Kosteneinsparung durch Anwendung zerstörungsfreier Prüfverfahren für Betonbauteile beim Bauen im Bestand (Softcover)

In diesem Buch wird das Verformungsverhalten von ermüdungsbeanspruchtem Beton untersucht. Die Untersuchungen basieren auf der Hypothese, dass infolge der Ermüdungsbeanspruchung elastische, viskose, thermische und schädigungsinduzierte Dehnungen im Beton auftreten. Es wird ein additives Dehnungsmodell für ermüdungsbeanspruchten Beton entwickelt, bei dem sich die einzelnen Dehnungsanteile in Abhängigkeit von der Zahl der Lastwechsel, der Versuchsdauer und den zyklischen Beanspruchungsparametern individuell entwickeln. Kernstück ist dabei die Bestimmung eines kriechaffinen Beanspruchungsniveaus, um den viskosen Verformungsanteil in Abhängigkeit von der Ermüdungsbeanspruchung abschätzen zu können. Das kriechaffine Beanspruchungsniveau wird anhand einer rheologischen Modellvorstellung und für verschiedene Kriechtheorien abgeleitet und für unterschiedliche Mittelspannungen, Spannungsamplituden und Belastungsfrequenzen bestimmt. Auf der Grundlage des additiven Dehnungsmodells werden die gemessenen Dehnungen ermüdungsbeanspruchter Betonproben zerlegt und analysiert. Auf diese Weise werden neue Erkenntnisse zum Dehnungsverhalten von ermüdungsbeanspruchtem Beton gewonnen.

Der Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen haben im Bereich von Parkhäusern und Tiefgaragen aufgrund der dort herrschenden Beanspruchungen eine besondere Bedeutung. Dies gilt vorrangig für die Instandhaltung von solchen Parkdecks, die direkt befahren sind, da diese erheblichen Beanspruchungen aus Chloriden in Kombination mit wechselnd nassen und trockenen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Wichtigste Voraussetzung für die sachkundige Planung von Instandsetzungsmaßnahmen ist die Ist-Zustandserfassung der betroffenen Betonbauteile. Dazu gehört nicht nur die Aufnahme von augenfälligen Schadensbildern, sondern auch die eingehende Untersuchung von schadensträchtigen Betonbauteilen. Diese wird üblicherweise mittels einer Kombination aus zerstörungsfreien und zerstörungsarmen Prüfverfahren durchgeführt. Welche Verfahren und Verfahrenskombinationen sind für eine Ist-Zustandserfassung von Betonbauteilen geeignet und haben sich in der Praxis bewährt? Was ist bei ihrer Durchführung zu beachten und wie sind die Prüfergebnisse zu beurteilen? Das Heft geht diesen Fragen nach und gibt entsprechende Antworten beziehungsweise liefert Ansätze für Problemlösungen. Die Beiträge wurden von Autoren erarbeitet, die bei den vom DBV jährlich bundesweit veranstalteten Arbeitstagungen zur Betoninstandsetzung referierten.

Die Beurteilung der Standsicherheit von bestehenden Tragwerken unterscheidet sich grundsätzlich von der Bemessung neu herzustellender Tragwerke. Während bei Bestandstragwerken Informationen über die tatsächlichen Materialeigenschaften infolge einer qualifizierten Bestandsaufnahme In-situ ermittelt werden können, sind diese zum Zeitpunkt der Tragwerksplanung eines Neubaus noch unbekannt. Baustatische Nachweise müssen im Regelfall in beiden Fällen auf Basis der aktuellen technischen Baubestimmungen erfolgen, deren Sicherheits- und Nachweiskonzept zur Erstellung von Neubauwerken konzipiert wurde. Die Ermittlung der In-situ-Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder Bauteilen kann - je nach Zielstellung - auf unterschiedlichen Wegen erfolgen. Das Merkblatt soll vor dem Hintergrund aktueller Diskussionen in Fachkreisen im Zusammenhang mit der Neufassung des Nationalen Anhangs praktische Hilfestellungen zu einer qualifizierten Bestimmung der Bauwerksdruckfestigkeit unter Anwendung der DIN EN 13791 [R14] geben.

Das Merkblatt B 11 beschreibt den derzeitigen Stand der Technik zur Anwendung des zerstörungsfreien Impakt-Echo-Verfahrens im Bauwesen. Es gibt die erforderlichen Informationen und Entscheidungsgrundlagen für Einsätze an Bauwerken und im Labor. Es enthält neben einer Erläuterung der naturwissenschaftlich-technischen Grundlagen auch die Beschreibung des Verfahrens mit Angaben zur Gerätetechnik sowie eine Übersicht über die Einsatzmöglichkeiten, die durch Anwendungsbeispiele illustriert werden. Weitere Abschnitte behandeln das Prüfprotokoll und die Personalqualifikation. Das Merkblatt richtet sich an Nutzer und potentielle Anwender dieses Prüfverfahrens sowie an alle am Verfahren Interessierten. Es soll Auftraggebern und Auftragnehmern eine gemeinsame Basis zur Verständigung über die Möglichkeiten, Einsatzanforderungen und Grenzen des Verfahrens bieten und kann als Bestandteil einer Ausschreibung dienen. Als detaillierte Verfahrensanweisung ist das Merkblatt jedoch nicht gedacht. Zum Verständnis wird nur ein allgemeines technisches Hintergrundwissen vorausgesetzt.

