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Interface damage mechanism between concrete layers under temperature loads

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[Quelle: https://d-nb.info]

Beton-Beton-Verbundfugen werden in Baukonstruktionen häufig verwendet, beispielsweise zwischen Betonfertigteilen und Ortbetonelementen oder zwischen alten und neuen Betonelementen. Betonelemente erfahren Temperaturschwankungen sowie Kriech- und Schwindenverformungen, welche aufgrund der durch die Beton-Beton-Verbundfugen ausgeübten Beschränkungen zu Spannungen führen. Hohe Scher- und Zugspannungen an den Kanten von Trägern oder Platten führen zum Versagen der Verbundfuge. Dieses Phänomen tritt beispielsweise in der Festen Fahrbahn im Eisenbahnwesen auf. An der Grenzfläche zwischen der Betonfertigteilplatte und der Mörtelfüllschicht entstehen mitunter Risse und Lücken. Dieses Phänomen verringert die Dauerhaftigkeit der Struktur, erhöht die Wartungskosten und verursacht Sicherheitsrisiken. Daher ist eine theoretische Untersuchung des Versagensmechanismus in der Verbundfugen für den praktischen Entwurf erforderlich. Ziel dieser Arbeit ist es, den Versagensmechanismus von Beton-Beton-Verbundfugen unter Temperatureinwirkungen zu untersuchen. Als Grundlage dient das Beispiel des kontinuierlichen Festen Fahrbahn Systems der Firma Max Bögl. Es wird ein experimentelles Programm in Kombination mit einer inversen Analyse entwickelt, um die Brucheigenschaften von Grenzflächen zwischen Beton und Zement-Asphalt-Mörtel (CAM) zu erhalten. Für die inverse Analyse werden hierzu Finite Element Modellen (FEM) erstellt. Zentrische Zugversuche für Modus I und Scherversuche für Modus II werden durchgeführt. Aufgrund des ungleichmäßigen Spannungszustands an der Verbundfuge wird die inverse Analyse verwendet, um die Experimente zu kalibrieren. Mit dessen Hilfe werden die Spannungs- und Verschiebungsbeziehungen in Modus I und Modus II ermittelt, die das konstitutive Modell der Verbundfuge bilden. Anschließend wird das Verhalten der Verbundfuge in Längsrichtung unter konstanter Temperaturänderung und in Vertikalrichtung unter linear veränderlichem Temperaturgradient mittels analytischer Lösungen in einer Dimension (1D) und Finite-Elemente-Lösungen in zwei (2D) und drei Dimensionen (3D) mit Federelementen oder Kontaktbasierten Kohäsionszonenmodell (CZM) erforscht. Die analytischen Modelle werden mit dem 1D FE Modell validiert. Es hat sich gezeigt, dass die analytische Lösung für das Verhalten der Verbundfuge in Längsrichtung bei konstanter Temperaturveränderung im Vergleich zur FEM die ungünstigsten Ergebnisse hinsichtlich des Verbundversagens liefert. Die Ergebnisunterschiede zwischen verschiedener Modelle werden kleiner, wenn Schäden an der Verbundfuge auftreten. Im Gegensatz hierzu kann für die Verhalten der Verbundfugen in Vertikalrichtung unter linear veränderlichem Temperaturgradient ein äquivalentes 3D-Modell auf der Basis einer analytischen Lösung entwickelt werden, das ähnliche Ergebnisse wie die 3D-FEM liefert. Schließlich werden die Einflüsse verschiedener Verbundparameter der Fuge wie Haftfestigkeit und Steifigkeit auf die Fugenschädigung untersucht. Um geeignete Empfehlungen für den Entwurf der Verbundfugen zu geben, werden geometrische Parameter der Platte (z. B. Plattenlänge, -breite und -dicke) sowie Verbundparameter der Fuge für die Grenzzustandsstudien zur Gebrauchstauglichkeit implementiert. In diesem Fall bleibt die Verbundfuge in linear elastische Phase ohne Verbundversagen unter extremen Temperatureinwirkungen.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Heike Dreuse, Hans-Werner Zier, Gabriele Grassegger-Schön
Leitfaden für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an Natursteinmauerwerk
Bauforschung für die Praxis, Band 114
2015, 103 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Viele Schäden an Natursteinmauerwerksoberflächen sind alters- und nutzungsbedingt. Aber auch Schäden durch die Verwendung ungeeigneter Mörtel oder Fehler bei der Verarbeitung sind weit verbreitet. Die diesem Buch zugrunde liegende Untersuchung hatte das Ziel, einen Leitfaden für die Neuverfugung von Natursteinmauerwerk zu entwickeln. Anhand mehrerer Objektuntersuchungen wurden die Zustände von Mauerwerken aufgenommen und allgemeine Anforderungen für die Vorgehensweise abgeleitet. Unterschiedliche Stein- und Mörteleigenschaften wurden erfasst und bewertet und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit unter realen Bedingungen überprüft. An einer Auswahl von historischen Objekten sind einzelne Schritte des Leitfadens erprobt worden. Als Ergebnis ist eine praxisnahe und herstellerunabhängige Handlungsanweisung für Bauherren, Planer und Handwerker entstanden.

