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Modelle zur Vorhersage des Tragvermögens eines Kronendübels als alternativer Schubverbinder

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[Quelle: https://repositum.tuwien.ac.at]

Der Betondübel ist ein in den vergangenen Jahren zunehmend an Bedeutung gewinnendes alternatives Verdübelungssystem zum Kopfbolzendübel im Stahl-Beton Verbundbau. Das Prinzip dieser Lösung ist relativ einfach. Durch Brennschneiden werden in einem Blechstreifen oder in einem Stahlprofil mehrere hintereinander angeordnete Aussparungen mit beliebiger Geometrie erzeugt und zusammen mit Bewehrung einbetoniert. Der Beton in den Ausnehmungen definiert die Betondübel. Die Schubübertragung selbst erfolgt einerseits durch einen dreiaxialen Druckspannungszustand in den Dübeln als auch durch den Scher- und Biegewiderstand der resultierenden Stahlzähne. Das Institut für Tragkonstruktionen - Stahlbau an der TU Wien befasst sich seit Herbst 2004 mit dem Themenbereich der alternativen Schubsicherung. Ein Ergebnis dieser Forschungsbemühungen ist unter anderem die Stahlkrone, deren geometrische Gestaltung eine neue Formgebung für die Stahlzähne einer Betondübelleiste darstellt. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Beschreibung jenes Kraftflusses, der aus der Ausleitung des in der Verbundfuge vorhandenen Schubflusses in den Betongurt entsteht. Um ein geschlossenes Berechnungskonzept entwickeln zu können, wird deshalb nicht nur das lokale Tragverhalten der Stahlkrone betrachtet. Auch zur Beschreibung des Kraftflusses im Betongurt, zur Einleitung der resultierenden Druckstreben an den Krafteinleitungsflächen des Schubverbinders und zur Analyse der Druckspannungen im Knotenbereich vor dem Stahlzahn werden basierend auf mehreren Modellen Berechnungsgleichungen angegeben. Die Verifizierung der Modellbildung erfolgt mit den ausgewerteten Ergebnissen umfangreicher experimenteller Untersuchungen. Diese ermöglichen aber nicht nur die Bestätigung der Modelle. Sie dienen auch zum Erlangen von Kenntnissen, die das Nachvollziehen des komplexen Tragverhaltens unterschiedlicher Schubverbinder unter statischer Beanspruchung überhaupt erst ermöglichen, bzw. mit denen bestimmte Versagensmuster einzelnen Komponenten der Schubverbindung zuordenbar werden. Neben den Ergebnissen für den "Kronendübel", der sich durch besonders hohe Traglasten gekoppelt mit einem hervorragenden Verformungsvermögen auszeichnet, werden auch die des "Puzzledübels" und des "Kopfdübels" vorgestellt. Abschließendes Ergebnis der Arbeit ist damit nun nicht nur ein geschlossenes Berechnungskonzept, sondern auch ein geschlossenes Nachweiskonzept. Die vorgestellte Nachweisführung besteht, gestützt auf mechanischen Trag- bzw. Versagensmodellen, aus voneinander unabhängigen Bestimmungsgleichungen, deren kleinster Wert das Tragvermögen einer Schubverbindung mittels Stahlkrone repräsentiert.

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Bücher, Broschüren

Befestigungstechnik, Bewehrungstechnik und . .
Rolf Eligehausen zum 70. Geburtstag
2012, 592 S., 24 cm, Hardcover
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Rolf Eligehausen hat in seiner Schaffenszeit national und international eine Vielzahl von Forschungs- und Entwicklungsaufgaben in den Bereichen Befestigungstechnik, Bewehrungstechnik, Stahlbetonbau, Verbundbau, Verstärkung von Bauwerken, Brandschutz, Korrosion, Simulation und weiteren Gebieten aus der allgemeinen Bautechnik bearbeitet. Sein 70. Geburtstag war selbstverständlicher Anlass für zahlreiche internationale Fachkollegen aus Forschung und Praxis sowie ehemalige Mitarbeiter, mit einem Fachaufsatz oder auch der Schilderung persönlicher Begebenheiten zu einer Festschrift beizutragen. Die Festschrift beinhaltet über 50 Beiträge von mehr als 80 national und international anerkannten Autoren. Sie veröffentlichen wertvolle Erfahrungen und Erkenntnisse und berichten in den jeweiligen Themengebieten über den aktuellen Stand in Theorie und Praxis.

