappe+ - evaluation of a traditional construction method as to its performance in today's context
Due to their material volume, ceiling systems are one of the biggest challenges in mulit-storey construction on the way to climate-friendly building. Here, the traditional masonry cap ceiling proves to be a robust, efficient alternative with innovation potential. Compared to widely used reinforced concrete flat slabs, their production requires only 50 % of the grey energy. To further investigate their application potential, six ceiling systems for office or school use were comparatively examined. Detailed life cycle assessments (LCA) were carried out for these constructions based on pre-dimensioning. While the reinforced concrete flat ceiling has a Global Warming Potential (GWP) of 136 kgCO2e/m2, the vault ceiling achieves a value of only 64 kgCO2e/m2 in the most favourable case. In addition to assessing the energy input in manufacturing, principles of a circular economy are applied on both the material and construction side. Within a framework of practical experiments, three transformations were carried out on the historical construction: by substituting the steel girders in the system with timber, a new type of timber-masonry hybrid system is created; with the help of digital manufacturing tools, an economical and contemporary production method is demonstrated; by optimising the bricks used, the raw ceiling is enriched with multifunctional acoustic properties.

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Dietsch, Philipp; Sandhaas, Carmen; Ruff, Daniel; Ummenhofer, Thomas100 Jahre Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine KarlsruheBautechnik1/202355-61Berichte

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Die Berufung von Prof. Dr.-Ing. Ernst Gaber an die Technische Hochschule Karlsruhe im Jahr 1921 markierte den Startschuss des Prüfraums Gaber, aus dem später die Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine hervorging. Heute ist die Versuchsanstalt Teil des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und besteht aus den Abteilungen Holzbau und Baukonstruktion sowie Stahl- und Leichtbau. Der folgende Beitrag blickt auf die Geschichte dieser Einrichtung zurück.

100 years of KIT Research Centre for Steel, Timber and Masonry
The appointment of Prof. Dr.-Ing. Ernst Gaber at the University of Technology Karlsruhe in 1921 gave the go-ahead for the Testing Facility Gaber, from which the Research Centre for Steel, Timber and Masonry developed. Today, the research centre is part of Karlsruhe Institute of Technology (KIT) and consists of the departments Timber Structures and Building Construction and Steel and Lightweight Structures. In the following contribution, the history of this institution is presented.

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Bautechnik aktuell 1/2023Bautechnik1/202363-66Bautechnik aktuell

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Wettbewerbe:
Deutscher Ingenieurbaupreis für Stadtbahnbrücke mit Carbonhängern

Veranstaltungen:
Brückenbautage 2022 in Düsseldorf
4. Symposium Ingenieurbaukunst - Bauen mit und im Bestand

Nachrichten:
Ingenieurbaukunst 2023 an Staatssekretär Rolf Bösinger übergeben
Das neue bauingenieur24

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik1/202366Veranstaltungskalender

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 1/2023Beton- und Stahlbetonbau1/2023Inhalt

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 1/2023Beton- und Stahlbetonbau1/2023Titelbild

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Zum Titelbild:
Die HTW Berlin wurde vom Bundesverband Spannbeton-Fertigdecken e.V. beauftragt, Untersuchungen an einem bestehenden Gebäudekomplex durchzuführen und zu ermitteln, wie sich der Einbau von leichteren Spannbeton-Hohldielen im Vergleich zur Ausführung mit schlaff bewehrten Massivbetondecken auf das Gesamttragwerk und dessen ökologischen Fußabdruck auswirkt.
Die Ausführungen zeigen die ersten Ergebnisse in Gestalt des erheblichen CO2-Einsparpotentials am Tragwerk, das der Einsatz von Spannbeton-Hohldielen im Vergleich zu einer konventionellen Bauweise mit massiven Betondecken ermöglicht.
Die Ökobilanzierungen zu den weiteren Schadstoffemissionen, die bei der DGNB-Zertifizierung beurteilt werden, und zum Einsparpotential bei den Rohstoffen zwischen Spannbeton-Fertigdecken und konventionellen Massivdecken folgen im Frühjahr 2023. (Foto: DW-Systembau)

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Beton- und Stahlbetonbau: Inhaltsverzeichnis des 117. Jahrgangs 2022Beton- und Stahlbetonbau1/2023Jahresinhaltsverzeichnis

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Bergmeister, KonradKlimakrise oder Klimachance?Beton- und Stahlbetonbau1/20231-2Editorials

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Warter, Lukas; Kromoser, BenjaminÖkologische Effizienz von Hochbaudecken - Aktuelle Systeme und ZukunftspotenzialBeton- und Stahlbetonbau1/20233-14Aufsätze