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Rainer Hohmann
Joint Sealing in Water-Resistant Concrete Structures
2011, 390 S., num. figs. and tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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Rainer Hohmann
Fugenabdichtung bei wasserundurchlässigen Bauwerken aus Beton
2., überarb. und erw. Aufl.
2009, 442 S., zahlr., meist farb. Abb., Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton, die so genannten "Weißen Wannen", haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Schwachstellen bei dieser Bauweise sind jedoch oftmals die Fugen, die in Planung und Ausführung hohe Ansprüche an Planer und Ausführende stellen. Der Autor gibt einen umfassenden Überblick über die unterschiedlichen Abdichtungssysteme vom Fugenband und Fugenblech bis zur Klemmkonstruktion, erläutert ihre Funktionsweisen und Einsatzbereiche, die jeweiligen Stärken und Schwächen und beschreibt ihre baupraktische Verarbeitung und Handhabung. Neben zahlreichen Hinweisen zur richtigen Auswahl, zu Planung, Bemessung und Ausführung zeigt er auch typische Fehler und ihre Ursachen auf und gibt Hinweise zu deren Vermeidung.

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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.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
Portal Bauforschung

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Oliver Fischer, Roland Niedermeier, Sebastian Schmidt
Erarbeitung von materialspezifischen Widerstandskennwerten für die Verbundfugenbemessung von Stahlfaserspritzbetonergänzungen im Hinblick auf das nationale Anwendungsdokument zu DIN EN 14487 und DIN EN 14488. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3364
2019, 104 S., 45 Abb. u. 32 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen der Forschungsarbeit wird die Tragfähigkeit der Verbundfuge von unbewehrten Stahlfaserspritzbetonergänzungen experimentell sowie numerisch untersucht. Die Bewertung der Schubfestigkeit der unbewehrten Verbundfuge erfolgt durch kleinformatige Probekörper ohne Fugennormalspannung und mit Fugennormalspannung. Dabei wird der Einfluss der Oberflächenvorbehandlung, des Betonuntergrundes und des Fasergehaltes bei verschiedenen Rautiefen unter Verwendung von verschiedenen, praxisüblichen Spritzbetonmischungen untersucht. Des Weiteren werden die zwangsspannungsinduzierenden Schwindverformungen für unterschiedliche Spritzbetonmischungen ermittelt. Die statistische Auswertung der durchgeführten Kleinkörperversuche ohne Fugennormalspannung zeigt, dass bei der verwendeten Fasergeometrie mit den Bemessungsansätzen der Adhäsionstragfähigkeit nach (DIN EN 1992-1-1:2011-01) in Verbindung mit (DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04) für Bauteile, die nachträglich mit Spritzbeton bzw. unbewehrten Stahlfaserspritzbeton ergänzt werden, unter sorgfältiger Nachbehandlung ein ausreichendes Sicherheitsniveau für Fugen der Rauheitskategorie rau, verzahnt und spritzrau erreicht wird.