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Forschungsberichte

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Catherina Thiele, Mayur Patil, Marie Reichert
Verbunddübel im Brandfall
Bauforschung, Band T 3353
2018, 113 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
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Der Marktanteil von chemischen Befestigungssystemen ist in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen. Bei der Betrachtung der Leitlinien fällt auf, dass die Prüfung und Bewertung des Feuerwiderstands von Verbunddübeln im Brandfall nicht ausreichend geregelt ist. Insbesondere die Versagensart Verbundversagen ist nicht ausreichend erforscht. Die Bewertung erfolgt zum aktuellen Zeitpunkt über gutachterliche Stellungnahmen und orientiert sich an den Vorgaben des TR 020, der die Prüfung und Bewertung von mechanischen Befestigungssystemen im Beton für den Brandfall beschreibt. Das Ziel der Forschungsarbeit war, das Verständnis für das Trag- und Verformungsverhalten von Verbunddübeln im Brandfall zu verbessern. Auf dieser Grundlage wurden konkrete Vorschläge für die Durchführung der versuchstechnischen Bestimmung des Herausziehwiderstands von Verbunddübeln im Brandfall gemacht, sowie die Auswertung der Ergebnisse beschrieben.

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Catherina Thiele, Michael Weber
Untersuchungen zur Korrelation von Druck- und Zugfestigkeit in alten, niederfesten Betonen als Grundlage für die Bestimmung der Tragfähigkeit von z. B. Befestigungsmitteln. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2990
2016, 194 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der vorliegende Forschungsbericht dokumentiert die experimentelle Untersuchung der Korrelation zwischen Betondruck- und Zugfestigkeit historischer Betone, basierend auf einer umfangreichen Bohrkernentnahme an verschiedenen historischen Tragwerken. Darauf aufbauend erfolgt eine Überprüfung der Gültigkeit des in DIN EN 1992-1-1 für den Neubaufall beschriebenen Verhältnisses auch für Bestandsbetone, da der Einfluss verschiedener last- und zeitabhängiger Faktoren bisher unzureichend erforscht war. Da die Betonzugfestigkeit neben der Querkrafttragfähigkeit auch maßgeblich die Betonausbruchlast von Dübeln oder sonstigen Befestigungsmitteln beeinflusst, erfolgt im Rahmen des vorliegenden Forschungsberichts auch eine experimentelle Überprüfung der Dübeltragfähigkeit in historischen niederfesten Betonen bzw. in eigenschaftsgleichen Referenzbetonen.

