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In vielen Verbundkonstruktionen sind die Verbundmittel zwischen Stahl und Beton weder einer reinen Schub- noch einer reinen Zugbeanspruchung ausgesetzt, sondern werden durch kombiniert angreifende Zug- und Schubkräfte belastet. Während das Tragverhalten von Kopfbolzendübeln unter kombinierten Lasten umfänglich erforscht wurde und anhand von Modellen zuverlässig beschrieben werden kann, ist die kombinierte Beanspruchung von Verbunddübelleisten bisher weitestgehend ungeklärt. Zum Nachweis von Verbunddübelleisten unter kombinierten Zug-Schub-Lasten reichen die vorhandenen Bemessungsansätze für den reinen Schub und den reinen Zug nicht aus. Vielmehr ist die Interaktion beider Beanspruchungen durch Modelle zu erfassen. Im vorliegenden Beitrag werden daher systematische Untersuchungen zur Zug-Schub-Interaktion von Verbunddübelleisten vorgestellt. Anhand von Versuchen in einem neu entwickelten Versuchsstand und FE-Berechnungen wird das Tragverhalten von Verbunddübelleisten unter kombinierten Lasten analysiert und ein Modellansatz zur Beschreibung der Zug-Schub-Interaktion hergeleitet.

Pull-out and Shear Interaction of puzzle-shaped Composite Dowels
In many composite structures, the shear connectors are neither exposed to pure shear loading nor to pure pull-out forces, but loaded by a combination of both. While the structural behavior of headed studs under combined actions has been extensively investigated, and can be reliably described by models, the combined loading of composite dowels has so far been largely unexplained. The existing design approaches for shear and pull-out of composite dowels are inadequate for the design of combined actions. However, the interaction of pull-out and shear forces is to be considered. Therefore, the present paper presents systematic studies on the interaction between tension and shear of composite dowels. On the basis of tests in a novel setup and FE calculations, the load-bearing behavior of composite dowels under combined actions is analyzed and a model approach for the determination of the pull-out and shear interaction is derived.

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Der Fortschritt im Bauingenieurwesen ist eng mit dem Aufkommen neuer Materialien verknüpft. Werkstoffe wie Eisen und Stahl, der moderne Stahlbeton und der Spannbetonbau haben die Baukultur seit dem Beginn der Industrialisierung maßgeblich verändert. Seit den 1990-er Jahren werden mit Kohlenstofffasern verstärkte Kunststoffe (CFK) für eine steigende Anzahl von Anwendungen im Bauwesen verwendet.
Im Artikel finden sich neben einer Einleitung zu den Eigenschaften dieses Hochleistungswerkstoffs eine Zusammenstellung des Entwicklungsstands von Zugelementen aus CFK und den dazugehörigen Verankerungen. Zugelemente aus CFK haben großes Potenzial für leichte und weitgespannte Konstruktionen wie Seilbrücken und Dachkonstruktionen. Daher wird an der TU Berlin auf dem Gebiet der werkstoffgerechten Ausbildung von CFK-Zugelementen geforscht.

CFRP Tension Elements and Their Anchorages
Progress in civil engineering is highly connected to the appearance of new materials. The materials iron and steel, reinforced concrete and prestressed concrete have been influencing the building culture since the beginning of industrialization. From the 1990s carbon fiber reinforced plastics (CFRP) experience an increasing use for structural application.
This article gives an introduction to the properties of this high-performance material and presents the state of the art of CFRP tension elements with their corresponding anchorages. CRFP tension elements have high potential for lightweight and wide spread constructions like cable bridges and suspended roofs. Therefore the appropriate design regarding the material of CFRP tension elements is investigated at the Technical University of Berlin.

