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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 12/2022Beton- und Stahlbetonbau12/2022Inhalt

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 12/2022Beton- und Stahlbetonbau12/2022Titelbild

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Zum Titelbild:
Auf dem Titelbild zu sehen ist die Instandsetzung einer Zwischendecke in einem Parkhaus: Chloride aus Taumitteln waren durch einen Riss in den Beton eingedrungen und hatten Korrosion an der Bewehrung verursacht. Der chloridhaltige Beton wurde hier bereits mit Hochdruckwasserstrahlen entfernt. Die Bewehrungslage muss nun bewertet werden, bevor die Instandsetzung fortgesetzt werden kann. Gleich mehrere Beiträge in dieser Ausgabe widmen sich dem Thema Korrosion, Schäden an Stahlbetonbauten und deren Instandsetzung. (Bild: Ingenieurbüro Schiessl Gehlen Sodeikat)

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Gehlen, ChristophAus Stahl und BetonBeton- und Stahlbetonbau12/2022945Editorials

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Valcarcel, Juan Mauricio Lozano; Gehlen, Christoph; Kränkel, Thomas; Schießl-Pecka, AngelikaInstandsetzung von Tiefgaragen - Wann und warum?Beton- und Stahlbetonbau12/2022946-955Aufsätze

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Existierende Modelle zur Bewertung der Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauten erlauben es, den durch den Zuverlässigkeitsindex charakterisierten grenzzustandsbezogenen Zustand des Bauwerks während der Nutzungsdauer zu prognostizieren. Ferner kann ein fester (Grenz-)Wert für die Zuverlässigkeit definiert werden, der sich auf eine maximal akzeptable Auftretenswahrscheinlichkeit eines ausgewählten (ungewollten) Ereignisses (Grenzzustand) bezieht. Je schlechter der Zustand, desto höher die zu erwartenden Instandsetzungskosten. Gelingt es, die zu erwartenden Instandsetzungskosten in Abhängigkeit vom Zuverlässigkeitsindex zu beschreiben, könnten so Instandsetzungszeitpunkte kostenoptimal festgelegt werden. Daher wurden Gutachten mit umfangreich dokumentierten Inspektionsergebnissen und zugehörigen Kosten durchgeführter Tiefgarageninstandsetzungen analysiert. Hauptursache für die Instandsetzungen war stets chloridinduzierte Bewehrungskorrosion. Es wurden drei Näherungsmethoden zur Abschätzung der Zuverlässigkeit an Stütz- und Wandfüßen verwendet und miteinander verglichen. Die so bestimmten Bauteilzuverlässigkeiten wurden dann mit den jeweils real angefallenen Instandsetzungskosten in Beziehung gesetzt. Auf Bauwerksebene konnte zunächst kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Zuverlässigkeit und Instandsetzungskosten hergestellt werden. Auf Bauteilebene gelang dies jedoch bei einem Projekt. Dies liefert einen Ausgangspunkt zur kostenoptimierten Festlegung von Instandsetzungszeitpunkten.

Rehabilitation of parking garages - when and why?
Existing models for the evaluation of the durability of reinforced concrete structures allow to prognose the limit state condition of the structure during its service life by means of the reliability index. Furthermore, in the decision-making process, a fixed (limit) value for the reliability can be defined, which refers to a maximum acceptable probability of occurrence of a selected (undesirable) event (limit state). The worse the condition, the higher the expected rehabilitation costs. If it is possible to describe the expected rehabilitation costs as a function of the reliability index, the repair times can be determined in a cost-optimal way. Therefore, expert reports with extensively documented inspection results and associated costs of underground parking garage repairs were analyzed. The main cause of the repairs was in all cases chloride-induced reinforcement corrosion. Three approximation methods were used to estimate the reliability of column and wall bases and compared with each other. At the structure, i.e. object level, it was not possible to establish a clear relationship between reliability and repair costs. However, at the structural component level, this was achieved for a single project. This provides a starting point for cost-optimized determination of repair times.

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Fraundorfer, Andreas; Dauberschmidt, ChristophKorrosionsmonitoring in ungerissenem Stahlbeton in der Schädigungsphase - neue ForschungserkenntnisseBeton- und Stahlbetonbau12/2022956-967Aufsätze