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Die Bauindustrie zählt zu den einflussreichsten Branchen hinsichtlich des anthropogenen Ressourcen- und Energieverbrauchs sowie des anfallenden Feststoffmülls (≥ 38 %). Die Entwicklung und Verwendung von Bauweisen und Baustoffen mit minimalem Umwelteinfluss über den gesamten Lebenszyklus ist somit von höchster Relevanz. Um den ökologischen Einfluss von Bauweisen und Baustoffen quantifizieren zu können, muss eine faktenbasierte Ökobilanzierung durchgeführt werden. Gegenwärtig ist dies meist nicht der Fall und objektive Vergleiche fehlen. Im Hochbau haben besonders Deckensysteme großen Einfluss auf die Gesamtbilanz der Tragstruktur. Deswegen widmet sich dieser Beitrag dem ökologischen Vergleich von unterschiedlichen Deckensystemen im Hochbau in Anlehnung an die EN 15804 und die EN 15978. Die Systemgrenzen sind mit den Lebenszyklusphasen Cradle-to-Gate und Cradle-to-Grave festgelegt worden. Insgesamt werden neun unterschiedliche Deckenarten aus Holz, Stahl, Beton wie auch deren Kombinationen im Rahmen unterschiedlicher statischer Systeme betrachtet. Alle Systeme wurden nach gängiger Ingenieurpraxis für die gegebenen Randbedingungen nach den aktuell gültigen Normen (ÖNORM, Eurocode) möglichst effizient dimensioniert. Die Ergebnisse zeigen, dass mit allen betrachteten Materialien ökologisch konkurrenzfähige Systeme umgesetzt werden können. Zentral sind jeweils ein Einsatz der Materialien entsprechend deren Eigenschaften und die Optimierung der Struktur sowie des Tragsystems.

Environmental Performance of Ceiling Systems in Building Construction - Currently used Systems and Future Optimisation Potenzial
The building industry counts to the most influencing sectors regarding raw material demand, energy use and solid waste generation (≥ 38 %). The development and use of construction methods and building materials with minimal environmental impact over the entire life cycle has therefore utmost relevance.
In order to quantify the environmental impact of construction methods and materials, a fact-based life cycle assessment must be carried out. Currently, these kinds of assessments are not state of practice with a lack of objective comparisons missing on the market. When looking at building construction, ceiling systems in particular have a great influence on the environmental footprint of the entire building. Therefore, this paper is dedicated to the environmental comparison of different ceiling systems in building construction based on EN 15804 and EN 15978. The system boundaries were defined with the life cycle phases of cradle-to-gate and cradle-to-grave. A total of nine different ceiling types within different structural systems were considered and evaluated. All systems were dimensioned as efficiently as possible according to common engineering practice for the given boundary conditions with the currently valid standards (ÖNORM, Eurocode). The results show that environmental competitive systems can be implemented using all considered materials. The key is to take the materials properties into account while simultaneously optimising the structure and load-bearing systems.

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Hertel, Mareile; Rempel, SergejBewertung neuer Betonrezepturen anhand der Druckfestigkeit und der Treibhausgasreduzierung im HerstellprozessBeton- und Stahlbetonbau1/202315-24Aufsätze

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Die Herstellung von Betonbauteilen muss zum Schutze des Klimas nachhaltiger werden. Ein Ansatz ist die grundlegende Veränderung der Betonrezepturen in ihren Ausgangsstoffen und Massenanteilen. Diese sind so zu verändern, dass der Einsatz primärer Rohstoffe signifikant reduziert wird, ohne die physikalischen Eigenschaften des Betons nachteilig zu verändern respektive zu verbessern. Dieser Aufsatz befasst sich mit aktuellen internationalen Forschungsergebnissen zu nachhaltigen, kreislaufoptimierten Betonmischungsrezepturen und deren erzielten 28-Tage-Druckfestigkeitswerten. Diese wurden mithilfe eines Analysemodells über die empirischen Druckfestigkeitswerte der Rezepturen und deren mögliche CO2-Einsparung im Herstellungsprozess bewertet. Die Veränderung des Treibhauspotenzials basiert auf einer reduzierten Sachbilanzstudie der Stoffströme. Die Auswertung der verfügbaren Daten ergab, dass insbesondere durch den Einsatz industrieller Abfall- und Nebenprodukte in Beton, wie Kupferschlacke, keramische oder Gießereiabfälle sowie Steinschlammpulver, ein nachhaltiges Ergebnis erzielt werden kann. Bei Verwendung dieser Produkte konnte sowohl eine rechnerische Einsparung des Kohlenstoffdioxidausstoßes als auch eine Zunahme der 28-Tage-Druckfestigkeit gegenüber der Vergleichsprobe erzielt werden.

