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Numerical and experimental study of concrete structures exposed to impact and fire

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[Quelle: http://d-nb.info]

Das Ziel dieser Arbeit ist es, das dynamische Betonverhalten nach thermischer Belastung und dabei vor allem die Veränderungen des Materialzustandes und des Tragverhaltens des Bauwerks mit Hilfe von experimenteller Tests und numerischer Untersuchungen zu analysieren. In der Literatur finden sich wenige Studien über das Verhalten von Beton- und Stahlbetonkonstruktionen, die gekoppelten thermischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit stellen daher eine wertvolle Ergänzung zu den experimentellen und numerischen Daten in der Literatur dar. Es werden experimentelle Versuche an unbewehrten (kompakte Spannproben) und bewehrten Betonbauteilen (Brammen und Rahmen) unter Brandbelastung und hohen Laststeigerungen vorgestellt und diskutiert. Die Auswirkungen unterschiedlicher thermischer Belastungen und Laststeigerungen werden untersucht. Die experimentellen Ergebnisse bestätigten den starken Einfluss der thermischen Expositionsbedingungen auf die dynamischen Betoneigenschaften. Insbesondere wird beobachtet, dass mit der Zunahme der Temperatur die Zunahme der Resistenz aufgrund der Laststeigerung abnimmt, d.h. der Beton spröde wird und seine Dehnungsempfindlichkeit abnimmt. Um zu untersuchen, ob das verwendete lastabhängige thermomechanische Modell in der Lage ist, das Verhalten von Stahlbetonkonstruktionen unter thermischer und dynamischer Belastung realistisch vorherzusagen, werden die experimentellen Tests numerisch analysiert und die Ergebnisse verglichen und diskutiert. Zusätzliche Finite- Elemente-Simulationen wurden durchgeführt, um das Verhalten von Stahlbetonkonstruktionen bei Aufprall, bei abgekühltem Zustand und Heißzustand zu untersuchen. Die FE-Analysen bestätigten die experimentellen Ergebnisse und unterstrichen die starke Schädigungswirkung durch Brandbelastung von Beton- und Stahlbetonkonstruktionen. Es wird gezeigt, dass das verwendete thermomechanische Modell die experimentellen Ergebnisse und die Reaktion von thermisch geschädigten Stahlbetonkonstruktionen unter hohen Laststeigerungen realistisch vorhersagen kann.

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Bücher, Broschüren

Fernando Acosta Urrea, Frank Dehn, Lothar Stempniewski
Influence of elevated temperatures up to 100 °C on the mechanical properties of concrete
Karlsruher Reihe Massivbau, Baustofftechnologie, Materialprüfung, Band 84
Dissertationsschrift
2018, 272 S., graph. Darst. 240 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Experiments to characterize the effects of moisture content and temperature on the mechanical properties of concrete were conducted. Based on these experiments, a new overall material model capable of predicting the mechanical behaviour of concrete subject to elevated temperatures up to 100 °C was developed. The material model estimates the time, temperature and moisture dependency of the compressive and tensile strength, creep and shrinkage of concrete.

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Ist-Zustandserfassung von Parkbauten in Betonbauweise
DBV-Heft, Band 39
Fassung Januar 2017.
2017, 76 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover

 

 

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.

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Michael Vogel
Schädigungsmodell für die Hydroabrasionsbeanspruchung zur probabilistischen Lebensdauerprognose von Betonoberflächen im
Karlsruher Reihe Massivbau, Baustofftechnologie, Materialprüfung, Band 81
Dissertationsschrift
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KIT Scientific Publishing

 

 

Wasserbauliche Anlagen unterliegen vielfältigen Einwirkungen. Besonders die mechanische Einwirkung auf Betonoberflächen infolge der mit Feststoffen befrachteten Wasserströmung stellt eine maßgebende Beanspruchung dar. Die Behandlung der Dauerhaftigkeit von Beton bzgl. des Hydroabrasionsverschleißes erfolgte bisher nur ansatzweise. Hinsichtlich der Verschleißprüfverfahren, -kennwerte und Schädigungsmodelle existierten Kenntnislücken, die im Rahmen dieser Arbeit geschlossen wurden.

