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Bauteile aus ultrahochfestem Beton (UHPC) werden insbesondere in Fertigteilwerken hergestellt. Daher sind tragfähige und wirtschaftliche Verbindungen von UHPC-Fertigteilen von besonderer Bedeutung. In Verbindungen von Bauteilen können Schub-, Druck- oder Zugkräfte oder Kombinationen aus diesen Belastungen auftreten. In dem vorliegenden Beitrag werden die im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1182 “Nachhaltiges Bauen mit ultrahochfestem Beton” der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) durchgeführten Versuche zur Ermittlung der Tragfähigkeit wesentlicher Knotenpunkte von Fertigteilen beschrieben und die Ergebnisse diskutiert. Die Versuchsergebnisse dienen der Entwicklung von Ingenieurmodellen zur Bemessung von Fertigteilverbindungen aus UHPC.

Connections of precast UHPC elements
Ultra-High Performance Concrete (UHPC) elements are particularly suited for precast construction. To utilise the high structural performance of single UHPC elements, solid and economical connections are essential. Such joints are exposed to shear, compressive or tensile forces or combinations of these. This paper presents tests on the load bearing capacity of UHPC nodes. All tests have been carried out within the priority programme 1182 “Sustainable Construction with UHPC” of the German Research Foundation (DFG). The test results provide a basis for construction recommendations of connections for precast UHPC elements.

Sandwichelemente werden über Verbindungsmittel, meist selbstbohrende Schrauben, an eine Unterkonstruktion montiert. Diese raumabschließenden Bauteile sind sowohl Beanspruchungen senkrecht zur Elementebene als auch durch Belastungen in der Ebene ausgesetzt, z. B. durch das Eigengewicht der Wandelemente. Über die Verbindungsmittel werden Längszugkräfte und Querkräfte vom Bauteil in die Unterkonstruktion weitergeleitet. Für die kombinierte Beanspruchung von Längs- und Querkräften liegen zurzeit noch keine experimentellen und theoretischen Untersuchungen zur Tragfähigkeit der Verbindung vor. Anhand von Versuchen und einem mechanischen Modell wird das Tragverhalten von längs- und querkraftbeanspruchten Verbindungen von Sandwichelementen im Folgenden analysiert.

Fastenings of sandwich panels under combined longitudinal and shear load.
Sandwich panels are mounted by fasteners, usually self-drilling screws, to a substructure. These space-enclosing components are stressed perpendicularly to the panel surface and in wall-elements by loads in their plane (by self-weight). The tensile and transverse forces are transmitted from the panel into the substructure by fasteners. Up to now the interaction of longitudinal and transverse forces in the connection has not been assessed by any experimental or theoretical study. On the basis of experiments and a mechanical model the structural behavior of fasteners of sandwich panels loaded by longitudinal and transverse forces will be analyzed in the following.

Bauelemente des Metallleichtbaus sind in der Regel dünnwandige Bauteile aus Stahl oder Aluminium, welche untereinander oder mit Bauteilen aus Holz zu verbinden sind. Den zunehmenden Anforderungen durch bauaufsichtliche Vorgaben, sich verändernde Umweltbedingungen und komplexere Anwendungen entsprechen die Hersteller von Verbindungselementen durch Optimierung bestehender Produkte oder durch Neuentwicklungen. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit zeigt der nachfolgende Artikel einen kurzen Überblick über den Stand der Technik auf.
Assembling and fixing systems for light metal constructions - Demand and challenge on connection device.
Lightweight metal components are usually thin-walled parts made of steel or aluminium, which are to connect among themselves or with components made of wood. The increasing demands by building requirements, changing environmental conditions and more complex applications, the manufacturers of fasteners have to adapt these requirements by optimization of existing products or new developments. Without claiming to be exhaustive, the following article gives a brief overview of the state of the art.

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Aufgrund neuester Untersuchungen wird die seit langem bekannte Regel, daß Verblendschalen aus Kalksandsteinen bis zu einer Länge von 8 m rissfrei ausgeführt werden können, bestätigt.