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Es wird über die technische Entwicklung von Stahlseilen für den Einsatz im Brückenbau berichtet. Es wird insbesondere eine neue Entwicklungslinie mit pralleldrahtigen Bündeln beschrieben, die die Zugfestigkeit der Drähte im Gegensatz zu den spiralartig umschlossenen Seilen besser ausnutzt. Hierzu musste eine neue Verankerungstechnik am Seilende entwickelt werden. Paralleldrahtseil und Verankerung wurde deshalb umfangreichen statischen und dynamischen Versuchen unterzogen.

Es werden mechanische Modelle für die Bestimmung des maximal aufnehmbaren Zugkraftzuwachses und der Ermittlung des maßgebenden Biegerißbildes vorgestellt. Die Kombination beider Modelle führt mit dem Teilsicherheitskonzept der neuen Normengeneration zu Ansätzen, welche die Überprüfung des Zugkraftaufbaus im gesamten querkraftbeanspruchten Bereich eines klebearmierten Biegeträgers und somit eine sichere und wirtschaftliche Bemessung ermöglichen.

Treten mehraxiale Spannungszustände im Beton auf, haben diese einen signifikanten Einfluss auf das Materialverhalten. Neben der festigkeitssteigernden bzw. festigkeitsmindernden Wirkung beeinflussen derartige Spannungszustände auch das Spannungs-Dehnungs-Verhalten maßgeblich. Zur Ermittlung des Materialverhaltens von Beton unter mehraxialer Beanspruchung ist es daher notwendig, experimentelle Untersuchungen durchzuführen. Im Rahmen von mehraxialen Zug-Druck-Druck-Versuchen an Ultrahochleistungsbeton wurde festgestellt, dass es bei Spannungsverhältnissen mit kleinen Zug- und großen Druckbeanspruchungen zu einem randnahen Versagen der Probekörper bzw. zu einem Ablösen der Zugkrafteinleitung an der Probekörperoberfläche kommt. Durch theoretische Überlegungen konnte gezeigt werden, dass die dabei erzielten Festigkeiten nicht den tatsächlichen Festigkeitswerten des Materials entsprechen können und eine Verbesserung der Ausbildung der Zugkraftübertragung vorgenommen werden muss. Nach der Entwicklung einer neuen Zugkrafteinleitungsmethode ergaben sich signifikant höhere mehraxiale Festigkeitswerte, die auch die theoretisch festgelegte Grenze überschreiten, welche anhand von Versuchswerten, bei denen eindeutig ein Materialversagen vorlag, definiert wurde.

Tension load transfer to concrete at multiaxial loading tests
Multiaxial stress states have a significant influence on the material behaviour of concrete. Besides a strength increasing or decreasing effect, such stress states lead to changes of the stress-strain-behaviour. For the investigation of the material behaviour of concrete under multiaxial loading it is necessary to conduct experimental studies. Within the scope of multiaxial tests with ultra high performance concrete with small tension in the one and high compression loads in the other two directions it was observed, that the concrete failed close to the surface where the tensile force was initiated or, respectively, that the load transfer device detach from the specimen's surface. Because of theoretical consideration it was clear, that the achieved strength values at the tests couldn't be the “real” material strength values. Therefore, the method of tension load transfer had to be improved. After the development of a new tension load transfer method, significant higher strength values could be obtained at the tests. These values also pass the theoretically prescribed limit for “real” material strength, which was determined on experimental strength values where clearly material failure occurred.