Kurzfassung

Die durch Tausalz und Carbonatisierung hervorgerufene Korrosion von Betonstahl verursacht in Mitteleuropa jedes Jahr einen erheblichen Instandsetzungsaufwand. Der Einsatz von Korrosionsmonitoring an Stahlbetonbauwerken ermöglicht die Beurteilung, ob eine Schädigung bereits stattgefunden hat und wie schnell diese fortschreitet. So kann das Eindringen der Depassivierungsfront in ein chloridbelastetes Bauwerk festgestellt oder bei bereits stattfindender Korrosion die Größenordnung des Schädigungsfortschritts abgeschätzt werden. Somit kann durch den Einbau entsprechender Sensoren in bestehende Bauwerke der Instandsetzungserfolg nach Abschluss von Instandsetzungsarbeiten nach Verfahren 8.3 gemäß der Technischen Regel Instandhaltung von Betonbauwerken des DIBt nachgewiesen werden. Bislang gibt es jedoch kein Regelwerk für das Korrosionsmonitoring. Im Jahr 2018 wurde erstmals ein Merkblatt B12 der DGZfP veröffentlicht, das als Leitfaden dienen kann. Darüber hinaus wurde in den letzten drei Jahren in Deutschland ein breit angelegtes WIPANO-Forschungsprojekt mit dem Namen “KoMICS” mit dem Ziel durchgeführt, offene Fragen beim Korrosionsmonitoring zu beantworten. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden in eine DAfStb-Richtlinie einfließen, die sich derzeit in Bearbeitung befindet. Nachfolgend werden die relevanten Erkenntnisse der von der Hochschule für angewandte Wissenschaften München untersuchten Fragestellung zum Korrosionsmonitoring an ungerissenen Stahlbetonbauteilen in der Schädigungsphase vorgestellt.

Corrosion Monitoring in Reinforced Concrete Structures - New Research Results
Corrosion of reinforcing steel caused by de-icing salt and carbonation leads to considerable repair costs in middle Europe every year. The use of corrosion monitoring on reinforced concrete structures opens up new possibilities for interpreting whether damage has already occurred and how quickly it is progressing. Thus, the penetration of the depassivation front into a chloride-loaded structure can be determined, or, if corrosion is already taking place, the magnitude of the damage progress can be estimated. By installing appropriate sensors in existing structures, the repair success can be verified after completion of repair work in accordance with procedure 8.3 of TR IH. To date, however, there is no code of practice for corrosion monitoring. In 2018, a leaflet B12 of the DGZfP was published for the first time, which can serve as a guideline. In addition, a broad WIPANO research project called “KoMICS” on open questions on corrosion monitoring has been carried out in Germany over the past three years. The findings of this project will be incorporated into a DAfStb Guidline, which is currently being edited. Relevant findings of the investigated task part of the research project at the Munich University of Applied Sciences HM are presented below.

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Gebäudesanierung ist auch ohne Förderung wirtschaftlichBeton- und Stahlbetonbau12/2022967Nachrichten

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Osterminski, Kai; Zausinger, Christoph; Gehlen, ChristophChloridumverteilung in gerissenen und mit Prinzip 8.3 (W-Cl) instand gesetzten StahlbetonbauteilenBeton- und Stahlbetonbau12/2022968-975Aufsätze

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Die Applikation eines Oberflächenschutzsystems befahrener korrosionsgefährdeter Stahlbetonbauteile wird seit vielen Jahren im Rahmen des nach TR Instandhaltung [3] definierten Prinzips 8.3 (W-Cl) angewandt. Die damit erreichbare Wirkung dieses Instandsetzungsprinzips ist nach wie vor schwer einzuschätzen, da sowohl der zeitliche Verlauf der von verschiedenen Einflüssen abhängigen Korrosionsaktivität als auch die Chloridumverteilung infolge der Beschichtung nicht eindeutig bestimmt sind. Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf der dreidimensionalen zeitabhängigen Erfassung der Chloridumverteilung nach dreimonatiger, damit kurzzeitiger, intermittierender Tausalzkontamination bewehrter gerissener Betonbalken und anschließender Beschichtung. Nach dieser Kurzzeitexposition wurden die Risse beschichtet und über einen Zeitraum von 18 Monaten insgesamt 160 Chloridprofile aus dem chloridbelasteten Rissbereich des Betons entnommen. Die Versuchsmatrix umfasste dabei sowohl Biege- als auch Trennrisse sowie CEM-I- und CEM-III-Betone. Die tiefenabhängigen Chloridgehalte aus der Bohrmehlentnahme der baupraktisch üblichen Blindprofile (über dem Riss senkrecht gebohrt) wurden durch die Chloridgehalte der Profile entlang der nachträglich offengelegten Rissflanken bestätigt. Zusätzlich konnte senkrecht zur Rissflanke kein signifikanter Einfluss der Grenzfläche zwischen Beton und Bewehrung gegenüber unbewehrtem Beton als begünstigender oder limitierender Faktor ausgemacht werden. Da bei den meisten Profilen am Ende des Untersuchungszeitraums von 18 Monaten in unmittelbarer Nähe zum Riss immer noch Chloridgehalte über 0,5 M.-%/z. vorlagen, ist, zunächst nur Informationen zum Chloridgehalt in Betracht ziehend, aktive Korrosion nach wie vor nicht auszuschließen.

