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Ein einheitliches Bemessungsverfahren zur Harmonisierung von Sicherheitsnachweisen in der Geotechnik

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[Quelle: https://publications.rwth-aachen.de]

Für die geotechnische Bemessung in Europa sind nach EN 1997 unterschiedliche Nachweisverfahren erlaubt, die sich in der Faktorisierung der Parameter mit Teilsicherheitsbeiwerten unterscheiden. Zudem werden in EN 1997 Empfehlungen über die Teilsicherheitsbeiwerte sowie Berechnungsmodelle für geotechnische Einwirkungen und Baugrundwiderstände angegeben, die keinen normativen Charakter besitzen. Ein Verfahren zur Festlegung repräsentativer Werte der geotechnischen Kenngrößen ist ebenfalls nicht eindeutig genormt. Jedes Land in Europa darf daher das zu verwendende Nachweisverfahren mit den entsprechenden Teilsicherheitsbeiwerten national festlegen sowie bestimmen, welche Berechnungsmodelle und welches Verfahren zur Ermittlung repräsentativer Werte der geotechnischen Kenngrößen zu verwenden sind. Dies führt europaweit zu unterschiedlichen Sicherheitsniveaus bei der geotechnischen Bemessung. Das Ziel dieser Arbeit ist die Erarbeitung einer Empfehlung für die geotechnische Bemessung, die ein harmonisiertes Nachweisverfahren mit entsprechenden Teilsicherheitsbeiwerten, die zu verwendenden Berechnungsmodelle für geotechnische Einwirkungen und Baugrundwiderstände und ein Modell zur Ermittlung von repräsentativen geotechnischen Kenngrößen beinhaltet. Nach einer Analyse der Einflussfaktoren auf die geotechnische Bemessung wird ein Nachweisverfahren vorgeschlagen, welches für die Einwirkungen, die Beanspruchungen, die Baugrundwiderstände und die geotechnischen Kenngrößen jeweils einen Teilsicherheitsbeiwert vorsieht. Für die Bestimmung der Teilsicherheitsbeiwerte und die Erarbeitung eines Modells zur Ermittlung der Werte repräsentativer geotechnischen Kenngrößen werden die in der geotechnischen Bemessung auftretenden Unsicherheiten bei der Parameterfestlegung sowie die Unsicherheit der Berechnungsmodelle untersucht. Dabei wird auf ihre Modellierung mit stochastischen Parametern wie dem Mittelwert und dem Variationskoeffizienten eingegangen. Das erarbeitete Modell zur Ermittlung der repräsentativen Werte geotechnischer Kenngrößen basiert auf einem statistischen Modell. Dabei werden die Unsicherheiten über den Variationskoeffizienten berücksichtigt. Zur Bestimmung der Teilsicherheitsbeiwerte werden Zuverlässigkeitsberechnungen für übliche geotechnische Bauwerke mit unterschiedlichen Randbedingungen und Grenzzustände durchgeführt. Neben den resultierenden Teilsicherheitsbeiwerten wird als Ergebnis eine Mindestanzahl an Versuchswerten für die Bestimmung der repräsentativen Werte geotechnischer Kenngrößen ermittelt. Anschließend werden die Anwendbarkeit und Akzeptanz der erarbeiteten Empfehlung für die geotechnische Bemessung in Europa im Rahmen von Anwendungsbeispielen vorgestellt. Im Vergleich mit den Bemessungen europäischer Kollegen und Experten zeigt sich, dass mit der hier erarbeiteten Empfehlung ein Sicherheitsniveau im mittleren Bereich der europäischen Bemessungsergebnisse erzielt werden kann.

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Bücher, Broschüren

Rosemarie Wagner
Statik und Tragwerkslehre für Architekten
2020, 400 S., 647 Abb., 26 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Zusammenspiel von Einwirkungen und Widerständen im Bauwerk beeinflusst den Ressourcenverbrauch, die Wahl der Baustoffe, die Abmessungen der Bauteile und damit die Gestalt des Bauwerks. Ein solides Grundlagenwissen über das Trag- und Verformungsverhalten von Bauteilen und Konstruktionen gehört zum Handwerkszeug jedes Architekten. Die statischen Grundlagen zu erlernen, ist weniger schwierig, als viele annehmen. Dieses Buch ermöglicht einen niederschwelligen Zugang zur Tragwerkslehre und zum Tragwerksentwurf. Schritt für Schritt erklärt die Autorin, wie Einwirkungen, Bauteile und deren Verbindungen abstrahiert und nach den Gesetzen der Mechanik durch mathematische Funktionen beschrieben werden. Anschaulich erklärt sie Konstruktionsarten und Eigenschaften von Bauteilen aus den unterschiedlichen Materialien (Stahlbeton, Mauerwerk, Holz, Glas, Membrane). Zur Vordimensionierung von Mehrfeldträgern, Rahmen, Platten und Scheiben reichen häufig schon einfache Methoden. Wer tiefer einsteigen will, findet Zusatzinformationen zu ingenieurwissenschaftlichen Lösungsansätzen. Aufgrund der gut durchdachten didaktischen Aufbereitung und der ausführlichen Erklärungen ist das Buch für das Architekturstudium und die Prüfungsvorbereitung ebenso zu empfehlen wie für das Wiederauffrischen von Kenntnissen im Berufsalltag.