Evaluation of new concrete regarding the load-bearing behavior and the greenhouse gas reduction in the manufacturing process
The production of concrete components has to become more sustainable to protect the climate. One approach is the fundamental change in the concrete recipes in terms of their materials and mass proportions. Change has to be done so that the use of primary raw materials is significantly reduced without adversely changing or improving the physical properties of the concrete. This essay deals with current international research results on sustainable, circulation-optimized concrete mix formulations and their achieved 28-day compressive strength values. The results were evaluated with an analysis model using the empirical compressive strength values of the formulations and their possible CO2 savings in the manufacturing process. The difference in the greenhouse potential is based on a reduced life cycle inventory study of the material flows. The evaluation of the available data shows that a sustainable result can be achieved using industrial waste and by-products in concrete, such as copper slag, ceramic or foundry waste and stone sludge powder. By using these products, carbon dioxide emissions are reduced and an increase in the 28-day compressive strength compared to the reference sample could be achieved. The examined studies with recycled aggregates from mixed and broken concrete waste mostly led to a negative analysis value due to reduced strength values.

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Zecherle, Katrin; Ricker, Marcus; Binde, Jan; Winkelmann, Jana; Haxter, ChristinaZugtragverhalten von Betonbauteilen mit getränkter Textilbewehrung aus FlachsfasernBeton- und Stahlbetonbau1/202325-35Aufsätze

Kurzfassung

In der letzten Zeit haben Naturfasern aufgrund ihrer umweltfreundlichen, wirtschaftlichen und mechanischen Eigenschaften bei der Verwendung als Verstärkung in Verbundwerkstoffen ein wachsendes Interesse in der Forschung geweckt. Trotz dieser Vorteile wurde das Tragverhalten von textilen Bewehrungen aus Naturfasern in Betonbauteilen bisher nicht systematisch untersucht. Die für Textilbetonbauteile entwickelten Bemessungsregeln beschränken sich deshalb auf textile Bewehrungen, die aus synthetischen Fasern hergestellt wurden. In diesem Beitrag wird das einaxiale Zugtragverhalten von Betonbauteilen mit einer Bewehrung aus Flachsfasertextilien (beschichtete Drehergewebe) untersucht. Dafür wurden Probekörper hergestellt und geprüft, wobei die Parameter der Textilien, z. B. der Schussfadenabstand, systematisch variiert wurden. Als Referenz wurden unbewehrte Dehnkörper geprüft. Die Eignung der Flachsfasertextilien als Bewehrung für einaxial auf Zug beanspruchte Betonteile zeigt sich sowohl durch eine signifikante Erhöhung der Bruchlast im Vergleich zu unbewehrten und unterbewehrten Betonbauteilen als auch durch fein verteilte Rissbilder. Die Kurven der Spannungs-Dehnungs-Diagramme können in drei für bewehrte Dehnkörper typische Bereiche unterteilt werden (Zustand I - ungerissen, Zustand IIa - Erstrissbildung und Zustand IIb - abgeschlossenes Rissbild). Die Abgrenzung der Bereiche ist mit zunehmendem Bewehrungsgrad deutlicher.

Tensile load-bearing behaviour of concrete components with impregnated textile reinforcement made of natural fibres
Recently, the use of natural fibres as a reinforcement in composite building materials have witnessed a growing interest amongst researchers due to their ecological, economical and mechanical properties. In civil engineering, however, they have not been considered in extensive investigations or the development of design guidelines for concrete members with textile reinforcement made of synthetic fibres. In this paper, the uniaxial tensile load-bearing behaviour of concrete members reinforced with flax fibre textiles (impregnated leno fabrics) is investigated. Therefore, test specimens were casted and tested, varying parameters of the textiles, e. g., the spacing of the weft threads. For a reference, both test specimens reinforced with non-impregnated textiles and without any reinforcement were investigated. The suitability of this type of reinforcement for concrete members under uniaxial tension is shown by an increase in the ultimate load compared to members without or with less reinforcement. The curves of the stress-strain diagrams can be divided into three stages typical for reinforced tensile test specimens (state I - uncracked, state IIa - process of cracking and state IIb - completed crack pattern). The differentiation of the areas is clearer with an increasing reinforcement cross-section. Further, a finely distributed crack pattern with uniform crack widths was observed which supports the findings of the diagrams.