Chloride redistribution in cracked and with W-Cl repaired reinforced concrete structures
The application of a surface protection system to avoid corrosion in frequented reinforced concrete structures, has been used for many years as a part of the repair method 8.3 (W-Cl). The effectiveness of this repair method is still not clearly established, since both the course of the corrosion mechanisms and the chloride redistribution as a result of the coating have not been clearly determined. Thus, the focus of the present work tackles three-dimensional, time-dependent recording of chloride redistribution after three months of intermittent de-icing salt contamination of reinforced, cracked concrete beams and subsequent surface coating. A total of 160 chloride profiles have been collected over a period of 1.5 years. The test matrix included both bending and transverse cracks as well as CEM I and CEM III concretes. The depth-dependent chloride contents determined from drilling dust sampling of blind profiles used in construction practice were confirmed by the chloride contents of the profiles along the subsequently opened crack flanks. In addition, perpendicular to the crack flank, no significant influence of the interface between concrete and reinforcement could be identified as a favoring or limiting factor compared to plain concrete. Most of the profiles still showed chloride contents above 0.5 M.-%/c. in the immediate vicinity of the crack at the end of the investigation period of 1.5 years. From this point of view corrosion activity still cannot be excluded entirely.

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Hitzler Ingenieure Düsseldorf: Wohnbauprojekt erfolgreich an Auftraggeber übergebenBeton- und Stahlbetonbau12/2022975Nachrichten

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Wunderle-Beck, Julia; Mayer, Till Felix; Zausinger, Christoph; Gehlen, ChristophKorrosionsmonitoring zum Wirksamkeitsnachweis des Instandsetzungsverfahrens 8.3 (W-Cl)Beton- und Stahlbetonbau12/2022976-984Aufsätze

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Die Instandsetzung von chloridbedingten Korrosionsschäden an der Park- und Verkehrsinfrastruktur verursacht bundesweit jährlich Kosten von mehreren Milliarden Euro. Neben den unmittelbaren Kosten sind Instandsetzungen an Parkbauwerken in der Regel zusätzlich mit erheblichen sekundären Kosten durch Nutzungsbeeinträchtigungen und damit einhergehenden Einnahmeausfällen verbunden. Vor diesem Hintergrund besteht ein großer Bedarf an Instandsetzungsverfahren, die eine wirtschaftliche und schnelle Instandsetzung chloridbeaufschlagter Bauteile ermöglichen. Einen möglichen Lösungsansatz stellt das Instandsetzungsverfahren W-Cl gemäß RL-SIB [1] bzw. Verfahren 8.3 gemäß TR-IH [2] dar, bei dem auf einen Abtrag des chloridbelasteten Betons vollständig verzichtet wird. Allerdings ist dieses Instandsetzungsverfahren - in Abhängigkeit von den Randbedingungen - mit einem wesentlich höheren Risiko als konventionelle Instandsetzungsvarianten verbunden, weshalb seine Anwendung nach Regelwerk nur in Verbindung mit einem geeigneten Monitoringsystem zur Überwachung der Korrosionsaktivität und Verifizierung des Instandsetzungserfolgs vorgesehen ist. Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse einer Studie zur Wirksamkeit des Verfahrens 8.3 im Rissbereich an insgesamt 130 Korrosionssensoren aus fünf instand gesetzten Bauwerken dargestellt. Zunächst wird das verwendete Monitoringsystem zur Überwachung der Korrosionsaktivitäten erläutert. Im Anschluss werden verschiedene Kriterien zum quantitativen Nachweis des Instandsetzungserfolgs vorgestellt und verglichen. Abschließend werden die Daten hinsichtlich der Wirkmechanismen und der Anwendungsgrenzen des Instandsetzungsverfahrens 8.3 diskutiert.

Corrosion Monitoring as Proof of Efficiency for the Repair Method W-Cl/8.3
In Germany, the repair of parking and traffic infrastructure due to chloride-induced reinforcement corrosion causes annual costs of some Billion Euros. In addition, in the case of parking structures further significant costs will arise from use restrictions and loss of earnings during this time. Therefore, there is a growing need for both fast and economic repair measures for chloride-induced reinforcement corrosion. One possible approach is the repair method W-Cl according to RL-SIB [1] or method 8.3 according to TR-IH [2] respectively, for which no chloride-contaminated concrete needs to be removed. However, this repair method has a significantly higher risk of failure than conventional concrete repair methods and consequently, it can only be carried out in combination with an adequate corrosion monitoring system. In this report a study on the effectiveness of repair method 8.3 is presented which is based on the results of 130 corrosion sensors from five different reference objects. The sensor setup for corrosion monitoring is explained and different criteria for the assessment of the effectiveness are presented and compared. Finally, the data is analyzed with respect to the mechanism of action and limitations of the repair method.