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Oliver Fischer, Roland Niedermeier, Sebastian Schmidt
Untersuchung der Tragfähigkeit der Verbundfuge von Spritzbetonergänzungen im Hinblick auf das nationale Anwendungsdokument zu DIN EN 14487 und DIN EN 14488. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3320
2015, 111 S., 36 Abb. u. 9 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen der Forschungsarbeit werden experimentelle sowie numerische Betrachtungen zur Tragfähigkeit der Verbundfuge von Spritzbetonergänzungen durchgeführt. Dabei wird der Einfluss der Oberflächenvorbehandlung, der unterschiedlichen Aufrauverfahren und Lage der Auftragsfläche sowie die Art der Applikation des Ergänzungsbetons bei verschiedenen Rautiefen unter Verwendung von zwei verschiedenen, praxisüblichen Spritzbetonmischungen untersucht. Des Weiteren werden die zwangsspannungsinduzierenden Schwindverformungen für beide Spritzbetonmischungen ermittelt. Durch statistische Auswertung der Kleinkörperversuche wird gezeigt, dass der Nachweis der Schubkraftübertragung eines Bauteils, dessen nachträglich aufgeraute Oberfläche mit Spritzbeton verstärkt wird, mit den Bemessungsansätzen von DIN EN 1992-1-1:2011-01 in Verbindung mit DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04 mit der erforderlichen Sicherheit geführt werden kann. Zusätzlich wird ein ergänzender Formulierungsvorschlag für DIN 18551:2014-08 unterbreitet.

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Heike Dreuse, Hans-Werner Zier, Gabriele Grassegger-Schön
Entwicklung eines Leitfadens für die Planung und Ausführung von Neuverfugungen an Natursteinmauerwerksoberflächen = bfp 114
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2946
2015, 103 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines Leitfadens für die Neuverfugung von Natursteinmauerwerk. Anhand einer Vielzahl von Objektuntersuchungen wurden Situationen an Mauerwerken erfasst und allgemeine Anforderungen für Vorgehensweisen der Projektbearbeitung abgeleitet. Über Literaturrecherchen sind Daten zu Stein- und Mörteleigenschaften sowie zu bekannten Empfehlungen für Neuverfugungen erfasst und ausgewertet worden. Ergänzend dazu wurden systematische Untersuchungen zur Erfassung relevanter Stein- und Mörtelparameter unter anwendungsnahen Bedingungen durchgeführt. Die Angaben aus der Literatur basierten überwiegend auf standardisierten Untersuchungen, die nicht direkt auf die realen Bedingungen übertragbar waren. Verschiedene Ansätze zur Modellierung von Zusammenhängen zwischen Mauerwerkseigenschaften und Anforderungen an Mörtel für die Verfugung wurden überprüft. An einer Auswahl von historischen Objekten sind einzelne Schritte des Leitfadens erprobt worden. Als Ergebnis ist für Bauherren, Planer und Handwerker eine praxisnahe und herstellerunabhängige Handlungsanweisung entstanden. Im Leitfaden werden Einzelschritte und Schnittstellen aufgezeigt, an denen der Nutzer Entscheidungen zur Vorgehensweise bei der Auswahl von Verfugmörteln treffen muss. Zu den Teilschritten gehören: - Beschreibung von Anlass und Zielen für die Neuverfugung; - Erfassung von Informationen zum Bauzustand des Sanierungsobjektes; - Auswertung der Informationen zum Bauzustand und Bewertung dieser; - Ableitung von Anforderungen an das Verfugmörtelsystem; - Recherche zu verfügbaren Mörteln; - Neuentwicklung von Verfugmörteln; - Erprobung an Musterflächen; - Ableitung einer Anwendungsvorschrift; - Ausführung der Verfugung; - Kontrollen während der Verarbeitung; - Kontrollen unmittelbar nach der Ausführung; - Kontrollen nach mehreren Jahren Standzeit.

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Josef Hegger, N. Kerkeni, H. P. Doser
Gutachten zur Querkraftbemessung von Verbundfugen unter Berücksichtigung von Umlagerungsschnittgrößen
Bauforschung, Band T 3105
2006, 118 S., m. zahlr.Abb.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wurden die Bemessungskonzepte von DIN 1045-1 für die Querkrafttragfähigkeit sowie für die Fugentragfähigkeit hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit auf vorgespannte Elementdecken untersucht. Insbesondere wurden die Umlagerung von Spannungen aus dem Fertigteil in die Ortbetonschicht sowie die Anrechenbarkeit der Normalspannung im Querschnitt innerhalb der genannten Nachweise untersucht.