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Steffen Marx, Jürgen Grünberg, Michael Hansen, Sebastian Schneider
Sachstandbericht - Grenzzustände der Ermüdung von dynamisch hoch beanspruchten Tragwerken aus Beton
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Band 618
2017, 134 S., 297 mm, Softcover
Beuth

 

 

In den letzten Jahrzehnten ist das Ermüdungsverhalten von Beton, Betonstahl und Spannstahl immer stärker in den Fokus der Wissenschaft und der bemessenden Ingenieure getreten. Durch die Entwicklungen in der Betontechnologie ist es mittlerweile möglich, hochfeste Betone mit Verarbeitungseigenschaften herzustellen, die neben der Anwendung in der Fertigteilindustrie auch als Transportbetone eingesetzt werden. Dies ermöglicht speziell im Brücken- und Windenergieanlagenbau die Herstellung von immer schlankeren und filigraneren Strukturen, wodurch die zyklischen Beanspruchungen einen bedeutenderen Einfluss in der Tragwerksbemessung erhalten. Der Sachstandbericht erläutert anhand einer umfassenden Literaturrecherche sowie von Versuchsergebnissen das Ermüdungsverhalten von Beton, Betonstahl und Spannstahl sowie deren Verbund. Das Heft gibt sowohl Forschern als auch Ingenieuren wichtige Informationen zum Stand der Ermüdungsforschung von dynamisch hoch beanspruchten Tragwerken aus Beton.

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Sicherheit durch Beton : Schutz vor Explosion, Brand und Risikostoffen : 13. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung,
2017, VII, 84 S., graph. Darst. 297 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Durch eine Veränderung von Gefahren müssen Sicherheits- und Schutzvorkehrungen stetig angepasst werden. Hierzu gilt es die weitläufigen Einsatzmöglichkeiten des Werkstoffs Beton als schützender Baustoff zu optimieren und weiterzuentwickeln. Der Tagungsband vermittelt das Wissen über die Schutzfunktionen von Betonbauteilen gegen Explosion, Brand und Risikostoffe. Neben betontechnologischen Optimierungen werden konstruktive Aspekte an praxisnahen Beispielen ausgehend dargestellt.

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Forschungsberichte

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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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Klaus Block, Rainer Becker
Untersuchungsbericht zum Tragverhalten von Kopfbolzen in Leichtbeton
Bauforschung, Band T 3361
2018, 132 S., 27 Abb. u. 9 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Pro Jahr werden etwa 1,5 Mio. m3 Leichtzuschlag überwiegend im Baubereich verarbeitet. Verankerungen in Normalbeton sind bereits mit der Einführung von ETAG 001 systematisch untersucht und bemessen worden. Für Verankerung in Leichtbeton hingegen gibt es derzeit weder eine Bemessungsvorschrift noch Zulassungen. Eine direkte Übertragung der Erkenntnisse aus Normalbeton auf Verankerungen in Leichtbeton ist aber aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung und des Last-Verformungsverhaltens nicht möglich. Die grundsätzlichen Tragmechanismen sind an Kopfbolzen in gefügedichtem Leichtbeton erforscht worden, da Kopfbolzen ein klares Verhalten in Bezug auf die Lastübertragung zeigen. Durch die geringe Lastübertragungsfläche entstehen allerdings hohe Spannungen, die den Leichtbeton örtlich schädigen können und daher zu vergrößerten Verformungen führen.

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Xiaochen Lin, Anya Vollpracht
Bewertung der Umweltverträglichkeit von Zementsuspensionen
Bauforschung, Band T 3357
2018, 135 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Sinne des Grundsatzpapiers "Grundsätze zur Bewertung der Auswirkung von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" ist die Verträglichkeit eines Baustoffs für Boden und Grundwasser bei der bauaufsichtlichen Zulassung nachzuweisen. Für Zementsuspensionen wurde der inverse Säulenversuch nach Schössner als Prüfverfahren ausgewählt, allerdings werden mit diesem Versuch überproportional große Mengen an Inhaltsstoffen ausgewaschen. Dies wurde bereits in Vorprojekten festgestellt und als Alternative ein Frischbetonstandtest vorgeschlagen. Bisher konnte in den zuständigen Gremien jedoch keine Einigung zur Prüfung von Zementsuspensionen erzielt werden. Daher wurden in diesem Projekt nochmals vergleichende Untersuchungen durchgeführt und die Datenbasis vergrößert, um die Bandbreite der kommerziellen Produkte in Deutschland abzudecken.