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Haynack, Alexander; Timothy, Jithender; Kränkel, Thomas; Gehlen, ChristophFrost-Tausalz-Widerstand von Mörtel: Einfluss der Expositionsbedingungen im jungen AlterBeton- und Stahlbetonbau12/2022985-997Aufsätze

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Das Porensystem im Beton, bestehend aus Gel- und Kapillarporen, beeinflusst dessen Wasseraufnahmefähigkeit und so direkt auch den Frost-Tausalz-Widerstand. Unterschiedliche Expositionsbedingungen im jungen Alter des Betons haben dabei einen ausgeprägten Einfluss auf die Ausbildung des Porensystems. Um die Rolle der Vorkonditionierung auf das sich ausbildende Porengefüge und so den Frost-Tausalz-Widerstand von Beton zu klären, wurden Proben bei unterschiedlichen relativen Luftfeuchten vorkonditioniert und anschließend gemäß dem CDF-Test untersucht. Es wurde festgestellt, dass der Frost-Tausalz-Widerstand von Proben mit einem Wasserzementwert von 0,40 maßgebend vom oberflächennahen Hydratationsgrad abhängt. Dieser variierte aufgrund der unterschiedlichen Luftfeuchten bei der Vorkonditionierung. Ausschlaggebendes Kriterium für den Frost-Tausalz-Widerstand der Proben mit einem Wasserzementwert von 0,55 stellt, bedingt durch das bei diesem w/z ausgeprägte Kapillarporensystem, der Grad der Wassersättigung dar. Proben mit einem besonders ausgeprägten Kapillarporensystem besaßen sehr hohe Abwitterungsbeträge. Abschließend wird ein auf einem künstlichen neuronalen Netz basierendes Prognosemodell vorgestellt. Dieses ist in der Lage, die Abwitterung von Mörteln im CDF-Versuch anhand von Feuchtigkeitsmessungen vor einer Frost-Tau-Beanspruchung zu prognostizieren.

Effect of preconditioning on the freeze-thaw resistance of concrete
The pore system in concrete, consisting of gel and capillary pores, influences its water absorption capacity and thus directly also the freeze-thaw resistance. Different exposure conditions in the young age of concrete have a significant influence on the formation of the pore system. To clarify the role of preconditioning on the forming pore structure and thus the freeze-thaw resistance of concrete, specimens were preconditioned at different relative humidities and then tested according to the CDF test. It was found that the freeze-thaw resistance of specimens with a water-cement ratio of 0.40 depended significantly on the degree of hydration near the surface. This varied due to the different humidities during preconditioning. The decisive criterion for the freeze-thaw resistance of the specimens with a water-cement ratio of 0.55 is the degree of water saturation due to the distinctive capillary pore system of this w/c. The degree of water saturation of the specimens with a water-cement ratio of 0.55 is also a decisive criterion for the freeze-thaw resistance. Specimens with a particularly distinct capillary pore system possessed very high amounts of weathering. Finally, a prediction model based on an artificial neural network is presented. This model is able to predict the weathering of mortar samples in the CDF test on the basis of moisture measurements before freeze-thaw exposure.

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Markowski, Jan; Meyer, Max; Haist, Michael; Lohaus, LudgerDuktilitätssteigernde Bewehrungssysteme für fließgefertigte Stabelemente aus UHFBBeton- und Stahlbetonbau12/2022998-1007Aufsätze

Kurzfassung

Um schneller, leichter und präziser mit Beton bauen zu können, wurde ein neues, modulares Baukonzept auf Basis ultrahochfester Betone (UHFB) erforscht und entwickelt, das ein besonders vorteilhaftes Verhältnis von Axialdrucktragfähigkeit und Eigengewicht aufweist [1]. Um dieses, als wickelverstärktes UHFB-Hybridrohr bezeichnete Stabelement in einem automatisierten Strangpressverfahren fertigen zu können, muss ein neuartiges Bewehrungskonzept ohne übliche Stahlbewehrung entwickelt werden. Im Extrusionsprozess wird ein stützendes inneres Stahlrohr im Strangpressverfahren mit UHFB ummantelt und zusammen mit dem UHFB vorgeschoben. Anschließend wird eine duktilitätssteigernde Umschnürungsbewehrung in einem automatisierbaren Verfahren von außen auf die Oberfläche der Bauteile appliziert. Da im Versagensfall UHFB-Bruchstücke die CFK-Bewehrung schädigen, wird in diesem Aufsatz untersucht, mit welchem Schutzschicht/Bewehrungssystem ein duktiles Bauteilverhalten für axialdruckbeanspruchte Stabtragwerke erreicht werden kann. Dazu wurden unterschiedliche textile Bewehrungsschichten auf UHFB-Probekörper appliziert und ihr Einfluss auf das Tragverhalten der Bauteile unter besonderer Berücksichtigung der Duktilität und Resttragfähigkeit nach Überschreiten der Maximallast ermittelt. Eine Kombination aus Aramidgewebe und Kohlenstofffasergelege zeigte in experimentellen Untersuchungen ein günstiges Tragverhalten mit quasiduktilem Verformungsvermögen.