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Im Rahmen von Sanierungskonzepten werden Verbrauchsprognosen zur Quantifizierung und Bewertung von Energieeinsparpotenzialen erstellt. Dabei ist zu beachten, dass sich das Verhältnis von bilanziertem Energiebedarf und tatsächlichem Energieverbrauch vor und nach der Sanierung nicht linear verhält. Während der berechnete Wärmebedarf vor der Sanierung häufig höher ist als der gemessene Wärmeverbrauch, ist er nach der Sanierung meist niedriger. Dieser vermeintliche Widerspruch wird mit den Begriffen “Prebound-Effekt” und “Rebound-Effekt” beschrieben. Prebound- und Rebound-Effekte können zu einer Überschätzung der potenziellen Energieeinsparungen und zu einer Beeinträchtigung der Gesamtwirtschaftlichkeit von Sanierungsmaßnahmen führen. Daher sollten sie in der Erarbeitung und Auswertung von Sanierungsstrategien berücksichtigt und einkalkuliert werden.
Es wird ein Prognosemodell vorgestellt, das realistische Wärme-Verbrauchsprognosen auf einer anpassbaren, empirischen Datengrundlage ermöglicht und sowohl für Wohn- als auch für Nichtwohngebäude anwendbar ist. Die Aggregation der Prognosen auf große Gebäudebestände dient zur ganzheitlichen Optimierung gebäudeübergreifender Sanierungsstrategien. Am Beispiel des Campus Lichtwiese der TU Darmstadt wird das Prognosemodell exemplarisch angewendet und die Relevanz der Berücksichtigung von Prebound- und Rebound-Effekten verdeutlicht.

Energy consumption forecast for redevelopment concepts for buildings and districts
Elaboration of a forecast model to predict realistic thermal energy savings for renovations on building and district levels, in consideration of prebound and rebound effects.
Within the scope of redevelopment concepts, consumption forecasts are being compiled to quantify and evaluate energy saving potentials. It should be considered that the ratio of the calculated energy demand and the actual energy consumption before and after the renovation is not linear. The calculated heat demand typically exceeds the measured heat consumption before a renovation, while it is usually lower after the renovation. These phenomena are known as “prebound effect” and “rebound effect”. They can cause an overestimation of potential energy savings and can have a negative impact on the overall economic efficiency of renovation measures. Therefore, they should be included in the development of renovation strategies.
For this purpose, a forecast model will be presented which allows for realistic heat consumption forecasts based on an adaptable, empirical data basis. It is applicable to residential as well as non-residential buildings. These forecasts can be extrapolated from the building level to large building stocks and are thereby also applicable to the holistic renovation strategies on district level. The model will be demonstrated by the example of the university campus “Campus Lichtwiese” of TU Darmstadt, outlining the significance and impact of prebound and rebound effects.

Die Kennedybrücke liegt im Zentrum der Stadt Bonn und überspannt den Rhein im Zuge der Bundesstraße B 56. Von Anfang 2007 bis Herbst 2010 wurde die Rheinbrücke von 18 m auf 26,80 m verbreitert und umfassend saniert. Hierzu erfolgte eine Erweiterung der Nietkonstruktion aus dem Jahr 1949 durch beidseitigen formgleichen Anbau von jeweils einem zusätzlichen geschweißten Brückenträger mit Stützweiten von 99,22 m - 195,86 m - 99,22 m. Die Bauhöhe beträgt 11,50 m über den beiden Strompfeilern und 3,40 m in der Hauptöffnung. Die vorhandene Fahrbahn aus Tonnenblechen und Aufbeton wurde durch Längsrippen und Querträger ausgesteift und durch Anbau einer orthotropen Platte verbreitert. Es erfolgte eine aufwändige Verstärkung der Altkonstruktion mit dem Ziel, die Anforderungen der gültigen Normen zu erfüllen. Die Kennedybrücke ist die einzige innerstädtische Rheinbrücke in Bonn, so dass der Stadtbahn- und Straßenverkehr während der Bauzeit aufrecht erhalten werden mussten.

Widening and reconstruction of the Kennedy-Bridge in Bonn, Germany.
The Kennedy-Bridge is situated in the centre of the city of Bonn and spans the river Rhine in the course of the federal road B 56. The Rhine-Bridge has been made wider from 18 m to 26.80 m and has been completely reconstructed from the beginning of the year 2007 till autumn 2010. For this a broadening of the rivet-construction of the year 1949 resulted in two identical extensions of an extra welded girder with a length of span of 99.22 m - 195.86 m - 99.22 m. The hight of the construction comes to 11.50 m over the two current piers and 3.40 m over the main opening. The existing roadway made of barrel-metal sheets and topping slabs has been reinforced by longitudinal ribs and cross girders and widened by the extension of an orthotropical plate. The old construction has been stiffened by big expenses with the aim of fulfilling the demands of the current standardizations. The Kennedy-Bridge is the only Rhine-Bridge in the City of Bonn; therefore the traffic and the tramways have had to be maintained during the construction period.