Für Seile im Bauwesen werden unlösbare Seilendverbindungen, wie Vergüsse und Preßfittinge, eingesetzt. Die Preßfittinge zeichnen sich durch eine elegante Formgebung mit zahlreichen Anschlußmöglichkeiten aus. Seile werden im Bauwesen vorwiegend statisch, aber auch dynamisch zugschwellbeansprucht. Für offene Spiralseile (OSS) mit unterschiedlichen Endverbindungen liegen bereits vereinzelte Zugschwelluntersuchungen vor. Aufgrund uneinheitlicher Auswertungsmethoden können diese jedoch nicht ohne weiteres auf andere Seilkonstruktionen und Endverbindungen übertragen werden. Hinzu kommt, daß die zulässigen Schwingweiten nur für bestimmte Konstruktionen in Normen festgelegt sind. Bei den vermehrt eingesetzten Preßfittingen (auch Bolzenverpressungen genannt) ist zunächst unklar, wie groß die ertragbaren schwingenden Beanspruchungen (Mittellast und Schwingweite) in Abhängigkeit von Seil- und Bolzenwerkstoffen sowie Preßparametern sind.
Einen großen Einfluß auf das Ermüdungsverhalten von Seilzuggliedern hat u. a. die Wahl der Seilendverbindungen. In diesem Aufsatz wird über die Ergebnisse des AiF-Forschungsprojekts (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen “Otto von Guericke” e.V.) “Vergleich der Zugschwelleigenschaften von Bolzenverpressungen für Stahlseile mit unterschiedlichen Werkstoffen” berichtet.

Im Gegensatz zur einaxialen Betondruckfestigkeit, die sich relativ einfach an Zylindern oder Würfeln ermitteln lässt, ist die Erfassung der zentrischen Betonzugfestigkeit wesentlich aufwendiger, da die Lasteinleitung mit Schwierigkeiten verbunden ist. Daher bietet sich die indirekte Ermittlung der zentrischen Zugfestigkeit über einen Biegezugversuch an. In diesem Fall muss jedoch die im Biegezugversuch bestimmte Kraft-Verformungs-Kurve in eine Zugspannungs-Dehnungs-Linie umgerechnet werden. Um das Zugspannungs-Dehnungs-Verhalten von ultrahochfestem Faserbeton (UHPFRC) zu untersuchen, wurden am iBMB, Fachgebiet Massivbau der TU Braunschweig, 4-Punkt-Biegeversuche mit Standard-Biegebalken 15/15/70 cm aus ultrahochfestem Fein- oder Grobkornbeton mit unterschiedlichen Faserschlankheiten und -gehalten durchgeführt. Aufbauend auf den Versuchsergebnissen wurde, in Anlehnung an die DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton, eine Zugspannungs-Dehnungs-Beziehung für UHPFRC hergeleitet und mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) validiert.

Tensile Stress-Strain Relationship for UHPFRC on the basis of DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton
The concrete compressive strength can be easily determined by using cylinders or cubes, whilst determing the axial concrete tensile strength is much more complex due to its load instruction. Therefore, the axial tensile strength can be determined indirectly by bending test. In this case, however, the load-displacement curve determined of the bending test has to be converted into a tensile stress-strain curve. In order to analyse the tensile stress-strain behavior of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC), the iBMB, Division of Concrete Construction of the TU Braunschweig, has conducted 4-point bending tests with standard bending beams 15/15/70 cm made of UHPFRC-mortar or UHPFRC-concrete which differed in fiber slenderness and fiber content. A tensile stress-strain relation for UHPFRC based on the DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton was derived from the experimental results and finally validated by applying the finite element method (FEM).

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Es werden Versuche zur Ermittlung des Zugtragverhaltens an Betonkörpern mit unterschiedlichen Abmessungen unter mittiger und ausmittiger Zugbeanspruchung beschrieben.

Über den Einfluß der Zugvorbelastung auf die Zugfestigkeit im einaxialen verformungsgesteuerten Zugversuch.

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.

Für die breite Anwendung von Carbonbeton als konstruktiven Baustoff ist die Kenntnis der Materialkennwerte und des Materialverhaltens unter verschiedenen Expositionsbedingungen, also auch unter Hochtemperaturbeanspruchung von großer Bedeutung. Vor allem muss eine ausreichende Sicherheit gegenüber dem Versagen eines Bauteils im Brandfall gewährleistet werden. Hierzu ist der Wissensstand allerdings noch äußerst lückenhaft. Ausgehend von dieser Fragestellung wurde das Zugverhalten der aktuell für die Anwendung aussichtsreichsten Materialkombinationen bis zu einer Temperatur von 600 °C untersucht. Im vorliegenden Beitrag wird ein Überblick über das Versuchsprogramm und die Versuchsdurchführung gegeben. Es wird hierbei auch auf die Möglichkeiten chemischer Untersuchungen am Bewehrungsmaterial unter Hochtemperatur sowie den verwendeten Versuchsaufbau für die Zugprüfung eingegangen. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse dargestellt, diskutiert und eingeordnet.

