Kleben von Naturfaserverbundwerdstoffen auf Mauerwerk zur nachträglichen Verstärkung erdbebengefährdeter Bauwerke

Schriftenreihe Baustoffe und Massivbau, Band 17
Amin Davazdah Emami
Hrsg.: Univ. Kassel, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau, Fachgebiet Werkstoffe des Bauwesens und Bauchemie; Univ. Kassel, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau, Fachgebiet Massivbau
2011, 274 S., 29.7 cm, Softcover
kassel university press
ISBN 978-3-89958-558-2

Inhalt

Herr Emami hat es sich zur Aufgabe gemacht, Möglichkeiten zur Bauwerksverstärkung zu suchen und zu untersuchen, die es ermöglichen, ohne störende Eingriffe in die Architektur die Erdbebensicherheit derartiger Konstruktionen - und damit ihrer Nutzer und Bewohner - entscheidend zu verbessern. Sein Ansatz ist es, mit Hilfe aufgeklebter hochfester und dennoch preiswerter Naturfasertextilien sowohl die Tragfähigkeit als auch die Zähigkeit (Duktilität) bestehender Lehmbauten zu erhöhen. Durch Laborversuche an einer Vielzahl kleinformatiger Proben konnte er zunächst zeigen, dass eine Kombination von hochfestem Naturfasergewebe und Epoxidharz als Kleber die Zug- und Schubfestigkeit vorhandenen Lehm- oder Ziegelmauerwerks entscheidend verbessern kann. Im Gegensatz zur Verstärkung mit künstlichen Fasern wird hier sogar eine sehr große Duktilität erreicht, da die aus Naturfasern gesponnenen Garne zum einen nicht spröde zerreißen und zum anderen die Verbundfestigkeit der Epoxidharz-Verklebung nicht das schwächste Glied darstellt. Somit kann im Sinne der Kapazitätsbemessung ein duktiles Gesamtverhalten erreicht werden. Die Arbeit beschreibt Optimierungsüberlegungen für die Verstärkung von historischem Ziegelmauerwerk mit unterschiedlichen Naturfasertextilien, Ansätze für Festigkeitshypothesen sowie Versuche an mit Naturfaser-Textil verstärkten Mauerwerksproben. Als technisch wie wirtschaftlich besonders vorteilhaft konnte Gewebe aus Jutefasern identifiziert werden. Dieses wurde an einer Vielzahl von Kleinproben bis hin zur Untersuchung des Schubtragverhaltens einer so verstärkten Wand studiert. Der beschriebene vollmaßstäbliche Wandversuch erfolgte an mit Jute-Textil verstärktem Porenbetonmauerwerk. Damit wird einerseits der Bogen zu Mauerwerk aus künstlichen Steinen geschlagen, andererseits die Übertragbarkeit der Kleinversuche auf großformatige Bauteile sichergestellt.

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Publikationslisten zum Thema:
Mauerwerk, Bauwerk(bestehend), Erdbebenbeanspruchung, Verstärkung, Nachträglich, Faserverbundwerkstoff, Faserart, Naturfaser, Textil, Jute, Flachs, Gewebe, Klebverbindung, Epoxidharzkleber, Werkstoffprüfung, Anwendung, Bestand, Erdbebensicherheit, Tragfähigkeitserhöhung, Versuch, Laborversuch, Verbund, Duktilität,

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Zur Instandsetzung von gerissenem Mauerwerk werden heute häufig Spiralanker aus nicht rostendem Stahl verwendet. Ihr Einsatz ist bisher nicht in Normen geregelt und wird nach konstruktiven Gesichtspunkten und praktischen Erfahrungen ausgeführt. In diesem Buch wird erstmalig eine systematische Bemessungsmethodik für den Einsatz von Spiralankern als rissbreitenbeschränkende Mauerwerksbewehrung vorgestellt. Anhand der mechanischen Grundlagen wird ein Bemessungsverfahren abgeleitet und in Beispielrechnungen erläutert. Für die praktische Handhabung werden Zahlenwerte aus Versuchen und aus der Literatur zusammengestellt, die für die Bemessung der Spiralanker unabdingbar sind. Zahlreiche konstruktive Hinweise, angefangen bei der Mauerwerksschwächung durch das Schlitzen bis hin zur Verlegeart der Spiralanker bei Einzel- oder Gruppenrissen, machen den Band zu einem praxisorientierten Werkzeug bei der Instandsetzung älterer und neuerer Gebäude.