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Max Baerschneider
Die Berechnung von Flachdecken über Zustands- und Einflußflächen. Tl.1 und Tl.2
Bauforschung für die Praxis, Band 26
1996, 380 S., Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Durch den Einsatz verschiedener Programme werden heute vom Tragwerksplaner die Schnittkräfte bei vielen Deckensystemen über FEM-Berechnungen ermittelt. In dem Forschungsvorhaben werden über das Kraftgrößenverfahren mehrere Flachdecken berechnet, wobei die Bemessungswerte nur an den maßgebenden Stellen des Deckensystems ermittelt werden. In vielen Fällen genügt dies, um eine sichere Bemessung für das gesamte Tragsystem durchführen zu können. Im ersten Teil werden Durchbiegungen, Momente und Auflagerkräfte nach der Klassischen Plattentheorie (Kirchhoff) vorgestellt. Im zweiten Teil erfolgt die Berechnung von einigen Deckensystemen über Zustands- und Einflußflächen.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Josef Hegger, Marcus Ricker, Viviane Adam, Tânia Feiri, Konstantin Nille-Hauf
Überprüfung der Zuverlässigkeit der für die nächste Generation von EN 1992-1-1 vorgesehenen neuen Bemessungsansätze gegen Durchstanzen ohne Durchstanzbewehrung und Querkraft ohne Querkraftbewehrung
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3393
2022, 98 S., 47 Abb. u. 16 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In 2021 erfolgten vorbereitende Arbeiten zur Fortschreibung des Eurocode 2 auf europäischer Ebene. Zwischen 09-12/2021 fand der Abstimmungsprozess über den Entwurf von Teil 1-1 statt. In der ersten Jahreshälfte 2022 erfolgt durch die Working Group und die untergeordneten Task Groups die weitere fachliche Bearbeitung der durch die nationalen Spiegelausschüsse eingereichten Kommentare. Hinsichtlich der Bemessung gegen Durchstanzen ohne Durchstanzbewehrung und Querkraft ohne Querkraftbewehrung wurden von der aktuellen Norm abweichende Modelle vorgeschlagen, deren Herleitung auf Basis der Critical Shear Crack Theory (CSCT) erfolgte. Bei der Entwicklung der bisherigen Ansätze (z. B. für DIN08 und EC2/NAD) wurde in Deutschland der empirische Beiwert anhand von Versuchsergebnissen abgeleitet. Dabei wurde ein Zielwert des 5 %-Quantilwerts für das Verhältnis aus Versuchsbruchlast und rechnerischer Last bei Durchstanz- bzw. Querkraftversagen von 1,0 zugrunde gelegt. Im Zuge des vorliegenden Projekts sollen die Versagenswahrscheinlichkeiten für die vorgeschlagenen Bemessungsmodelle mit probabilistischen Berechnungsverfahren ermittelt werden. Ziel ist es, die Bemessungsgleichungen so zu kalibrieren, dass ein ausreichendes Sicherheitsniveau erreicht wird.

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Muhammed Al Koussini, Christoph Butenweg, Norbert Gebbeken
Vergleich der neuen Erdbebenkarten in Deutschland und mit den Anrainerstaaten
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3386
2021, 71 S., 66 Abb. u. 13 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen dieses Forschungsberichts erfolgt ein Vergleich der seismischen Einwirkungen in deutschen Erdbebengebieten nach DIN En 1998-1/NA-2020 mit den Einwirkungsniveaus in den Anrainerstaaten Niederlande, Belgien, Luxemburg, Polen, Tschechien, Österreich, Schweiz, Frankreich, und Italien. Zusätzlich werden Portugal, Italien und Griechenland hinzugezogen, obwohl diese Länder nicht direkt an Deutschland grenzen. Für jedes der genannten Länder erfolgt eine Auswertung der aktuellen normativen Dokumente für die Definition der Antwortspektren und ein Vergleich mit dem neuen Nationalen Anwendungsdokument für Deutschland. Im Anschluss erfolgt die Gegenüberstellung der Erdbebeneinwirkungen in den Grenzbereichen zwischen Deutschland und den Anrainerstaaten sowie ein Vergleich der Antwortspektren im Hinblick auf die Spektralform und die Amplifikationsfaktoren. Den Abschluss des Berichts bildet eine zusammenfassende Beurteilung der Untersuchungsergebnisse.