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Bernd Hillemeier, Brigitte Westphal-Kay
Festigkeits- und Verformungsverhalten von Fugendichtstoffen (FDS) und Fugenbändern (FB) in Kreuz- und T-Stößen zur Entwicklung eines Prüfverfahrens. Tl.1. Festigkeits- und Verformungsverhalten von Fugendichtstoffen (FDS). Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3067
2005, 144 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für Fugendichtstoffe (FDS) in Anlagen zum Lagern, Abfüllen und Umschlagen wassergefährdender Stoffe (LAU-Anlagen) hat das Deutsche Institut für Bautechnik Berlin (DIBt) neue Zulassungsgrundsätze erarbeitet. Sie sehen die Prüfung des Fugendichtstoffs wie in einer Parallelfuge vor. Die Fugendichtstoffe werden im T- oder Kreuzstoß komplex beansprucht. Das in den Zulassungsgrundsätzen vorgegebene Verhältnis der Prüfdehnungen von einaxialer Beanspruchung zu mehraxialer Beanspruchung sollte bestätigt oder korrigiert werden. Zunächst wurde das Verformungsverhalten der Fugendichtstoffe nach den Zulassungsgrundsätzen an vier Fugendichtstoffen untersucht. Die vier Fugendichtstoffe wurden mit denselben Dehnwerten beansprucht. Sie wurden zyklischen Dehnungen bei -20 Grad C zyklischen Stauchungen bei +50 Grad C und zyklischen Scherversuchen bei -20 Grad C unterworfen. Eine neuartige Prüfvorrichtung, mit der die FDS in Parallel- und Kreuzfugen zyklisch gedehnt, gestaucht und geschert werden können, wurde gebaut. Mit dem Finite-Elemente-Programm ANSYS wurden die Zugversuche bei +20 Grad C für zwei Produkte nachgerechnet. Das hyperelastische Materialverhalten der Fugendichtstoffe wurde mit den Materialmodellen nach Mooney-Rivlin, Ogden und Yeoh erfasst. Die Messkurven der Erstbelastung an Parallel- und Kreuzfugen konnten zufriedenstellend abgebildet werden. Für ein Material wurden begleitend Aufnahmen der Verformungen mit der 3D-Photogrammetrie durch das Institut für Fernerkundung und Photogrammetrie der TU Dresden gemacht. Die Simulationsrechnungen bilden die gemessenen Verformungen innerhalb der Fugenoberfläche sehr gut ab. Die normal zur Fugenoberfläche photogrammetrisch ermittelten Verformungen stimmen weniger gut mit den Simulationsergebnissen überein. Für den Vergleich der lokalen Beanspruchungsmaxima zwischen einaxialer Beanspruchung an der Parallelfuge und mehraxialer Beanspruchung an der Kreuzfuge wurde die maximale Hauptspannung S1 herangezogen. Die Simulationsrechnungen bestätigten den in den Zulassungsgrundsätzen fe

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Zeitschriftenartikel

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Fingerloos, Frank; Hornig, Ute; Thaden, Harald von
Erläuterungen zum DBV-Merkblatt "Injektionsschlauchsysteme und quellfähige Einlagen für Arbeitsfugen"
Beton- und Stahlbetonbau, 2022

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Sommer, Mario
Schäden an Fugen und deren Ursachen - Teil 2. Fugen
Fliesen Platten, 2022

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Fülle, Joachim
Elastische Fugen und ihre Tücken. Silikonfugen
Fliesen Platten, 2022

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Gebauer, Bernd; Schmitz, Martin; Willberg, Uwe
Auberg Tunnel: Design and dimensioning of unreinforced construction joints between invert and vault
Tunnel, 2021

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Fingerloos, Frank
DBV Code of Practice ?Injection hose systems and swellable fillers for construction joints? - Additional applications
BFT International, 2021

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Highlights aus dem Programm