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Erfolgskontrolle der regionalen Wirtschaftsförderung
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Im Rahmen des Europäischen Forschungsprojekts SERIES (Seismic Engineering Research Infrastructures for European Synergies) wurden unter der Leitung von Wienerberger und in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam Rütteltischversuche an Mauerwerksgebäuden aus mit Dämmstoff gefüllten Ziegeln durchgeführt.; Das Verhalten von dämmstoffgefüllten Ziegeln unter seismischer Belastung wurde bis jetzt nur durch zyklische Schubversuche an einzelnen Wänden untersucht. Deshalb war das Ziel dieser Untersuchungen, das seismische Verhalten von unbewehrtem Mauerwerk aus diesen Ziegeln an realen Gebäuden im Maßstab 1:1 zu evaluieren. Es wurden zwei Gebäude mit unterschiedlicher Grundrissgeometrie errichtet und mit dem 3D-Rütteltisch unterschiedlichen seismischen Belastungsstufen mit steigender Intensität ausgesetzt. In diesem Beitrag werden die wichtigsten experimentellen Ergebnisse zum Tragverhalten der Gebäude zusammengefasst. Der experimentelle Aufbau wird detailliert dargestellt und das dynamische Verhalten und die beobachteten Versagensmechanismen werden diskutiert. Aus den Versuchsergebnissen werden Verhaltensbeiwerte abgeleitet und Zwischenstockwerksverschiebungen in Abhängigkeit der seismischen Intensität ausgewertet. Der Artikel schließt mit einer Zusammenfassung und den daraus abgeleiteten wichtigsten Schlussfolgerungen.

Hybride Multidirektionaltextilien zur Erdbebenverstärkung von Mauerwerk. Experimente und numerische Untersuchungen mittels eines erweiterten Makromodells

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Die durch Erdbeben induzierten, horizontalen Beschleunigungen generieren hohe horizontale Belastungen auf Mauerwerksstrukturen. Schädigungen des tragenden Systems der Struktur sind die Folge. Die Verwendung von Mauerwerk in seismisch aktiven Regionen erfordert daher Verbesserungen im Abtragen von horizontalen Belastungen. Die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen stellt eine effiziente Möglichkeit zur Verbesserung des Verhaltens von Mauerwerk im Nachbruchbereich dar und ermöglicht so ein verbessertes Tragverhalten. Textilverstärkungen für Mauerwerk basieren vorwiegend auf bidirektionalen Strukturen. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur Findung von Textilien sein, die dem richtungsabhängigen Verhalten von Mauerwerk gerecht wird. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt daher auf der Entwicklung hybrider Textilien, die eine multidirektionale Faserrichtung aufweisen. Verwendet wurden dabei zementöse, epoxydharzveredelte Matrizen, die bauphysikalisch unbedenklich auch großflächig anwendbar sind. Die hybride Ausführung ermöglicht die gleichzeitige Verwendung von Fasern mit differierenden mechanischen Eigenschaften in gleicher Faserrichtung. So lässt sich eine Verbesserung der Tragfähigkeit durch hochfeste Fasern erreichen, während hochduktile Fasern den Zusammenhalt der Struktur auch bei großen Deformationen gewährleisten. Dadurch kann ein Gesamtversagen der Struktur erreicht werden. Die umfangreichen experimentellen Untersuchungen werden differenziert nach Kleinversuchen, Kleinwandversuchen und geschosshohen Wandscheibenexperimenten.

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Faseranker und -nadeln (FaAnNa) - Einsatz von Ankern und Nadeln aus Faserwerkstoffen bei der Sanierung historischer Bauwerke

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Die Verankerung und Vernadelung von Mauerwerk mit Stabstahl wird heute bei der Sanierung historischer Bauwerke häufig angewendet. Der Nachteil dabei ist, dass ein Korrosionsschutz bei schwarzem Stahl bzw. Edelstahl zum Einsatz kommen müssen. Verpressmörtel auf Zementbasis führen bei sulfathaltigem Mauerwerk zu Verträglichkeitsproblemen. Der Einsatz von Edelstahl ist mit hohen Kosten verbunden. Faserverstärkte Kunststoffe stellen hier eine Alternative dar. Mit dem Forschungsvorhaben sollten wesentliche Grundlagen für den Einsatz von Faserverbundbewehrung zur Verankerung und Vernadelung von historischem Mauerwerk erforscht und für die Praxis die entsprechenden Daten und Bemessungsalgorithmen bereitgestellt werden. Die Untersuchung wurde bei den wesentlichen Materialien, dem Faserverbundwerkstoff, dem Mauerwerk und dem Injektionsgut begonnen. Aus den Erkenntnissen zum Verhalten von unterschiedlichem historischem Mauerwerk ist das Anforderungsprofil an das Anker- und Nadelmaterial auf der Basis einer umfangreichen Werkstoffanalyse festgelegt worden. Im Anschluss an die theoretischen Untersuchungen sind experimentelle Untersuchungen angeschlossen worden. Die technologische Erprobung erfolgte an zwei konkreten Objekten in der Praxis, dem Schloss Steinort in Polen und der Sicherung des westlichen Iwans in der Weltkulturerbestätte Tahkt-e Soleyman im Iran.