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Hondl, Timo; Glock, ChristianKombinierte Betrachtung von Fahrbahnqualität, Lkw-Achslasten und der Lebensdauer von BetonbrückenBeton- und Stahlbetonbau1/202336-44Aufsätze

Kurzfassung

Durch den steigenden Sanierungsbedarf von Straßenbrücken in Deutschland kommt der Planung für deren Erhalt und Neubau eine wachsende Bedeutung zu. Je genauer die vorhandenen Kenntnisse über die Einwirkungen sind, desto präziser können Prognosen der Lebensdauer eines Bauwerks sein. Dies trifft nicht nur im Brückenbau zu, auch im Automobilwesen werden im Zuge der Fahrzeugoptimierung detaillierte, zeitlich veränderliche Achslasten gemessen und simuliert. Einen besonderen Einfluss auf die ermittelten Achslasten hat die Fahrbahnqualität. Unter Verwendung dieser Daten und Simulationsmethoden ergibt sich für das Bauwesen die Fragestellung nach einem möglichen Zusammenhang zwischen Fahrbahnqualität und Lebensdauer einer Straßenbrücke. Durch höhere Anforderungen an die Fahrbahnqualität im Bereich von Brücken könnten dynamische Lasten reduziert und aufwendige Sanierungen des Tragwerks vermieden oder verzögert werden. Zur Untersuchung eines möglichen Zusammenhangs wird im Folgenden ein Vorgehen zur Bestimmung des Einflusses der Fahrbahnqualität auf die Lebensdauer von Straßenbrücken vorgestellt. Hierfür werden realitätsnahe Fahrbahnoberflächen generiert und dazu verwendet, an einem gekoppelten Bauwerk-Fahrzeug-System vereinfachte Achs- und Fahrzeugmodelle durch Fußpunktanregung in Schwingung zu versetzen. Die zeitlich veränderlichen Schnittgrößen des Bauwerks können darauf aufbauend rückgerechnet und auf ihr Schädigungspotenzial hin analysiert werden. Diese Methodik wird abschließend anhand eines Beispiels veranschaulicht. Es kann gezeigt werden, dass in diesem Fall ein deutlicher Zusammenhang zwischen Fahrbahnqualität und Lebensdauer erkennbar wird.

Combined analysis of roadway, truck axle loads and the service life of concrete bridges
The increasing need for rehabilitation of road bridges in Germany results in a growing importance of planning their maintenance and new constructions. The more accurate the knowledge about impacts is, the more precise forecasts of the service life of structures can be. This is not only relevant for bridge construction, but also for the automotive industry, where detailed, time-varying axle loads are measured and simulated with the aim of vehicle optimisation. Using these data and simulation methods, the question of a possible connection between road quality and the service life of road bridges arises for civil engineering. By setting higher requirements for the pavement quality in the area of bridges, dynamic loads could be reduced and extensive renovations of the load-bearing structure could be avoided or delayed. In order to investigate a possible correlation, a procedure for determining the influence of the pavement quality on the service life of road bridges is presented below. For this purpose, realistic road surfaces are generated and used to trigger a forced vibration at the simplified axle and vehicle models on a coupled structure-vehicle system. Based on this, the time varying internal forces of the structure can be calculated and analysed for their damage potential. Finally, this methodology is illustrated by means of an example. It can be demonstrated that in this case a clear correlation between surface quality and service life can be identified.

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Giesa, Tristan; Shirafkan, Nima; Nietznik, Martin; Rost, MarkusGanzheitliche Simulation von TurmabbrüchenBeton- und Stahlbetonbau1/202345-56Aufsätze

Kurzfassung

Bei dem kollabierenden Abbruch von turmartigen Bauwerken wie Schornsteinen, Kühltürmen oder Fernmeldetürmen abseits der “grünen Wiese”, also im Baubestand, sind für das Umfeld kritische temporäre Bauzustände zu untersuchen, die sich mit einer normgerechten Analyse nicht im Detail abbilden lassen. Zur fachgerechten, sicheren und kosteneffizienten Planung und Durchführung solcher Abbrüche ist es erforderlich, diese Zustände zu identifizieren, um u. a. auch Risiken abschätzen zu können. In diesem Beitrag wird eine Serie von modernen numerischen Methoden vorgestellt, mit der Abbruchzustände an diesen Bauwerken ganzheitlich beschrieben werden können: von der nichtlinearen Abbruchstatik über die Einsturzsimulation mit Finiten Elementen und diskreten Partikeln bis zur Schwingungssimulation. Hierbei liegt die Innovation in der Verknüpfung der Methoden zur Erlangung einer zuverlässigen Erschütterungsprognose für Abbruchprojekte. Damit können Schäden an der Infrastruktur vermieden und ein wirtschaftlicher Abbruch durch kontrollierten Kollaps oder Sprengung ermöglicht werden. An zwei konkreten Praxisbeispielen, einer Schornsteinsprengung und einem Kühlturmabbruch per kontrolliertem Kollaps, werden die Funktion und Interaktion der Simulationen erläutert.