Ductility-increasing reinforcement systems for fabricated column elements made of UHFB
In order to build faster, lighter and more precisely with concrete, a new modular construction concept based on ultra-high performance concrete (UHPC) was investigated, which has a highly advantageous ratio of axial compression load-bearing capacity and dead weight [1]. In order to enable proper manufacturing of this column element, which is referred to as a winding-reinforced UHFB hybrid tube, in an automated extrusion process, a novel reinforcement concept has to be developed without the usual steel reinforcement. In an extrusion process, a supporting inner steel tube is encased with UHPC and advanced together with the UHPC. Subsequently, a ductility-enhancing confinement reinforcement is applied to the surface of the components from the outside in a process that can be automated. As UHPC fragments damage the CFRP reinforcement in case of failure, this paper investigates which protective layer/reinforcement system can be used to achieve ductile component behavior for beam structures subjected to axial compression. For this purpose, different textile reinforcement layers were applied to UHPC specimens and their influence on the load-bearing behavior of the components was determined with special consideration of ductility and residual load-bearing capacity after exceeding the maximum load. A combination of aramide fabric and carbon fiber textile showed favorable load-bearing behavior with enhanced quasi-ductility in experimental investigations.

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Schulze, SebastianRadiographie im Bauwesen - Einsatzmöglichkeiten in der Praxis im Rahmen der ZfPBauBeton- und Stahlbetonbau12/20221008-1017Berichte

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Die Durchstrahlungsprüfung ist in der klassischen Materialprüfung aus guten Gründen seit Jahrzehnten etabliert, bietet sie doch als einziges zerstörungsfreies Verfahren die Möglichkeit einer direkten Bildgebung des Innern von Schweißnähten, Guss- und Werkstücken. In der Zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen (ZfPBau) wird das Verfahren bislang nicht systematisch angewandt, obwohl sich dank Weiterentwicklungen insbesondere im Bereich der digitalen mobilen Radiographie viele praktische Einsatzmöglichkeiten anbieten. Qualitätssicherung im Neubau, Schadensbewertung im Bestand oder die noninvasive Untersuchung von Spannbeton und Denkmalschutzbauten - die Palette ist breit gefächert. Mit der Radiographie ist eine eindeutige Abbildung, Vermessung, Tiefenlagenbestimmung und Identifikation von Einbauteilen, Bewehrungs- und Spannstahl möglich. Die zielführende Untersuchung von Rissen im Beton oder von Restquerschnitten korrosiver Bewehrung ist ebenfalls denkbar und kann Stoff zukünftiger Forschungsarbeiten sein. Dieser Beitrag umreißt die Grundlagen, Möglichkeiten und Grenzen der Radiographie im Bauwesen und belegt anhand von Beispielen das Potenzial für den praktischen Einsatz in der Bauwerksdiagnostik.

Radiography in civil engineering - practical applications of RT in NDT-CE
Radiographic Testing (RT) has been a proven testing method in NDT for decades. This is because RT is the only method providing direct imaging of the inner structure of welds, castings, and workpieces. However, radiography is widely unknown in the field of non-destructive testing in civil engineering (NDT-CE) in Germany - although great progress has been made in the last decades, especially in the field of digital imaging and mobile applications. This allows for many practical testing tasks, e. g. on-site quality assurance, damage assessment, and non-invasive investigation of buildings under a preservation order. In general, RT allows for identification, size and depth determination of reinforcement, tendon ducts and other components. Investigation and evaluation of cracks and corroding steel should be possible as well and may be the aim of future research work. This paper outlines basics, possibilities and limitations of radiography in civil engineering and shows its potential basing on practical applications.