Rationellere Herstellung von zweischaligem Mauerwerk durch Linienverankerung von Vormauerschalen. Abschlussbericht

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Die zweischalige Wand mit Wärmedämmung ist als Außenmauerwerk eine seit langem bewährte Wandkonstruktion, mit der alle wesentlichen Anforderungen - Tragfähigkeit, Wärme-, Schall- und Witterungsschutz - optimal erfüllt werden können. Die Verbindung der Vormauerschale mit der tragenden Innenschale erfolgt in der Regel durch die flächenhafte Anordnung von Drahtankern. Diese Bauweise ist in DIN 1053-1 geregelt. Durch eine linienhafte Verankerung, beispielsweise geschossweise, die nach DIN 1053-1 grundsätzlich möglich ist, können technische und wirtschaftliche Vorteile erzielt werden, Bemessungs- und Ausführungsregeln unter Bezug auf die relevanten Baustoffeigenschaften fehlen bislang. Ziel des Forschungsvorhabens war daher die Erarbeitung der wesentlichen Grundlagen für eine rationellere Ausführung von zweischaligem Mauerwerk durch linienhafte Verankerung. Zunächst wurden in einer Literaturrecherche grundsätzlich mögliche Traglastmodelle und Berechnungsverfahren für die zweiachsige Biegebeanspruchung der Verblendschalen zusammengestellt. Es folgt eine vergleichende Betrachtung und Bewertung der Verfahren untereinander. Die Literaturrecherche wurde bezüglich Konstruktions- und Ausführungsempfehlungen von linienhaften Vormauerschalen ergänzt. Die vorliegenden Untersuchungsergebnisse zur Biegezugfestigkeit von kleinformatigem Ziegelmauerwerk wurden in einer Datenbank erfasst und ausgewertet. Es wurden zahlreiche Biegezugversuche an kleinen Mauerwerkwänden parallel und senkrecht zu den Lagerfugen sowie auch bei gleichzeitiger Normalkraftbeanspruchung durchgeführt. Ferner wurden umfangreiche Untersuchungen an den verwendeten Baustoffen durchgeführt, um u. a. geeignete Ersatzprüfverfahren zur Bestimmung der Mauerwerk-Biegezugfestigkeit bzw. zum Nachweis einer ausreichenden Tragfähigkeit abzuleiten. Die durchgeführten Untersuchungen liefern wesentliche Erkenntnisse über das Biegetragverhalten von Verblendmauerwerk, die für die Herleitung eines zutreffenden Bemessungsmodels, das die Systemtragfähigkeit des Mauerwerks ausnut

U. Meyer
Rissesicherung und Rißbreitenbeschränkung durch konstruktive Lagerfugenbewehrung in Mauerwerkbauteilen. Abschlußbericht
Bau- und Wohnforschung, Band F 2255
1994, 126 S.,
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Risse in Mauerwerkbauteilen können durch Zugspannungen infolge behinderter Formänderungen, z.B. infolge Schwinden der Mauerwerkbaustoffe, Temperaturänderungen oder Stützenänderungen oder Stützensenkungen, entstehen. Erfahrungsgemäß ist dies besonders kritisch in wenig oder gar nicht belasteten Mauerwerkbauteilen wie Außenschalen von zweischaligem Mauerwerk, leichten Trennwänden oder Ausfachungen. Durch die Verwendung einer geeigneten konstruktiven Bewehrung lassen sich Rißschäden in vielen Fällen vermeiden. Ziel des Forschungsvorhabens war daher die Ermittlung von erforderlichen Mindestbewehrungsgehalten zur Beschränkung der Rißbreiten für bewehrtes Mauerwerk in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Mauerwerkbaustoffe. Die maßgebenden Einflußgrößen für die Dimensionierung einer Mindestbewehrung sind die Mauerwerkzugfestigkeit parallel zu den Lagerfugen und die Stahlspannung am Riß. Aus den Ergebnissen der Verbundversuche wurden unter Verwendung der klassischen Rißtheorie Mindestbewehrungsgehalte für verschiedene Mauerstein-Mauermörtel-Kombinationen abgeleitet. Mit dem vorgeschlagenen Ansatz zur Berechnung der Rißbreiten in bewehrtem Mauerwerk konnten die im Versuch ermittelten Rißbreiten ausreichend genau abgeschätzt werden. (-y-)

