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Entwicklung eines Ingenieurmodells zur Beurteilung der out-of-plane-Tragfähigkeit von einachsig spannenden unbewehrten Mauerwerkswänden unter Erdbebeneinwirkung

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[Quelle: http://d-nb.info]

Mauerwerk muss neben dem vertikalen und horizontalen Abtrag von Lasten in der Ebene auch Lasten rechtwinklig zur Ebene (out-of-plane), z. B. infolge Erdbeben, standhalten. Das out-of-plane Verhalten von unbewehrten Mauerwerkswänden ist abhängig von der verwendeten Stein-Mörtel-Kombination und ist auf Grund der starken Nichtlinearität sehr komplex. Aktuelle Bemessungsverfahren in der deutschen Normung sind nicht explizit für das out-of-plane Verhalten entwickelt und enthalten zum Teil erhebliche Konservativitäten. Detaillierte Untersuchungen zu in Deutschland typischen Mauerwerksarten existieren bisher nicht. Im Rahmen der Arbeit wurde das out-of-plane Verhalten von einachsig spannenden unbewehrten Mauerwerkswänden analytisch und experimentell untersucht. Ziel war die Entwicklung eines Modells zur Beschreibung des out-of-plane Schwingverhaltens von Mauerwerkswänden. Die bestehenden Verfahren zur Bestimmung der out-of-plane Tragfähigkeit aus Literatur und Normung wurden analysiert. Durch den Vergleich mit nichtlinearen, numerischen Simulationen wurden die wesentlichen Einflussfaktoren identifiziert. In anschließenden Rütteltisch-Versuchen mit wärmedämmendem Ziegelmauerwerk und Porenbetonmauerwerk wurden diese Faktoren experimentell verifiziert. Als einen wesentlichen Parameter hat sich dabei die vertikale Steifigkeit am Wandkopf infolge darüber liegenden Rahmen, Unterzügen oder Decken herausgestellt. Da diese in bisherigen Verfahren nicht berücksichtigt werden können, wurde ein Ingenieurmodell hergeleitet, welches unter anderem diesen Parameter berücksichtigt. In nachfolgenden Versuchen wurde das entwickelte Modell verifiziert und weitere Untersuchungen zum Schwing- und Dämpfungsverhalten durchgeführt. In abschließenden Sensitivitäts- und Korrelationsanalysen wurde der Zusammenhang zwischen Erdbebenparametern und Verschiebung der Wand untersucht. Auf dieser Basis wurde ein Bemessungsmodell für die betrachteten Mauerwerkswände vorgeschlagen.

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Michael Stegmaier
Untersuchungen zum Tragverhalten von Ziegelmauerwerk bei doppelt exzentrischer Druckbeanspruchung
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3385
2021, 76 S., 33 Abb. u. 38 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die Festlegung von charakteristischen Werten der Druckfestigkeit von Mauerwerk werden im Rahmen des Zulassungsverfahrens zentrische Wanddruckversuche an diesem Mauerwerk durchgeführt. Bei Mauersteinen mit großen Lochquerschnitten werden zusätzlich üblicherweise doppelt exzentrische Wandversuche durchgeführt. Für die Festlegung von Bemessungswerten wird dabei ein Verhältnis von doppelt exzentrischer zu zentrischer Mauerwerksdruckfestigkeit von 0,9 im Hinblick auf das Sicherheitskonzept als noch akzeptabel erachtet. Ziel dieser Forschungsarbeit war es, eine Datenbasis für die Beurteilung des Tragverhaltens von Mauerwerk aus Mauerziegeln bei doppelt exzentrischer und zentrischer Druckbeanspruchung zu schaffen.

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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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Christoph Butenweg, Thomas Kubalski, Julia Rosin
Improved seismic design concepts for masonry buildings in Germany
Report WP1: Objectives and basics of linear and nonlinear calculation methods. Report WP2: Selection and definition of representative masonry buildings. Report WP3: Parametric study. Report WP4: Final Report
Bauforschung, Band T 3372
2019, 156 S., partly in German, num. illus. and tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Zielstellung des Forschungsprojekts war es die offensichtlich vorhandenen Sicherheitsreserven von modernen unbewehrten Mauerwerksbauten im Rahmen der Anwendung von linearen und nichtlinearen Nachweiskonzepten in den geltenden Normen verfügbar zu machen. Im Projekt wurde ein neuer Verhaltensfaktor erarbeitet, der eine wesentlich bessere Ausnutzung der Tragreserven ermöglicht und ohne Änderungen innerhalb der traditionellen kraftbasierten Berechnung angewendet werden kann, welche für die Ingenieure auch in den kommenden Jahren der Standard bleiben wird. Das vorgeschlagene Konzept steht im Einklang mit dem neuen Entwurf der DIN EN 1998-1-2018.