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Gregor Schacht, Steffen Marx
Neufassung der Richtlinie "Belastungsversuche an Betonbauwerken". Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3035
2017, 75 S., 48 Abb. u. 7 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Belastungsversuche stellen eine sichere und wirtschaftliche Methode zur Bewertung bestehender Tragwerke dar, wenn der Nachweis einer ausreichenden Sicherheit allein rechnerisch nicht erbracht werden kann. Die Durchführung von Belastungsversuchen ist seit 2000 durch die Richtlinie "Belastungsversuche an Betonbauwerken" des DAfStb geregelt. Diese Richtlinie basiert jedoch auf Forschungsarbeiten aus den 1980er und 1990er Jahren. Die Überarbeitung der Bewertungskriterien hinsichtlich ihrer praktischen Anwendbarkeit zur Detektion beginnender Schädigungen während des Versuches, die Gewährleistung der Passfähigkeit zur europäischen Normung und die Erarbeitung von Teilsicherheitsbeiwerten für Belastungsversuche sind die Hauptanliegen des Forschungsprojektes.

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H. W. Reinhardt, G. Volland
Eindringverhalten von Biodiesel in Beton
Bauforschung, Band T 3328
2016, 63 S., 23 Abb. u. 39 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen dieser Arbeit galt es das Eindringverhalten von Biodiesel in Beton unter besonderer Berücksichtigung der potentiellen betonangreifenden Eigenschaften von Biodiesel zu untersuchen. Beton wird durch eine Reihe organischer Verbindungen wie z.B. organische Säuren, Phenole in der Regel lösend angegriffen. Im Rahmen des Vorhabens galt es zu untersuchen, ob und unter welchen Bedingungen Betone mit Inhaltsstoffen und Abbauprodukten von Biodiesel reagieren, so dass lösende und/oder treibende Betonkorrosion als Folge einer Beaufschlagung von Betonen mit Biodiesel zu erwarten ist. Bei Beton handelt es sich um ein komplexes zweiphasiges alkalisches Medium, dessen reaktive Alkalität primär als wässrige Phase im Porensystem des Betons vorliegt (Porenwasser). Das Porensystem des Betons ist gleichzeitig der Transportweg für eindringende Flüssigkeiten. Sofern am Transportprozess beteiligt, ist die Alkalität der Gelphase der Gelporen relevant. Daneben sind in Beton potentiell alkalisch wirkende Inhaltsstoffe vorhanden (z.B. Portlandit), die bei Kontakt mit Wasser oder anderen lösenden polaren Verbindungen wirksam werden können.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Leutbeeher, Torsten; Riedel, Philipp
Compressive strength classes and performance classes of ultra-high-performance concrete (2)
BFT International, 2020

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Brandenburger, Dirk; Meißner, Matthias
Umsetzung des Prinzips der gleichwertigen Betonleistungsfähigkeit nach DIN EN 206-1/ DIN 1045-2 mit Flugasche als Zusatzstoff. Nachhaltiger Beton mit "Performance Concept"
Beton, 2020

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Surana, Saarthak; Mugmobi, Tafadzwa
Der Einfluss von Nachbehandlungsmitteln auf das Schwindverhalten und die Permeabilität von Beton
BWI - BetonWerk International, 2020

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Sakunenko, Yuri
New possibilities for measuring the humidity of concrete using cable humidity sensors
BFT International, 2020

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Scheidt, Julia
Einfluss der Wasseraufnahme von rezyklierten Gesteinskörnungen auf den Wasserzementwert von R-Beton. Ergebnisse einer Dissertation
Beton, 2020

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