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Wolfram Jäger, Jürgen Ries, Maik Erler, Peter Schöps
OptiHaP - Umsetzung einer optimierten Prüfung der Haftscherfestigkeit im Mauerwerksbau in Anlehnung an das bisherige europäische Verfahren nach DIN EN 1052-3
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3191
2020, 75 S., 90 Abb. u. 15 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Mit dem Übergang auf die europäischen Prüfnormen wird die Haftscherfestigkeit nach DIN EN 1052-3 geprüft. Die damit erreichbaren Werte sind etwa um die Hälfte geringer als nach dem bisherigen deutschen Prüfverfahren nach DIN 18555-5. Die Ursachen dafür konnten bisher nicht geklärt werden. Es war im Rahmen dieses Forschungsvorhabens ein geeigneter Versuchsaufbau in Anlehnung an das europäische Prüfverfahren zu testen und weiter zu optimieren. Mit dem Forschungsvorhaben konnten die Unterschiede zwischen dem alten Prüfverfahren nach DIN 18555-5 und dem neuen gemäß DIN EN 1052-3 nach eingehenden Untersuchungen mechanisch und experimentell erklärt werden. Die Ursache liegt in den auftretenden Biegezugspannungen, die das Ergebnis verfälschen. Die Ergebnisse werden der Bauaufsicht und den Normungsgremien zur Verfügung gestellt, um eine Praxiseinführung in Angriff zu nehmen.

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Reinhard Harte, Kirsten Stopp, Nils Müller
Konzeption und Aufbau einer standardisierten Beispieldatenbank für softwaregestützte Tragwerksberechnung in Anlehnung an VDI 6201 für den Einsatz von Statik-Software in BIM-basierten Prozessketten
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3198
2020, 60 S., 22 Abb. u. 2 Tab., 333 S. Anhang, Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die vermehrt softwaregestützten Planungsprozesse von Tragwerken, gibt es keine einheitliche und etablierte Evaluierungsmethode zur Überprüfung der Berechnungen. Die Qualität der verwendeten Software soll nun anhand von Evaluierungsbeispielen gesichert werden. Dazu wurde eine standardisierte, nutzergestützte webbasierte Beispieldatenbank konzipiert und eingerichtet. Die Datenbank enthält einen Datenbestand mit Beispielen, die den Anforderungen der VDI 6201 genügen.

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Siham Mittelstedt, Christian Mittelstedt
Globale Stabilität schubweicher anisotroper hochbelasteter Laminat- und Sandwich-Träger unter kombinierter Belastung im Brücken- und allgemeinen Ingenieurhochbau
Abschlussbericht, November 2019.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3210
2020, 334 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Stabilitätsverhalten klassischer isotroper Trägerstrukturen ist insgesamt verstanden und sehr gut beherrschbar. Hingegen besteht hinsichtlich des Stabilitätsverhaltens im Sinne der Verzweigungstheorie schubweicher Träger in Faserverbund-Bauweise eine erhebliche Anzahl offener Fragen, deren Klärung das geplante Vorhaben gewidmet war. Hauptaugenmerk lag dabei auf der Entwicklung innovativer, schneller und hochgenauer Rechenverfahren, mit deren Hilfe in der Ingenieurspraxis eine globale Stabilitätsanalyse von Faserverbund-Trägern erfolgen kann. Die Analysezugänge berücksichtigen die für solche Strukturen typischen Koppeleffekte und transversalen Schubverformungen explizit. Der letzte Punkt machte die Verwendung höherer Laminattheorien erforderlich, die die Einschränkungen der Klassischen Laminattheorie erweitern. Die Untersuchungen zeigen auf, dass es möglich ist, klassische Berechnungsformeln auch für Faserverbund-Träger zu verwenden, wenn die entsprechenden effektiven Querschnittskennwerte nach der Verbundtheorie angesetzt werden.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Öttl, Marco Albert; Schwiersch, Niklas; Schotten, Roman; Bachmann, Daniel; Bender, Jens; Stamm, Jürgen
Probabilistische Zuverlässigkeitsanalysen als Bestandteil des Hochwasserrisikomanagements - State of the Art und Entwicklungspotenziale
KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, 2023

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Ardelmann, Niklas; Naujoks, Bernd; Kischkewitz, Fabian
Ermittlung der mittragenden Breiten von Sandwichdachelementen unter Punktlasten
Bauingenieur, 2022

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Kövesdi, Balázs; Dunai, László; Li, Zheng; Pasternak, Hartmut; Oly, René; Marai, Péter
Teilsteifen an geschweißten Rahmenecken unter Berücksichtigung der Eigenspannungen
Bauingenieur, 2022

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Krieglstein, Tim; Kühn, Bertram
Stabilisierung von Kantprofilen unter abhebenden Lasten mit Sandwichelementen. Teil 3: Beispielberechnung (Part 1: andrückende Lasten)
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2022

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Hegger, Josef; Bergmann, Sarah
Investigating the effectiveness of carbon-reinforced concrete infills (kostenlos)
BFT International, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022