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Knoten für Tragkonstruktionen aus betongefülltem Faser-Kunststoff-Verbund, inspiriert von der Biomechanik pflanzlicher Verzweigungen. Sondierung einer neuen Bauweise für Tragknoten aus geflochtenem Textil und Beton

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[Quelle: https://elib.uni-stuttgart.de]

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Knotens für verzweigte Tragkonstruktionen aus betonverfüllten Faserverbundwerkstoffen in der Architektur und im Bauwesen. Basierend auf der Analyse der Funktionsprinzipien pflanzlicher Verzweigungen wird ein biegesteifes Bauteil mit hohen Beanspruchbarkeiten und großer geometrischer Gestaltungsfreiheit entwickelt. Biologisches Vorbild sind ausgewählte pflanzliche Verzweigungen der Araliengewächse, die hinsichtlich ihrer Effizienz des Lastabtrags untersucht werden. Um transversal isotrope Materialien in der strukturmechanischen Simulation berücksichtigen zu können, wird eine Methode zur Ermittlung der Faserorientierungsinformation aus Mikro-Computertomografie- Daten erarbeitet. Das Konzept der Bauteilentwicklung beruht auf den vorgefundenen Prinzipien, wie dem Einsatz faserartiger Strukturen und deren lastangepasster Anordnung. Der verzweigte Tragknoten besteht aus einem Kern aus Beton und einer Hülle aus Faser-Kunststoff-Verbund (FKV). um· einen kontinuierlichen Verlauf der Carbonfasern über den Verzweigungsbereich des Bauteils und eine lastpfadangepasste Ablage zu ermöglichen, wird das Flechtverfahren zur Verarbeitung der textilen Verstärkung gewählt. Die FKV-Hülle nimmt Druckkräfte und Zugkräfte resultierend aus Momenteneinwirkung auf. Zusätzlich steigert sie die Drucktragfähigkeit des Betons durch Umschnürungswirkung, indem sie dessen Dehnung behindert und einen mehraxialen Spannungszustand hervorruft. Belastungsversuche der Bauteile und deren numerischmechanische Analyse zeigen das Tragverhalten der neuen, hybriden Tragknoten und demonstrieren deren Funktionsfähigkeit sowie das Anwendungspotential für verzweigte Konstruktionen.

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Bücher, Broschüren

Raimond Dallmann
Baustatik, 1, Berechnung statisch bestimmter Tragwerke
Lehrbücher des Bauingenieurwesens
6., aktualis. Aufl.
2020, 210 S., zweifarbig. 230 mm, Hardcover
Hanser Fachbuchverlag

 

 

Die Baustatik bildet die Grundlage für alle konstruktiven Lehrgebiete des Ingenieurbaus. Band 1 vermittelt auf anschauliche Weise die Methoden zur Berechnung statisch bestimmter Tragwerke. Inhaltlicher Schwerpunkt ist die Ermittlung von Schnittgrößen, weiterhin werden mechanische Grundlagen, das Prinzip der virtuellen Verschiebungen, die Ermittlung von Einflusslinien für Schnittgrößen sowie räumliche Systeme behandelt. Die theoretischen Zusammenhänge werden durch zahlreiche Berechnungsbeispiele ausführlich erläutert. Eine Vielzahl von Aufgaben mit Lösungen ermöglichen die eigenständige Übung des Lehrstoffes. Das Buch wendet sich an Studienanfänger des Bauwesens und ist durch die Eignung zum Selbststudium eine wichtige Ergänzung zur Lehrveranstaltung sowie eine wertvolle Hilfe zur Prüfungsvorbereitung. Für die sechste Auflage wurde das Lehrbuch aktualisiert und korrigiert.

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Horst Herrmann, Wolfgang Krings
Kleine Baustatik
Grundlagen der Statik und Berechnung von Bauteilen
19., Aufl. 2020 xi,
2020, 243 S., 217 SW-Abb. 210 mm, Softcover
Springer

 

 

Der Autor bietet konkrete Hilfe und zeigt, dass Statik kein wesensfremdes Gebiet, sondern ein ständiger Begleiter im beruflichen Alltag ist. Das in der 19. Auflage aktualisierte Lehrbuch "Kleine Baustatik" mit bewährtem Inhalt vermittelt wichtige Grundlagenkenntnisse der Baustatik und umfasst alle aktuellen Eurocode-Normen im Holz-, Mauerwerks- und Stahlbetonbau. Dabei wird die oft so gefürchtete Statik einfach und leicht dargestellt. An über 75 Beispielen werden die einzelnen Berechnungsgänge erläutert, und über 90 Übungen sollen dazu dienen, die erlernten Stoffinhalte zu vertiefen und zum selbstständigen Lösen von Aufgaben anzuhalten. Die hierzu erforderlichen Zahlenwerte und Auszüge aus den aktuellen Eurocodes sind im Anhang, Kapitel 12 in 45 Tabellen enthalten. Abschließend ist in Kapitel 11 für ein einfach konzipiertes, kleines Wochenendhaus eine statische Berechnung nur der wichtigsten Bauteile angefügt. Hierbei sollen viele Erkenntnisse, die man beim Durcharbeiten des Buches erworben hat, im Rahmen einer praxisnahen Anwendung noch einmal wiederholt und vertieft werden.