Berichtet wird über die Erfahrungen bei der Projektierung von Verbreiterungen und Sanierungen von Stahlbrücken und über die Erfahrungen der Ausführung der Arbeiten. Es zeigt sich, daß "einfache Sanierbarkeit" und "Flexibilität" nicht nur Schlagworte des Stahlbaus sind, sondern daß sich diese in der Praxis besonders im Hinblick auf die Kosten sehr positiv bestätigt haben. Die oft zitierte Überlegenheit der Dauerhaftigkeit der Betonkonstruktionen gegenüber Stahlbaukonstruktionen muß relativiert werden. Die gezeigten Beispiele demonstrieren, daß Stahlhauptkonstruktionen nach Jahrzehnten in einem vergleichweise besseren Zustand sind als die Fahrbahnen aus Stahlbeton.

Berichtet wird über Verbeiterung und Sanierung von Stahlverbundbrücken in Österreich. Insbesondere war die Frage von Interesse, wie die alten Fahrbahnplatten am wirtschaftlichsten abgetragen werden konnten. Beim Neubau der Fahrbahnplatte ist im allgemeinen auf die Tragfähigkeit der Stahlkonstruktion während der Montage und im Endzustand entsprechend Rücksicht zu nehmen. Auch hier gilt, daß zweckmäßigerweise Verbreiterung und Sanierung aus Kostengründen gleichzeitig vorgenommen werden. Es wird gezeigt, daß auch Stahlverbundbrücken kostengünstig zu verbreitern und zu sanieren sind.

Gerade im Zusammenhang mit dem steigenden Bedürfnis an Sicherheit gewinnt der Glas-Verbundbau im konstruktiven Glasbau immer mehr an Bedeutung. Die Anforderungen an Verbundsicherheitsglas reichen von der Absturzsicherung über das Resttragfähigkeitsverhalten nach Glasbruch bis hin zur Sprengwirkungshemmung. Neben dem Sicherheitsaspekt werden dem Verbund zwischen zwei oder mehreren Gläsern heute immer häufiger auch bauphysikalische Aufgaben, wie zum Beispiel Schallschutz und Sonnen- oder Blendschutz zugedacht. Zusätzlich wird die Zwischenschicht aufgrund der zahlreichen Möglichkeiten der Gestaltung (z. B. Färbung, Bedruckung, Einlegen von Geweben etc.) vermehrt durch architektonische Gesichtspunkte bestimmt. Parallel zu den gestiegenen Anforderungen und Möglichkeiten bei der Herstellung von Verbund- und Verbundsicherheitsgläsern hat eine breite Forschung im Bereich der Verbundsicherheitsgläser mit Polyvinylbutyral (PVB)-Zwischenlage stattgefunden und es wurden neuartige Zwischenlagen entwickelt.
Dieser Beitrag zeigt Möglichkeiten des Glas-Verbundes mit unterschiedlichen Verbundzwischenlagen auf und stellt Forschungsergebnisse dar, die zur baurechtlichen Anerkennung der teilweisen Berücksichtigung des Verbundes bei der Bemessung führen sollen. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Der Verzicht auf mechanische Verbundmittel in Sandwichkonstruktionen des Betonfertigteilbaus erscheint für die Realisierung neuartiger Sandwichelemente wirtschaftlich interessant. Deshalb wurden im Rahmen der Entwicklung eines verbundmittelfreien Glas-Hartschaum-Beton-Sandwichelements Untersuchungen zum Verbundverhalten zwischen verschiedenen Hartschäumen und normalfestem Beton (NFB) sowie ultrahochfestem Beton (UHFB) durchgeführt. Das Verbundverhalten zwischen Glasvorsatzschale und Hartschaum ist in Teil 2 des Aufsatzes beschrieben. Die Ergebnisse der insgesamt 120 Haftzugversuche und 30 Scherversuche an Beton-Hartschaum-Verbundkörpern zeigen, dass durch Betonieren auf den Hartschaum Verbundfestigkeiten in technisch nutzbarer Größenordnung sicher erreicht werden können. Selbst für NFB liegt die Haftzugfestigkeit unabhängig vom Hartschaumtyp und dessen Oberflächentextur um 50 % höher als der für ein unverdübeltes Wärmedämmverbundsystem geforderte Mindestwert. UHFB erzielt deutliche höhere Verbundfestigkeiten, was nach Auswertung lichtmikroskopischer Aufnahmen u. a. auf eine bessere mikromechanische Verzahnung zurückgeführt wird. In einigen Fällen ist die Tragfähigkeit der Verbundkörper durch die Festigkeit des Hartschaums und nicht durch die Verbundfestigkeit der Fuge limitiert.