Tragwerke für Windenergieanlagen unterliegen während ihrer Lebensdauer großen zyklischen Beanspruchungen mit hohen Lastwechselzahlen. Neben den maximalen Einwirkungen sind daher die Ermüdungsbeanspruchungen für die Dimensionierung der Tragkonstruktion von entscheidender Bedeutung. Der Ermüdungsnachweis für Beton basiert auf einer linearen Schädigungshypothese nach Palmgren und Miner. Die Anwendung dieser vereinfachten linearen Akkumulationshypothese kann aber zu unsicheren oder unwirtschaftlichen Bemessungsergebnissen führen, da der tatsächlich stark nichtlinear verlaufende Ermüdungsprozess im Beton nicht ausreichend genau berücksichtigt wird. Ebenfalls können durch diesen linearen Schädigungsansatz nicht die Auswirkungen unterschiedlicher Belastungsreihenfolgen sowie Einflüsse aus mehraxialen Beanspruchungszuständen auf die resultierende Ermüdungslebensdauer berücksichtigt werden. Daher wird in der vorliegenden Arbeit, aufbauend auf einem mechanisch begründeten Ermüdungsmodell aus der Literatur, eine Vorgehensweise zur Beschreibung der Steifigkeits- und Schädigungsentwicklung in Beton unter mehrstufiger und mehraxialer Ermüdungsbeanspruchung entwickelt. Zur Validierung des mehrstufigen Schädigungsansatzes werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Die erforderlichen Materialkennwerte für mehraxiale Beanspruchungszustände werden aus Literaturangaben abgeleitet und anhand von mechanischen Modellüberlegungen entwickelt. Das modifizierte Schädigungsmodell wird an das FE-Programm ABAQUS© adaptiert. Damit wird ein Spannbetonschaft einer Windenergieanlage der Multi-Megawattklasse numerisch untersucht. Die Ergebnisse zeigen deutlich den Einfluss der Belastungsreihenfolge auf die Ermüdungslebensdauer. Ferner wird offenkundig, dass sich durch Spannungsumlagerungen im Querschnitt erheblich geringere Ermüdungsschädigungen ergeben als bei Berechnungen, in denen die Spannungsumlagerungen nicht berücksichtigt werden. Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass durch eine gleichzeitig auftretende Querdruck- oder Querzugbeanspruchung die resultierende Ermüdungslebensdauer signifikant beeinflusst wird. Die aus der numerischen Simulation gewonnenen Erkenntnisse werden im Grundsatz durch die Ergebnisse von in-situ-Messungen an einem Spannbetonschaft bestätigt. Die Auswertungen zeigen, dass die bisher gemessenen Dehnungen allein durch äußere Belastungen und Langzeiteinflüsse aus Schwinden und Kriechen erklärt werden können. Es traten keine Dehnungsentwicklungen auf, die auf Ermüdungsschädigungen an den einzelnen Messstellen hinweisen würden.

In massigen Stahlbetonbauteilen, deren freie Verformung behindert wird, können bereits während der Hydratation Risse im jungen Beton auftreten. Die risserzeugenden Zwang- und Eigenspannungen entstehen durch behinderte thermische Volumendehnung während der Erwärmung und nachfolgenden Abkühlung als Folge der Temperaturentwicklung durch die exothermische Zementhydratation.Während der Hydratation sind die Werkstoffeigenschaften des Betons zeitlich veränderlich und entwickeln sich unterschiedlich schnell. Durch die starke Relaxationsfähigkeit werden die entstehenden Spannungen teilweise wieder verringert. Aufgrund des ausgeprägten nichtlinearen Materialverhaltens im jungen Betonalter und den vielfältigen Einflussfaktoren auf die Spannungsentwicklung handelt es sich um ein sehr komplexes und umfangreiches Themengebiet.Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf zwei Schwerpunktbereiche. Ein Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von Berechnungsalgorithmen zur wirklichkeitsnahen Ermittlung der Temperatur- und Spannungsfelder infolge der Wärmefreisetzung während der Hydratation und deren Implementierung in das Programmsystem ANSYS.Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Analyse und Interpretation von Temperatur- und Dehnungsmesswerten einer abschnittsweise hergestellten massiven Schleusenwand und der zugehörigen Ergebnisse von numerischen Vergleichsrechnungen.

Wird durch eine verbesserte Überwachung der Bauausführung auch die Tragwerkzuverlässigkeit erhöht? Diese Fragestellung ist Motivation der vorliegenden Arbeit. Eine quantitative Beurteilung erfolgt auf wahrscheinlichkeitstheoretischer Grundlage. Die Sreuungen der in den probabilistischen Analysen eigenhenden Variablen werden zunächst durch statistische Auswertung einer umfangreichen Datenbasis analysiert. Diese Daten entstammen der Güteüberwachung und zahlreicher in der Literatur beschriebenen Bauteilversuche. Insbesondere für die bei Betonbauteilen maßgebenden Widerstandsmodelle des Normalkraft- Biege-, Querkraft- und Durchstanzversagens werden die Streuungen der Widerstandsmodelle ausgewertet und diskutiert. In einer probabilistischen Berechnung gehen die zuvor bestimmten Variablen auf der Beanspruchungs- und Bauteilwiderstandsseite ein. Ein Vergleich unterschiedlicher Überwachungsintensitäten wird durch den Ansatz differenzierter Streumasse für die Eingangsgrößenin diese probabilistischen Berechnung ermöglicht. Mit dem berechneten Zuverlässigkeitsindex wird die Versagenswahrscheinlichkeit ermittelt. Zudem kennzeichenen die ebenfalls bestimmten Wichtungsfaktoren die wesentlichen Einflussgrößen. Aus dem Zuverlässigkeitsindex und den Wichtungsfaktoren bzw. den Streumassen der statistischen Variablen wird der Teilsicherheitsbeiwert ermittelt. DIe Auswirkungen der Überwachungsmaßnahmen werden durch einen Vergleich diese Teilsicherheitsbeiwerte veranschaulicht.