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W. Brameshuber, D. Saenger
Überprüfung der ansetzbaren Verbundspannungen für die Verankerung der Bewehrungsstäbe in Mauerwerk nach DIN 1053-3 und DIN EN 1996-1-1. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3295
2013, 180 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für den Nachweis der Verankerung der Bewehrung in Mauerwerk werden in DIN 1053-3 bzw. im Eurocode 6 zulässige Grundwerte der Verbundspannungen bzw. charakteristische Verbundfestigkeiten angegeben. Für eine vertikale Bewehrung in Formsteinen bzw. Aussparungen wurden die Werte in Anlehnung an DIN 1045 festgelegt. Grundlage hierfür waren i. W. Untersuchungen an Prüfkörpern aus Mauerziegeln. Neuere Untersuchungen an Prüfkörpern mit KS-Formsteinen liefern deutlich niedrigere Werte, teilweise sogar geringere Verbundfestigkeiten als bei in Lagerfugen eingebetteter Bewehrung. Die geringeren Verbundfestigkeiten im Vergleich zum Beton sind hauptsächlich auf den Einfluss des Wasserabsaugens der Mauersteine sowie hohe w/z-Werte für die Verbesserung der Fließeigenschaften und schlechtere Verdichtungsmöglichkeiten des Mörtels zurückzuführen. Die Übertragung der Bemessungswerte der Verbundspannungen aus DIN 1045 auf in Formsteinen und Aussparungen angeordnete Bewehrung ohne Differenzierung nach Querschnittsgeometrien und Steinarten ist daher nicht abgesichert und stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar. Auch im Eurocode 6 wird der Einfluss des Wasserabsaugens auf die Verbundfestigkeit von Beton, der von Mauersteinen umschlossen ist, nicht berücksichtigt. Die Verbundfestigkeiten des Mörtels sind unter Beachtung der entsprechenden Anwendungsnormen für Mauermörtel (Zuordnung der Mörtelgruppen nach DIN V 18580) deutlich höher als nach DIN 1053-3. Es besteht daher auch vor dem Hintergrund der bevorstehenden Einführung des Eurocode 6 dringlicher Bedarf, diese Unsicherheiten zu beheben und die entsprechenden Erkenntnislücken zu schließen. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es daher, die in DIN 1053-3 bzw. im Eurocode 6 enthaltenen Werte für die Übertragung von Verbundspannungen, unter Berücksichtigung unterschiedlicher Randbedingungen, zu überprüfen und ggf. neue charakteristische Werte vorzuschlagen. Im ersten Schritt wurden daher der gegenwärtige Erkenntnisstand bzgl. der Verbundspannungen zwischen Mörtel und Bewehrungsstab u

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Christoph Alfes, Ronald Rast
Vergleichsrechnungen zwischen der Mauerwerksnorm Eurocode 6 einschließlich der nationalen Anhänge (NA) mit der DIN 1053-1:1996 anhand von Praxisbeispielen. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3282
2012, 48 S., 12 Abb. u. 6 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Von bauaufsichtlicher Seite gibt es Bedingungen für die Einführung von Eurocodes. Dazu zählen unter anderem: Die nationalen Anhänge zu den Eurocodes müssen vorliegen, es muss eine Anwendungserprobung erfolgt sein und Vergleichsrechnungen müssen vorliegen. In diesem Forschungsvorhaben zum Mauerwerksbau wurde auf der Basis der nationalen Anhänge zum Eurocode 6 eine Anwendungserprobung durchgeführt. Die Vergleichsrechnungen zwischen bestehender Norm DIN 1053-1:1996 und der zukünftigen EC 6-Serie wurden von fünf Ingenieurbüros durchgeführt. Vier Ingenieurbüros führten die Vergleichsrechnungen an bereits bestehenden Gebäuden durch, bei denen die Bauteile normal belastet waren. Ein Ingenieurbüro führte Vergleichsrechnungen an hoch ausgelasteten Bauteilen aus verschiedenen Stein-Mörtel-Kombinationen an drei verschiedenen Gebäudetypen (Einfamilienhaus, Reihenhaus, Mehrfamilienhaus) durch. Ein anderes Ingenieurbüro führte darüber hinaus spezielle Nachweise durch, die nur in Sonderfällen zum Einsatz kommen. Im Gesamtergebnis kann festgehalten werden, dass die Unterschiede von alter Norm zu neuer Norm nicht gravierend sind. Die Vergleichsrechnungen der Ingenieurbüros haben gezeigt, dass der Eurocode 6 mit zugehörigen deutschen Anhängen praxisgerecht anwendbar ist. Einer bauaufsichtlichen Einführung der neuen europäischen Normengeneration stimmen alle Forscher zu.

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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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Purkert, Benjamin
Forschungskooperation zwischen DAfM und PRB
Das Mauerwerk, 2021

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El-Deib, Khaled; Butenweg, Christoph; Klinkel, Sven
Erdbebennachweis von Mauerwerksbauten mit realistischen Modellen und erhöhten Verhaltensbeiwerten
Das Mauerwerk, 2021

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Purtak, Frank; Möbius, Florian
Nachrechnung von Gewölbebrücken aus Mauerwerk
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2021

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Fehling, Ekkehard; Schwarz, Jochen
DIN EN 1998-1/NA-2021 im Kontext der deutschen und europäischen Normenentwicklung
Bautechnik, 2021

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Graubner, Carl-Alexander; Brinkmann, Maximilian; Förster, Valentin
Efficient design of lightweight concrete masonry based on the latest normative regulations
BFT International, 2021

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Highlights aus dem Programm 2022