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Matthias Zöller, Ralf Spilker, Geraldine Liebert, Martin Oswald
Solaranlagen auf Flachdächern im Gebäudebestand. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3000
2016, 121 S., zahlr. Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Eine Möglichkeit zur energiepolitisch gewünschten Steigerung der Nutzung regenerativer Energiequellen besteht in der Errichtung solarthermischer Anlagen und photovoltaischer Solargeneratoren auf sonst nicht genutzten Dachflächen des Baubestands. Bestehende Dächer sind nicht für die Errichtung von Solaranlagen konzipiert. Die Problemstellungen sind bei geneigten - in der Regel eingedeckten - Dächern und Flachdächern verschieden. Der vorliegende Antrag betrifft die Flachdächer, da dort besonders großer Handlungsbedarf besteht. Es ist beabsichtigt, die geneigten Dächer in einem zukünftigen Antrag zu bearbeiten. Wie Praxiserfahrungen zeigen, ergeben sich bei Flachdächern zwei Hauptproblemkreise: 1. Durch unsachgemäße Vorprüfung der Untergründe und fehlerhafte Montage entstehen Schäden, deren Beseitigung einen großen Aufwand erfordern. 2. Abdichtungen weisen bei der Montage solcher Anlagen häufig bereits deutliche Alterungserscheinungen auf und der Konstruktionsaufbau erfüllt darüber hinaus nicht die heute erwünschten Wärmeschutzeigenschaften. Nach Montage der Solarmodule können nachträglich Maßnahmen an der Dachkonstruktion ebenfalls nur mit hohem Aufwand durchgeführt werden. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen die für eine schadensfreie Montage erforderlichen Voruntersuchungen festgelegt, Hinweise für die Erstellung von geeigneten Planungsunterlagen gegeben und die ggf. notwendigen Instandhaltungsmaßnahmen an der vorhandenen Konstruktion beschrieben werden. Bei der Errichtung von solartechnischen Anlagen und photovoltaischen Solargeneratoren auf neuen Dächern lassen sich deren zusätzlichen Lasten und sonstige Einwirkungen von vorneherein gut planen. Da aber ein sehr großer Teil der Flachdächer im Gebäudebestand vorhanden ist, können und sollten diese Flächen, z. B. von Wohnhäusern oder gewerblich genutzten Gebäuden, zur Aufstellung dieser Anlagen genutzt werden. Zurzeit wird bereits eine Vielzahl von Solaranlagen auf Flachdächern montiert. In sehr vielen Fällen sind aber die abdichtungstechnischen Vorausset

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Holger Simon
Wärmebrückenwirkung der Dübel in WDVS bei verminderter Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffs
Bauforschung, Band T 3336
2016, 14 S., 8 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zur Angabe in den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen wird auf Grundlage einer Tabelle die maximal zulässige Anzahl von Dübeln im WDVS bestimmt, die noch keine rechnerische Erhöhung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) des Bauteils zur Folge hat. Die Tabelle basiert auf Berechnungen mit einem Dämmstoff mit der Wärmeleitfähigkeit von 0,040 W/(m.K). Seit Erstellung der Tabelle hat sich die Wärmeleitfähigkeit bei zahlreichen WDV-Systemen deutlich verringert. Es ist zu vermuten, dass die vorhandene Tabelle auf solche Systeme nicht anwendbar ist, bzw. den Einfluss der Dübel unterschätzt, da die Anzahl der maximal zulässigen Dübel von der Dicke des Wärmedämmverbundsystems und seiner Leitfähigkeit abhängt. Je dicker das WDVS und je niedriger seine Wärmeleitfähigkeit sind, umso stärker wirkt sich der Einfluss der Dübel auf den U-Wert der gedämmten Außenwand aus. D. h. mit steigendem Wärmedurchlasswiderstand der Dämmung geht die Anzahl der maximal zulässigen Dübel zurück, die noch nicht zu einer Korrektur des U-Wertes führt. Um die aktuell verfügbaren WDV-Systeme abzubilden, sollte die Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffs in der Berechnung auf Lambda = 0,020 W/(m.K) abgesenkt bzw. um die Tabelle auch für zukünftige Dämmsysteme offen zu halten, weiter auf Lambda = 0,015 W/(m.K) reduziert werden. Vor diesem Hintergrund wurden hier Tabellen erarbeitet, mit welchen es möglich ist, die maximale Dübelanzahl rasch abzulesen. Die Tabellen sind nach unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten des WDVS gestaffelt und decken den Bereich von Lambda = 0,040 W/(m.K) bis 0,015 W/(m.K) in Schritten von 5 mW/(m.K) ab. Zusätzlich wurde das häufig anzutreffende WDVS mit einer Wärmeleitfähigkeit von Lambda = 0,032 W/(m.K) betrachtet. In den neu berechneten Tabellen wurde der Dickenbereich des WDVS erweitert und von kleiner 50 mm bis größer 250 mm abgestuft. Damit kann in der entsprechenden Tabelle mit der vorhandenen Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffs die maximal zulässige Dübelanzahl abgelesen werden. Im Falle von Wärmeleitfähigkeiten de