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Wohnhaus im Vorarlberger Rheintal mit Unikat verkleidetBeton- und Stahlbetonbau12/20221017Nachrichten

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell 12/2022Beton- und Stahlbetonbau12/20221019-1026Beton- und Stahlbetonbau aktuell

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Persönliches:
Udo Wiens 60 Jahre

Nachrichten:
Studie zur Ressourcenschonung in der Zement- und Betonherstellung
Zukunftsweisende Projekte des Bauingenieurwesens ausgezeichnet
Erhalt der historischen Brücken im Ahrtal ist machbar
FDB-Arbeitskreise KOMPAKT 2022 in Würzburg
Neue Umbaukultur - damit der Paradigmenwechsel im Bausektor gelingt
Brückenbautage 2022 in Düsseldorf
Erste Ergebnisse aus Projekten mit Allianzverträgen
Dank

Tagungen & Veranstaltungen:
Einreichen für Jahrbuch Ingenieurbaukunst 2024

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBeton- und Stahlbetonbau12/20221027Veranstaltungskalender

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Titelbild: Stahlbau 12/2022Stahlbau12/2022Titelbild

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Zum Titelbild:
In dem Beitrag wird für das Bauvorhaben Neuer Kanzlerplatz in Bonn die mehrgeschossige Abfangkonstruktion des auskragenden Hochhausteils einschließlich der vier gevouteten Mega-Foyerstützen mit rautenförmigem Grundriss als architektonisches Highlight beschrieben. Dabei werden Besonderheiten in Fertigung, Montage und Brandschutz sowie die Beeinflussung dieser Herstellschritte auf die konstruktive Konzeption und Planung aufgezeigt (Quelle: s+v). Bericht: Sauerborn, N. et al., S. 762.

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Inhalt: Stahlbau 12/2022Stahlbau12/2022Inhalt

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Lange, JörgVerbundbau + VerbindungenStahlbau12/2022761Editorials

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Sauerborn, Norbert; Krug, Telja; Lang, Christian; Hartmann, Sabine; Zimmermann, LeroyNeuer Kanzlerplatz Bonn mit herausfordernder AbfangkonstruktionStahlbau12/2022762-771Berichte

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Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Repräsentative Foyerbereiche stellen durch ihren architektonischen Anspruch hinsichtlich Querschnittsausbildung und Stützenform hohe Anforderungen an die Planung und Ausführung von exponierten, oftmals mehrgeschossigen Stützen. Besonders spannend werden diese Aufgaben, wenn diese Stützen als Lastsammler für aufgehende Geschosse bei gleichzeitiger Vergrößerung des Stützenrasters eingesetzt werden. Im Folgenden wird für das Bauvorhaben Neuer Kanzlerplatz in Bonn die mehrgeschossige Abfangkonstruktion des auskragenden Hochhausteils einschließlich der vier gevouteten Mega-Foyerstützen mit rautenförmigem Grundriss als architektonisches Highlight beschrieben. Dabei werden Besonderheiten in Fertigung, Montage und Brandschutz sowie die Beeinflussung dieser Herstellschritte auf die konstruktive Konzeption und Planung aufgezeigt.

Neuer Kanzlerplatz Bonn with a challenging interception structure
Due to their architectural demands in terms of cross-sectional design and column shape, exposed multi-storey columns in representative foyer areas set high demands on planning and execution. These tasks become particularly exciting when these columns are used as load collectors for rising storeys with simultaneous enlargement of the column grid. In the following, the multi-storey interception structure of the cantilevered part of the high-rise building is described for the building project Neuer Kanzlerplatz in Bonn including the four haunched mega foyer-columns with a rhombic cross-section as an architectural highlight. Special features in fabrication, assembly and fire protection as well as the influence of these production steps on the structural conception and design are explained.

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Revision of EN 1993-1-1 - Design rules for structural analysis, cross-sectional resistance and member bucklingStahlbau12/2022771Empfehlungen der Redaktion

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Kuhlmann, Ulrike; Stempniewski, Lena; Ziwes, Maximilian; Ruopp, JakobBemessungsmodell für Kopfbolzen als Verbundmittel unter zusätzlicher ZugbeanspruchungStahlbau12/2022772-783Aufsätze

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Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Kopfbolzen werden als Verbundmittel in der Verbundfuge zwischen Stahl und Beton primär auf Schub beansprucht. Folglich wurde zunächst in den Bemessungsregeln eine Zugbeanspruchung der Kopfbolzen nicht explizit berücksichtigt. Im Fall von Konstruktionen mit randnahen Kopfbolzen, wie z. B. im Verbundbrückenbau, werden die Kopfbolzen u. U. zusätzlich auf Zug beansprucht. Für randnahe Kopfbolzen wird in aktuellen Bemessungsregeln ein durch eine Zugbeanspruchung verursachtes mögliches Versagen durch Herausziehen durch Vorgabe von verschiedenen geometrischen Randbedingungen verhindert, sodass rechnerisch teilweise sehr lange Kopfbolzen erforderlich sind, was zu unwirtschaftlichen oder nicht praktikablen Einbindelängen der Kopfbolzen führt. Da inzwischen für die Regelungen der Befestigungstechnik mit DIN EN 1992-4 eine eigene europäische Norm existiert, bezieht sich der kommende Eurocode 4 bei der Bemessung zugbeanspruchter Kopfbolzen in Verbundträgern darauf. Die Befestigungstechnik erlaubt eine direkte Bemessung der Kopfbolzen unter Zugbeanspruchung für verschiedene Versagensarten unter Berücksichtigung des Einflusses der Bewehrung und der Betonfestigkeit. Dieser Idee folgend, wird in diesem Beitrag ein Bemessungsmodell für Kopfbolzen im Verbundbau unter Schub- und zusätzlicher Zugbeanspruchung auf Grundlage von experimentellen und numerischen Untersuchungen unter Einbeziehung neuerer Entwicklungen in der Befestigungstechnik vorgestellt.