Integrated simulation of tower demolition
The demolition of tall structures located in urban areas, such as chimneys, cooling towers or telecommunications towers can lead to the critical construction states. These conditions cannot be analyzed in detail using code oriented analysis. To plan and conduct these kinds of demolitions professionally, safely, and cost-effectively, it is necessary to know these states to assess the corresponding risks. We describe a series of modern numerical methods with which the demolition of these structures can be described holistically: from non-linear demolition statics, to collapse simulation with finite element and discrete particle, to vibration simulation. In doing so, a combination of this innovative method and other procedures is applied to obtain a reliable prediction of vibrations in demolition projects. In this way, infrastructure damages can be avoided and a cost-efficient demolition by means of collapse or explosion will be possible. The function and interaction of the simulations are explained using two concrete practical examples: explosive demolition of a chimney and controlled collapse of a cooling tower.

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Raiyan, Eman; Khorgade, Prathamesh; Hückler, Alex; Schlaich, MikeNichtlineare Ermittlung der Spannungszunahme im CFK-Spannglied eines verbundlos vorgespannten TrägersBeton- und Stahlbetonbau1/202357-68Aufsätze

Kurzfassung

Dieser Beitrag befasst sich mit der nichtlinearen Ermittlung der Spannungszunahme in Spanngliedern aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) in verbundlos vorgespannten Spannbetonträgern. Dafür wird zu Beginn ein Verfahren vorgeschlagen, anhand dessen die Spannungszunahme im Spannglied für jeden Lastschritt, vom Anfangszustand bis zum Bruchzustand, berechnet werden kann. Vom Anfangszustand bis zum Risszustand ist hierbei ein lineares Verfahren und vom Risszustand bis zum Bruchzustand ein iteratives Verfahren zielführend. Anschließend wird dieses Verfahren auf einen hypothetischen Spannbetonträger mit verbundlosen CFK-Litzen angewendet. Die daraus resultierenden Ergebnisse werden anschließend mit zwei verfügbaren Normen verglichen. Die empirische Spannungszunahme gemäß DIN EN 1992-1-1 (EC2) liegt deutlich unterhalb des in der nichtlinearen Berechnung ermittelten Werts und führt zu einer unwirtschaftlichen Bemessung der kostspieligen Spannglieder. Die Berechnung nach der kanadischen Norm (CAN/CSA-S806-02) hingegen liegt um ca. 20 % oberhalb des Werts aus der eigenen Berechnung. Zuletzt wird im Rahmen einer Parameterstudie der Einfluss aus der Menge an schlaffer Bewehrung und Spannbewehrung auf die Spannungszunahme im CFK-Spannglied untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine höhere Menge an Spannbewehrung die Spannungszunahme im Spannglied reduziert, während eine höhere Menge an schlaffer Bewehrung die Spannungszunahme erhöht.

Nonlinear analysis of the stress increase in the CFRP tendon of a unbonded prestressed beam
This article deals with the nonlinear evaluation of stress increase in unbonded carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) tendon in a post-tensioned beam. For this purpose, a method is proposed to calculate the stress increase in the tendon for each loading step from the initial state to the failure state. This method was in turn divided into two sub-methods, viz. a linear analysis dealing with the phase from initial to the cracking state and a nonlinear (iterative) analysis for the phase from cracking state to the failure. The method was then applied to a hypothetical post-tensioned concrete beam with unbonded CFRP tendon. The results obtained were subsequently compared with specific construction codes. This comparison showed no concordance with that of the empirical values suggested in DIN EN 1992-1-1 (Eurocode 2). The calculation according to the Canadian code (CAN/CSA-S806-02), on the other hand, deviated by approx. 20 % from the calculated value. At the end, a parametric study was conducted to investigate the effects of the amount of passive reinforcement and prestressing reinforcement on the stress increase in the unbonded CFRP tendon. The results showed that a higher amount prestressing reinforcement reduce the stress increase in tendon whereas an increased amount of passive reinforcement increases the stress increase.

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