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F. Colling, H. J. Blaß, C. Prüfer
Tragfähigkeit von Stabdübelverbindungen
Bauforschung, Band T 3319
2015, 71 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In Fachkreisen wird seit Jahren intensiv darüber diskutiert, dass die rechnerischen Tragfähigkeiten von Verbindungen mit Stabdübeln nach DIN 1052:2008 oder DIN EN 1995-1-1:2010 (EC 5) z.T. erheblich geringer sind als nach DIN 1052:1988. Nimmt man an, dass das Berechnungsmodell des Eurocode 5 (Johansen-Theorie) korrekt ist, so würde dies bedeuten, dass bei Verbindungen, die nach "alter" DIN 1052:1988 berechnet wurden, teilweise erhebliche Sicherheitsdefizite bestehen. Daher wurde das Forschungsvorhaben vom DIBt in Auftrag gegeben, in dessen Rahmen das Tragverhalten von Stabdübelverbindungen nochmals umfassend untersucht und bewertet werden sollte. Im Rahmen dieses Vorhabens wurden insgesamt 1588 verfügbare Versuche aus 7 verschiedenen Forschungsarbeiten zusammenfassend ausgewertet. Die Auswertung der Kurzzeitversuche deutet darauf hin, dass die nach "alter" DIN 1052 berechneten zulässigen Werte um etwa 20 - 25 Prozent überschätzt wurden und entsprechend unter dem heute geforderten Sicherheitsniveau liegen. Die Auswertungen deuten weiterhin darauf hin, dass nach Eurocode 5 berechnete Tragfähigkeiten als konservativ angesehen werden können. Hier bestehen noch Reserven für höhere rechnerische Tragfähigkeiten. Anhand von Versuchen mit Stabdübeln, die im Zuge von Firmenüberwachungen entnommen wurden, konnte eine modifizierte Gleichung für das Fließmoment My abgeleitet werden, die insbesondere bei Stabdübeln mit größeren Durchmessern höhere rechnerische Tragfähigkeiten ergibt. Diese Versuche zeigten weiterhin, dass die vorhandenen Stahlfestigkeiten z.T. deutlich über den zugehörigen Nennfestigkeiten liegen. Weiterhin zeigten die Untersuchungen, dass bei Stabdübelverbindungen, bei denen sich im Versagensfall zwei Fließgelenke ausbilden, ein zusätzlicher "Schlankheitseffekt" im Sinne einer pauschalen Tragfähigkeitssteigerung angesetzt werden könnte. Die Regelungen zur "alten" DIN 1052 wurden aus Versuchen abgeleitet, bei denen diese beiden Effekte (Schlankheit und Überfestigkeiten) enthalten waren. Das bedeutet, dass in

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Zeitschriftenartikel

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Scheller, Eckehard; Küenzlen, Jürgen; Becker, Rainer; Kuhn, Thomas
Versuche am Bau mit Kunststoffdübeln im Beton nach Technischer Regel des DIBt
Beton- und Stahlbetonbau, 2021

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Scheller, Eckehard; Küenzlen, Jürgen H. R.; Kuhn, Thomas; Becker, Rainer
Versuche am Bau mit Injektionsankern im Mauerwerk nach Technischer Regel des DIBt. Teil 1: Überblick
Das Mauerwerk, 2021

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Tóth, Mate; Bokor, Boglárka; Sharma, Akanshu
Befestigungen im stahlfaserverstärkten Beton bei Betonbruch - Stand der Technik und Bemessungsansatz
Bauingenieur, 2021

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Christou, Georgios; Wolters, Kevin; Broschart, Yannick; Hegger, Josef; Feldmann, Markus; Kurz, Wolfgang; Claßen, Martin
Entwicklung eines konsistenten Bemessungsmodells für Verbunddübelleisten
Bauingenieur, 2021

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Lechner, Thomas; Schmitt, Victor; Fischer, Oliver; Kempf, Johannes
Modulbauweisen im Verbundbrückenbau. Rückblick und aktuelle Tendenzen beim Bau von Brücken mit kleinen und mittleren Spannweiten
Stahlbau, 2021

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