Design model for headed studs as shear connectors under additional tensile loading
Headed studs are primarily subjected to shear when used as shear connectors in usual steel-concrete composite structures. Consequently, initial design rules for shear connectors in composite structures did not address tensile forces directly. In case of horizontally lying headed studs embedded in a thin concrete slab such as in composite bridges, the headed studs may be subjected to tensile forces. For horizontally lying studs, current design rules consider a possible failure caused by a tensile load due to pull-out by specifying geometric boundary conditions. As a consequence, relatively long shear connectors are required, which lead to uneconomical or impractical embedment lengths of the shear connectors. As meanwhile European code rules for fasteners under shear and tension (EN 1992-4) have been developed, the upcoming Eurocode 4 refers to them for the design of shear connectors under combined tension and shear in composite structures. The fastening technology allows a direct design for tensile loading for different failure mechanisms, considering the influence of the reinforcement and concrete strength. Following this idea, this paper presents a design model for shear connectors in steel-concrete composite structures under additional tensile loading based on experimental and numerical investigations considering recent developments in fastening technology.

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Enhancing structural design with a parametric FEM toolboxStahlbau12/2022783Empfehlungen der Redaktion

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Blau, Nick; Naujoks, BerndUntersuchungen zur Steifigkeit von Querrahmenanschlüssen bei VerbundbrückenStahlbau12/2022784-792Aufsätze

Kurzfassung

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Zur Minimierung der Profilverformung werden Verbundbrücken durch ihr Quersystem ausgesteift. Bei Verbundbrücken mit einem begehbaren Hohlkastenquerschnitt wird dieses i. d. R. durch einen Querrahmen ggf. mit Innen- bzw. Außendiagonalen gebildet. Bei der Bemessung des Quersystems ist die Annahme eines gelenkigen Anschlusses zwischen Querrahmen und Fahrbahnplatte praxisüblicher Standard. Eine Querbiegetragfähigkeit der Verbundfuge wird mangels fehlender Bemessungsregeln bzw.-modelle nicht in Rechnung gestellt. Da aufgetretene Schadensfälle zeigen, dass diese Annahme im Grenzzustand der Ermüdung auf der unsicheren Seite liegen kann, wird in den nachfolgenden Ausführungen ein praxistaugliches Berechnungsmodell vorgestellt, über welches sich die Anschlusssteifigkeit realistisch erfassen lässt. Die Plausibilität des entwickelten Modells wurde im Rahmen einer Monitoringmaßnahme an der Talbrücke Ganslandsiepen überprüft.

Investigations on the stiffness of cross frame connections in composite bridges
Composite bridges are stiffened by their cross system to minimize their profile deformation. In the case of composite bridges with an accessible box girder, this is usually formed by a transverse frame with internal or external diagonals. For the design of the cross system, it is common practice to assume a hinged connection between the cross frame and the deck slab. The composite joint's transverse bending load capacity is not considered due to the lack of design rules or models. Since cases of damage have shown that this assumption can be on the unsafe side in the fatigue limit state, a practical calculation model is presented, which allows the realistic consideration of the connection stiffness. The plausibility of the developed model was tested within a monitoring measure at the Ganslandsiepen viaduct.

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Reinheimer, Jan; Lange, JörgUntersuchungen zur Grenzvorspannkraft von hochfesten SchraubengarniturenStahlbau12/2022793-800Aufsätze

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Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
In DIN EN 1090-2 ist für vorgespannte Schraubverbindungen eine nachträgliche Kontrolle der Montage vorgeschrieben - so sind vorgespannte Schrauben u. a. auf Überanziehen zu überprüfen. Wird eine Schraube als zu hoch vorgespannt eingestuft, kann dies dazu führen, dass die gesamte Schraubengruppe ausgetauscht werden muss. Neben den hohen Kosten für den Austausch bedeutet dies oft, dass weitere Arbeiten vorübergehend gestoppt werden müssen. Es fehlt jedoch an wissenschaftlichen Erkenntnissen über die tatsächliche Auslastung der als überdreht klassifizierten Schraube. Um Garnituren hinsichtlich einer zu hohen Vorspannung zu beurteilen, definiert DIN EN 1090-2 für das kombinierte Verfahren eine maximale Überschreitung des vorgegebenen Weiterdrehwinkels. Durch experimentelle Untersuchungen an HV-Schrauben der Durchmesser M16 und M20 mit unterschiedlichen Längen konnte gezeigt werden, dass überelastische Vorspannkräfte erst ab Einschnürungsbeginn einen signifikanten Einfluss auf das Tragverhalten haben. Die Bewertung vorgespannter Schrauben hinsichtlich eines Überanziehens, wie sie in DIN EN 1090-2 angegeben wird, scheint zu pauschal und für die bisher untersuchten Schraubendurchmesser und -längen zu konservativ zu sein.