Load-bearing behaviour of carbon reinforced concrete under tensile and high temperature stress
For a wider range of possible applications of carbon reinforced concrete as a building material, the material properties are also under high temperatures important. In order to guarantee the safety of building component in case of fire, the material behaviour must be known under this exposure. Based on this question, the currently most promising material combinations up to a temperature of 600 °C were investigated with regard to their tensile behaviour. In particular, the possibilities of chemical investigations on the reinforcement material and their effects on the tensile strength under high temperature as well as the test setup used for the tensile test are dealt with. Finally, obtained the results are presented, discussed and classified.

Kranbahnträger, die gelenkig auf Stützen aufgelagert sind, weisen häufig konstruktive Zugverankerungen gegen Abhebekräfte in Form von vertikalen Schrauben zwischen Trägeruntergurt und Stützenkopf auf. Bei Kranüberfahrt führt die vertikale Trägerdurchbiegung auch zu Auflagerverdrehungen. Die dadurch bedingten Relativverformungen zwischen Trägeruntergurt und Stützenkopfplatte führen zu außergewöhnlich hohen Zwängungsbeanspruchungen dieser Schrauben, wie anhand der FEM-Analyse eines Beispiels dargestellt wird. Für die Abschätzung der Zwängungsbeanspruchung in den Schrauben wird ein einfaches Ingenieurmodell vorgestellt, das alle wesentlichen Parameter für die unterschiedlichen Ausführungsformen beinhaltet und am FEM-Modell überprüft wurde. Abschließend werden erste Ansätze für eine verbesserte Detaillösung dargestellt.

Uplift fixing bolts in simply supported crane girders - unexpectedly high fatigue stresses and improved detailing solution.
Crane girders with hinged supports on top of the columns are often fixed to the column head by placing vertical bolts between the girder’s lower flange and the column’s head plate, in order to prevent uplift of the girder. The passing of the crane load over the girder causes a deflection of the latter, which in turn leads to rotations of the girder end cross-sections. The relative movements and rotations between the girder’s lower flange and the column’s head plate can lead to exceptionally large bending stresses in the fixing bolts, as is illustrated by means of a numerical (FEM) example in this paper. A simple engineering model, which is however capable of capturing all the relevant parameters for the different types of fixing detailing, is developed for the determination of these additional bending stresses and was verified by comparisons with the FEM models. Finally, proposals for an improved detailing solution are presented.

Die Entwicklung zugversteifter Bogentragwerke zu einem der wichtigsten Konstruktionselemente des Leichtbaus vollzieht sich in zwei Schritten. Dem ersten vielfältigen Einsatz bei der Realisierung der beeindruckenden weitgespannten Eisenkonstruktionen der großen Bahnsteighallen Mitte des 19. Jahrhunderts folgte die Wiederentdeckung und Weiterentwicklung dieser materialsparsamen Konstruktionsweise in größerem Umfang erst gegen Ende des 20. Jahrhunderts. Neue leistungsfähige Werkstoffe und die Möglichkeit der präzisen Erfassung des geometrisch-nichtlinearen Tragverhaltens sehr schlanker Bogentragwerke durch die FE-Methode ermöglichen seitdem Entwurf und Realisierung immer neuer Varianten von zugversteiften Bogentragwerken. Die Darstellung der geschichtlichen Entwicklung, eine Zusammenfassung der bekannten Systeme in einer strukturierten Darstellung und eine vergleichende Analyse ihres Tragverhaltens sollen einen Überblick über diese Vielfalt vermitteln und eine Orientierungshilfe für Anwendung und Weiterentwicklung geben.

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