Bond in glass-rigid foam-concrete sandwich elements - part 1: experimental investigations on the bond between concrete and rigid foam
Omitting mechanical connectors in precast concrete sandwich construction seems economically interesting for realising novel sandwich structures. Therefore, investigations on the bond behaviour between different rigid foams and ordinary performance concrete (OPC) as well as ultra-high performance concrete (UHPC) were carried out as part of the development of a glass-rigid foam-concrete sandwich element without connectors. The bonding behaviour between glass panels as facing layer and rigid foam is treated in part 2 of the paper. The results of a total of 120 tensile bond tests and 30 shear tests on concrete-rigid foam composites show that technically relevant bond strengths can be reliably achieved by pouring the concrete onto the rigid foam. Even for OPC, the tensile bond strength is 50 % higher than the minimum value required for external thermal insulation composite systems without mechanical connectors, regardless of the foam type and its surface texture. For UHPC significantly higher bond strengths are achieved, which - as evaluation of light microscopic imaging shows - can be attributed to a better micromechanical interlock. In some cases, the strength of the composite has been limited by the strength of the foam but not by the bond strength of the joint.

Sandwichelemente mit Glas als äußere Deckschicht erfordern bisher für eine Verwendung in der Fassade von Gebäuden den Einsatz von mechanischen oder adhäsiven Verbundmitteln. Ein Verzicht auf diese Verbundmittel ist hinsichtlich Ressourcen- und Energieeinsparung sowohl bei der Herstellung als auch in der Anwendung vorteilhaft. Der vorliegende Aufsatz berichtet über experimentelle Untersuchungen zum Verbundverhalten zwischen Polyurethan-Hartschaum und verschiedenen Oberflächen von Floatglas ohne und mit Haftvermittler im Rahmen der Entwicklung eines verbundmittelfreien Glas-Hartschaum-Beton-Sandwichelements. Die Ergebnisse aus Haftzug- und Scherversuchen zeigen, dass eine im Sandstrahlverfahren aufgeraute Glasoberfläche zu kohäsivem Versagen im Hartschaum führt. Mit den beiden herstellungsbedingt verschiedenen Glasoberflächen für die Atmosphären- und Zinnbadseite erfolgt das Versagen zwischen Hartschaum und Glas adhäsiv. Die Verbunde ohne Haftvermittler weisen keine signifikanten Unterschiede zwischen Atmosphären- und Zinnbadseite auf. Insgesamt erzielen die Prüfkörper mit Haftvermittler höhere Werte für die Haftzug- und Scherfestigkeit. Aus licht- und elektronenmikroskopischen Untersuchungen der Bruchflächen geht hervor, dass der verwendete Haftvermittler einen deutlichen Einfluss auf die Benetzbarkeit der Glasoberfläche und die Porenausbildung des flüssigen Polyurethan-Hartschaums aufweist. Der Verbund zwischen Beton und Hartschaum ist in Teil 1 des Aufsatzes beschrieben.

Bond in glass-rigid foam-concrete sandwich elements - part 2: experimental investigations on the bond between concrete and rigid foam
Sandwich elements in building envelopes with facing layer made of glass require currently mechanical or adhesive connectors. The absence of these connectors is of interest in terms of resource and energy savings both in production and in the building envelope. This paper reports on the bond behaviour between polyurethane rigid foam and float glass with different surfaces without and with the use of a bonding agent. The studies are part of the development of a glass-rigid foam-concrete sandwich element without additional adhesives and mechanical connectors. The results of adhesive tensile and shear tests show that a sandblasted roughened glass surface resulted in cohesive failure in the insulation layer. The production-related different glass surfaces on atmosphere and tin side come to an adhesive failure between insulation layer and glass. Composites of glass and insulation layer without adhesion agent show no significant differences between the atmosphere and the tin side. Overall, the test specimens with bonding agents achieved higher levels of adhesive tensile and shear strengths. Light and electron microscopic studies of the fractured surface show that the bonding agent has a significant influence on the wetting and pore formation of the liquid polyurethane. The composite of the polyurethane rigid foam and concrete is described in part 1 of the paper.