Investigations of the limit preload force of high-strength bolt and nut assemblies
In DIN EN 1090-2, the decisive specifications, for preloaded bolts a subsequent control of the assembly is specified. Among others, preloaded bolts have to be checked for overtightening. If a bolt is classified as overtightened, this can result in the entire bolt group having to be replaced. In addition to the high cost of replacement, this often means that further work has to be temporarily halted. However, there is a lack of knowledge about the degree of utilization of the bolt defined as overtightened. In order to assess the bolts with regard to overtightening, DIN EN 1090-2 gives a maximum exceeding of the specified angle of further rotation for the combined method. Experimental investigations on bolts of diameters M16 and M20 with different lengths showed that overelastic preloading forces only have a significant influence on the load-bearing behavior from the onset of necking. The evaluation of prestressed bolts with regard to overtightening, as specified in DIN EN 1090-2, seems to be too general and too conservative for the bolt diameters and lengths investigated so far.

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Zanon, Riccardo; Schäfer, Markus; Ruiz, Gonzalo; De La Rosa, Ángel; Zhang, QingjieSteel-fibre reinforced concrete in composite structures as a mean to increase resistance and ductility - Outlook in a new generation of composite structuresStahlbau12/2022801-811Aufsätze

Kurzfassung

In honor of the jubilarian Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz
Steel-fibre reinforced concrete is a well-known material used for decades for industrial floorings, shotcrete, or other specific applications. Its use is now spreading in structural applications as a complement or a substitute for conventional bar-reinforced concrete since the normative framework is ready to provide design approaches for several concrete applications. Nevertheless, some adaptations are needed for implementing steel-fibre reinforced concrete in the design approach for steel-concrete composite structures whereby complementary aspects need to be considered. In this field, besides the increase of tensile properties and durability of the concrete member, a very important contribution may be given by the increase of the concrete ductility in compression. This property is conferred by the steel fibres which provide a confinement effect increasing the plastic damage that the concrete matrix can absorb. If this property is widely accepted, its benefits are limited for the design of conventional concrete sections. Conversely, for composite sections, the possibility to reach higher strains in compression means ensuring full exploitation of the strength capacity of structural steel. Besides reaching an optimisation of already in-use cross-sections, this new material combination enhances the use of higher structural steel strengths in composite structures.

Steigerung der Tragfähigkeit und Duktilität für Verbundkonstruktionen aus Stahl und Beton durch Anwendung von Stahlfaserbeton - eine neue Generation von Verbundtragwerken
Stahlfaserbeton ist ein bekanntes Baumaterial, welches seit Jahrzehnten für Industrieböden, Spritzbeton oder andere spezifische Anwendungen zum Einsatz kommt. Seine Verwendung verbreitet sich mehr und mehr als Ergänzung oder Ersatz für den konventionell stabbewehrten Beton. Das zukünftige europäische normative Regelwerk im Massivbau wird dem Tragwerksplaner Berechnungsmethoden bereitstellen, um die Grenzen in der Bemessung weiter auszudehnen und neue Anwendungen zu ermöglichen. Für den Einsatz im Bereich der Verbundtragwerke aus Stahl und Beton leistet der stahlfaser-bewehrte Beton einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Zugfestigkeit und Dauerhaftigkeit. Darüber hinaus werden aber auch signifikante Auswirkungen bezogen auf die Duktilität des Betons im überdrückten Bereich im Vergleich zum Normalbeton festgestellt. Durch die Stahlfasern werden Umschnürungseffekte im Beton erzielt und das plastische Niveau in der Spannungs-Dehnungslinie des Werkstoffs einhergehend mit einer deutlichen Steigerung der Grenzdehnungen ausgedehnt. Dies unterstreicht einen wesentlichen Vorteil des Einsatzes von Stahlfaserbeton. Gemäß dem Entwurf der neuen Normengeneration prEN1992-1-1 wird es möglich sein, diese spezifischen Eigenschaften planmäßig in der Bemessung zu erfassen. Dadurch lassen sich neue Möglichkeiten für den Verbundbau ableiten, für den die Duktilität der Werkstoffe grundsätzlich, aber besonders für den Einsatz hochfester Baustähle, von großer Bedeutung ist.

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