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Adriano Oprandi
Angewandte Differentialgleichungen, Band 3. Baudynamik
De Gruyter Studium
2020, 208 S., 67 b/w ill. 240 mm, Softcover
De Gruyter

 

 

Das sechsbändige Werk befasst sich mit den Anwendung von Differentialgleichungen in diversen Bereichen der Physik, Ingenieurwesen, Mathematik, Biologie und Soziologie. In jedem Buch wird die Theorie einleitend behandelt, dann werden die verschiedenen Anwendungen und Beispiele im Detail erklärt und diskutiert. Der 3. Band fokussiert auf die klassische Statik: Saiten, Balken und Platten.

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Werner Kirsch
Statik im Bauwesen, .2. Festigkeitslehre
Praxis
20., Aufl.
2019, 252 S., 210 mm, Softcover
Beuth

 

 

Band 2 des insgesamt vierbändigen Lehrbuches "Statik im Bauwesen" enthält die Grundlagen der Festigkeitslehre, gegliedert nach Festigkeitsarten und Stabilitätsfällen. Vor dem Hintergrund der Vorgaben durch Eurocode 3 werden Beanspruchungen der Querschnitte durch Schnittgrößen und Formänderungen erörtert.

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Statik im Bauwesen, .3. Statisch unbestimmte ebene Systeme
Beuth Studium
15., überarb. Aufl.
2019, 314 S., 210 mm, Softcover
Beuth

 

 

Der dritte Band der Reihe "Statik im Bauwesen" behandelt die Grundlagen für die Ermittlung der Stütz- und Schnittgrößen einfacher statisch unbestimmter ebener Systeme. Neben Erkenntnissen über die Beanspruchungen und den Kräfteverlauf im Inneren der Bauteile sowie über Formänderungen werden auch elementare Fertigkeiten im Berechnen vermittelt. Aus dem Inhalt: Einführung // Ein- und zweiseitig eingespannte Träger // Durchlaufträger // Elastische Formänderungen // Statisch unbestimmte Rahmen // Statisch unbestimmte Fachwerke // Formänderung bei statisch unbestimmten Stabwerken // Einflusslinien.

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Forschungsberichte

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Wolfram Jäger, Hassan Youssef, Fabian Meyer
Faseranker und -nadeln (FaAnNa) - Einsatz von Ankern und Nadeln aus Faserwerkstoffen bei der Sanierung historischer Bauwerke
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3187
2020, 174 S., 163 Abb. u. 19 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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.

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Jaroslav Novak, Martin Heßler, Wolfgang Jehl, Norbert Sack
Fenstermontage in hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk
Erarbeitung eines Leitfadens zur Befestigung von energieeffizienten Fenstern in hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3087
2019, 166 S., 128 Abb. u. 88 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Um die Anforderungen an den gestiegenen Wärmeschutz von Wänden zu erfüllen, wurde die Wärmeleitfähigkeit von Ziegelmauerwerk in den letzten Jahren deutlich reduziert. Mit der entsprechenden Verbesserung der wärmetechnischen Eigenschaften ging jedoch gleichzeitig eine Reduzierung der mechanischen Festigkeiten einher. Zur Reduzierung des Wärmdurchgangskoeffizienten U von Fenstern und anderen transparenten Bauelementen wird der Einsatz von 3-fach Glas in Zukunft Standard werden. Der Trend des Transparenten Bauens führt zu Bauelementen und somit auch zu größeren Glasflächen. Die Anforderungen an den Komfort (z. B. Schallschutz) sowie an die Sicherheit (z. B. Einbruchhemmung) werden auch in Zukunft steigen. Hierdurch wird vermehrt Isolierglas mit Verbundscheiben eingesetzt werden. Durch diese Entwicklungen ergeben sich heute und auch in Zukunft deutlich höhere Gewichte von transparenten Bauelementen. Ziel des Forschungsvorhabens war die Erarbeitung von praxisnahen Handlungsempfehlungen zur Fensterbefestigung in hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk. Im Rahmen des Projektes sollten gesamtheitliche praxistaugliche Lösungen erarbeitet werden. Zur Erreichung der Ziele waren umfangreiche experimentelle Untersuchungen vorgesehen. Im Rahmen der Untersuchungen sollten die Belastungsgrenzen für Befestigungslösungen in hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk herausgearbeitet werden sowie baupraktische Lösungsvorschläge erarbeitet werden, die auch spezielle Einbausituationen (z. B. untere Befestigung bei Hochlochziegeln) berücksichtigen. Die Erkenntnisse sollten sowohl durch Untersuchungen an Kleinproben, als auch durch komplette Bauteilversuche erarbeitet werden.