R. Hirsch
Einfluß des Verbandes "Läufer-, Binderverband; Einstein-, Verbandsmauerwerk" auf die Mauerwerksdruckfestigkeit. Abschlußbericht
Bauforschung, Band T 2570
1993, 74 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

Die Festlegungen im z.Zt. überarbeiteten Entwurf des EC 6 (Juli 1993) sehen vor, die Mauerwerksfestigkeit bei Verbandsmauerwerk um etwa 15% gegenüber Einsteinmauerwerk abzumindern. Von der TU Prag vorgelegte Versuchsergebnisse geben jedoch Veranlassung, die Druckfestigkeit bei Verbandsmauerwerk um bis zu 50% abzumindern. Darüber hinaus müßte bei Einsteinmauerwerk ein Unterschied gemacht werden zwischen im Läufer- oder Binderverband ausgeführtem Mauerwerk. Von deutscher Seite lagen keine verwertbaren Versuche vor, auch gaben andere Länder an, keine Versuchsergebnisse vorlegen zu können. Es wurden daher entsprechende Untersuchungen durchgeführt. Verwendet wurden 3 Steinarten (1 Hochlochziegel, 1 Kalksandstein-Lochstein, 1 Yali-Stein). Als Mörtel wurde ein Kalk-Zement-Mörtel M5 genommen. Es wurden Mauerwerksprüfkörper in 3 verschiedenen Mauerwerksverbänden hergestellt und auf Druckfestigkeit geprüft: Läuferverband, Binderverband, Kreuzverband. Zwischen Läuferverband und Binderverband ergaben sich keine Unterschiede. Das Verhältnis der Mauerwerksdruckfestigkeiten von Verbands- und Einsteinmauerwerk ergab sich bei Hochlochziegeln zu 0,9. Bei den Yali-Steinen und den Kalksandsteinen ergab sich kein Unterschied zwischen Einstein- und Verbandsmauerwerk. Als Ergebnis der Versuche wird unter Berücksichtigung der aus Prag vorgelegten Versuchsergebnisse ein Wert von K=0,45 für Verbandsmauerwerk aus Steinen der Gruppe 2 des EC 6 vorgeschlagen. (-z-)

Gert König, Andreas Fischer
Vermeiden von Schäden im Mauerwerk- und Stahlbetonbau. Abschlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1991, 116 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

Ziel des Forschungsvorhabens war es, dem Anwender einfache Hilfsmittel zum Erkennen von Schwachstellen und zur Vermeidung von Rißschäden im Mauerwerk- und Stahlbetonbau zur Verfügung zu stellen. Dazu sind die möglichen Ursachen (Schwinden, Temperatur, etc.) aufzuzeigen, einfache Berechnungsverfahren zusammenzustellen und Konstruktionshinweise bzw. -regeln anzugeben. Zunächst wurden aus der Literatur und eigener gutachterlicher Tätigkeit die häufigsten Rißschäden zusammengetragen und auf ihre Ursachen hin untersucht. Anschließend werden Berechnungsverfahren entwickelt, von denen einfache Bemessungsvorschläge und Konstruktionsregeln abgeleitet werden. Teilweise bereits bekannte Bemessungsregeln werden erläutert. Risse entstehen unter Zugbeanspruchung beim Überschreiten eines gewissen Verformungsmasses. Als wesentliche Ursachen sind elastische Verformungen und Verformungen infolge von Kriechen, Schwinden bzw. Quellen und Temperaturunterschieden zu nennen, je nach Baustoff sind die Auswirkungen unterschiedlich stark. Die genannten Ursachen bewirken Längenänderungen oder Durchbiegungen. (-y-)

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Zeitschriftenartikel

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Wigger, Heinrich; Twelmeier, Heiko
Erhaltung und Instandsetzung von Mauerwerk. Konstruktion und Tragfähigkeit
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2021

Fath, Maren; Sieder, Mike
Bestandsbewertung für Aufstockungsmaßnahmen
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2021

Bühler, Dirk
Die Baugesellschaft Gebrüder Rank und ihre spanischen Ziegelgewölbe in München
Das Mauerwerk, 2020

Schermer, Detlef
Extrem beansprucht - der Sockelbereich monolithischer Wandkonstruktionen. Fachgerechte Ausbildung des Fußpunktes
BauPlaner Special, 2020

Küenzlen, Jürgen H. R.; Scheller, Eckehard; Becker, Rainer; Kuhn, Thomas
Baustellenversuche für Metall-Injektionsanker im Verankerungsgrund Mauerwerk. Regelungen und Praxistipps - Teil 1
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2020

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