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C.-A. Graubner, Tilo Proske, Jochen Zeier
Entwicklung einer thermischen Entkoppelung von Stahlbetonwänden im Wand-Deckenknoten
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3134
2019, 152 S., 87 Abb. u. 48 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Gegenwärtig werden Wände im Übergangsbereich von unbeheizten zu beheizten Räumen nicht oder nur in Teilbereichen gedämmt. Dadurch entstehen erhebliche Wärmebrücken. Durch einen innovativen Wand-Decken-Anschluss könnte eine Verbesserung der wärmedämmenden Eigenschaften des Gebäudes erreicht werden. Derzeit gibt es für Wand-Decken-Anschlüsse im Stahlbetonbau kein geeignetes integrales System mit Dämmwirkung und lastabtragender Funktion. Daher sollten im Forschungsvorhaben die wissenschaftlichen Grundlagen für Anschlüsse zur thermischen Entkoppelung zwischen Stahlbetonwänden und Decken erarbeitet werden. Hinsichtlich der Methodik gliedert sich das Vorhaben in drei Teilbereiche: den theoretischen Teil, den experimentellen Teil sowie den analytischen Teil. Grundlage zur Anwendbarkeit des Wandanschlusses bildet die Erfüllung der bauphysikalischen Einflüsse. Wesentlich ist hierbei die Vorgabe aus dem Brandschutz, dass kraftübertragende Bereiche nur aus nichtbrennbaren Materialien bestehen dürfen. Mithilfe einer numerischen Berechnung zur Bestimmung des Wärmeflusses am Wand-Decken-Knoten konnte die einzuhaltende Wärmeleitfähigkeit für den Wandanschluss bestimmt werden.

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Jörg Lange, Alexander Engel
Tragfähigkeit von direkt befestigten Sandwichelementen unter zyklischer Beanspruchung. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3365
2019, 214 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Abminderung der Tragfähigkeit von direkten Befestigungen unter zyklischer Beanspruchung anhand eines umfangreichen Versuchsprogramms zu bestimmen und ggf. gegenüber der bisherigen Zulassungspraxis zu verbessern. Zu diesem Zweck wurden Durchknöpfversuche gemäß prEN 14509-2 an kleinformatigen Sandwichelementen verschiedener Hersteller, Kernmaterialien, Elementhöhen und Deckblechdicken sowie Schrauben verschiedener Hersteller am Mittel- und Endauflager durchgeführt und ausgewertet. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse des Forschungsvorhabens, dass die zyklische Tragfähigkeit direkt befestigter Sandwichelemente von einer Vielzahl an Faktoren abhängt, die nicht ausreichend durch Versuche an Bügelproben abgebildet werden können. Die ermittelten zyklischen Abminderungsfaktoren unterscheiden sich hinsichtlich des verwendeten Kernmaterials und der Lage im Bauteil. Die Angabe eines pauschalen Abminderungsfaktors ist aufgrund der vielzähligen Einflüsse nicht zweckmäßig und unwirtschaftlich. Eine Differenzierung des Faktors wird empfohlen.

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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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Zeitschriftenartikel

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Claus, Timo; Seim, Werner
Zapfenverbindungen im Holzbau - bruchmechanische Analyse und Vorschlag eines Berechnungsmodells
Bautechnik, 2020

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Li, Zheng; Loebjinski, Maria; Pasternak, Hartmut
Statistischer Maßstabseffekt und seine Bedeutung für die Zuverlässigkeit im Stahlbau. Teil 2 - Zuverlässigkeitsanalyse
Bautechnik, 2020

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Li, Zheng; Pasternak, Hartmut
Statistischer Maßstabseffekt und seine Bedeutung für die Zuverlässigkeit im Stahlbau. Teil 1 - Modell und Versuch
Bautechnik, 2020

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Ratsch, Nils; Böhm, Stefan; Myslicki, Sebastian; Voß, Morten
Einkleben von Gewindestangen in Laubholz bei niedrigen Temperaturen
Bautechnik, 2020

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Seidel, Marc; Wegener, Filip; Van Dijk, Ingmar
Influence of flange dimensions and geometrical imperfections on stress concentrations at welded flange necks
Stahlbau, 2020

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