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Realitätsnahe Materialeigenschaften von hochfesten Feinkornbetonen in Grouted Joints

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[Quelle: https://www.repo.uni-hannover.de]

Rohr-in-Rohr-Steckverbindungen werden häufig bei Offshore-Windenergieanlagen eingesetzt, um den aufragenden Teil der Tragstruktur mit den Gründungspfählen zu verbinden. In Deutschland wird der Ringspalt, der sich zwischen zwei Ruinen unterschiedlichen Durchmessers ergibt, üblicherweise mit einem hochfesten Feinkornbeton verfüllt um den Kraftschluss zwischen den Rohren sicherzustellen. Bislang herrscht noch eine gewisse Unsicherheit vor, ob sich die im Grouted joint und damit im Bauwerk einstellenden Materialeigenschaften mit denen vergleichen lassen, die sich unter Laborbedingungen ergeben. Dies begründet sich einerseits durch Einflüsse aus dem Verfüllprozess mit seinen nicht immer eindeutig vorhersehbaren Fließwegen, andererseits aber auch durch offshoretypische Störeinflüsse aus Wind, Wellen und erschwerten Einbaubedingungen. Aus realen Bauteilen können nur unter schwierigsten Bedingungen Probekörper entnommen werden, weshalb keine belastbaren Daten aus realen Offshore-Tragstrukturen vorhanden sind. Um dennoch möglichst genaue Annahmen zu den realen Materialeigenschaften treffen zu können, wird ein neu entwickeltes Versuchsverfahren zur realitätsnahen Herstellung von Ersatzbauteilen vorgestellt, aus denen Probekörper entnommen werden können. Der Verfüllprozess kann dabei durch die Verwendung einer transparenten Schalhaut direkt beobachtet werden. Im Rahmen der Arbeit wurden im entwickelten Großversuchsstand Verfüllversuche mit unterschiedlichen, Industrieüblichen Grout-Materialien durchgeführt. Aus den Versuchen ließen sich wesentliche Erkenntnisse ableiten. Der Verfüllprozess muss sich nicht negativ auf die Druckfestigkeit des Grout-Materials auswirken. Vielmehr lagen die meisten am Ersatzbauteil festgestellten Werte oberhalb oder in der Größenordnung der aus den Laborversuchen abgeleiteten Druckfestigkeiten. Auf Grundlage der Druckfestigkeitsergebnisse konnte ein Teilsicherheitsbeiwert für Grout-Material im Grenzzustand der Tragfähigkeit abgeleitet werden. Dazu wurden die Relationen der Festigkeiten im Bauteil zu den Laborfestigkeiten und ihre Streuungen ebenso betrachtet wie die Streuungen der Grout-Materialien selbst. Anschließend wurde der Vorschlag mit statistischen Methoden durch die an den Bauteilen ermittelten Druckfestigkeiten verifiziert und die einzuhaltenden Randbedingungen für die Anwendbarkeit des Konzepts angegeben. Bei den durchgeführten Verfüllversuchen wurden Anlagerungen von Vorlaufmischung und entmischtem Grout-Material beobachtet. Somit können solche Störstellen in realen Bauwerken nicht ausgeschlossen werden. Um ihren Einfluss auf die Zugfestigkeit und die Steifigkeit abschätzen zu können, wurde eine spezielle Versuchseinrichtung als Stempeleindringversuch konzipiert. Bei den durchgeführten Versuchen zeigten sich deutliche Streuungen zwischen den einzelnen Last-Verformungs-Kurven an Proben aus Bereichen der Schubverzahnungen, was auf einen negativen Einfluss schließen lässt. Diesem Phänomen kann mit einer hochfesten Vorlaufmischung entgegengewirkt werden. Da auf hoher See nicht generell von einem reibungslosen Verfüllprozess ausgegangen werden kann, wurden zwei maßgebliche Störfallszenarien in Voruntersuchungen identifiziert und im Großversuchsstand simuliert. Das erste Szenario bildet den Ausfall einer Mischanlage ab, wodurch der Verfüllprozess deutlich verlangsamt Wird. Hierbei konnte ein negativer Einfluss auf die Frischmaterialeigenschaften und in der Folge auch auf die Druckfestigkeit festgestellt werden. In einem zweiten Störfallszenario wurde eine sogenannte „Stinger-Vergroutung“ nachgestellt, bei der das Grout-Material frei durch das Wasser fällt. Bereits während der Versuchsdurchführung konnte ein starkes Auswaschen der Feinanteile des Grout-Materials beobachtet werden. Hierdurch wurde die Druckfestigkeit insbesondere im unteren Bereich der Bauteile stark verringert. Solche Entmischungen müssen durch Begrenzung der Fallhöhe im Wasser vermieden werden.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Begrenzung der Rissbildung im Stahlbeton- und Spannbetonbau. Hintergründe und Erläuterungen zum DBV-Merkblatt
DBV-Heft, Band 38
Fassung Dezember 2019.
2020, 124 S., Softcover

 

 

Das DBV-Heft 38 erscheint als Ergänzung zum DBV-Merkblatt ?Begrenzung der Rissbildung im Stahlbeton- und Spannbetonbau?. Während das Merkblatt geeignete planerische Entwurfsgrundsätze definiert und Hinweise zur wirkungsvollen Verteilung der Risse und zur Begrenzung ihrer Breite gibt, stellt dieses ergänzende DBV-Heft 38 vertiefend einige Hintergründe zur Thematik der Rissbeherrschung dar. Es enthält weitere Hinweise, Empfehlungen und Beispiele über die des Merkblatts hinaus ? insbesondere zur Tragwerksplanung.

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Cevin Stiehl
Beitrag zur Vorbemessung der Biegeverstärkung von Stahlbetonbauteilen mit Rechteckquerschnitt mittels aufgeklebten CFK-L
Masterarbeit
2020, 252 S., 80 Abb. 24 cm, Softcover
HTWK Leipzig

 

 

Das nachträgliche Verstärken von Stahlbetonbauteilen mit geklebter Bewehrung ist seit 2012 in einer eigenen Richtlinie geregelt. Darin sind u.a. die erforderlichen Nachweise für aufgeklebte Lamellen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) geregelt, welche neben der aufwendigen iterativen Biegebemessung ein sehr komplexes Verbundverhalten aufweisen. Dafür wurde vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton anhand von Versuchsauswertungen ein Modell zur Nachweisführung erarbeitet, wobei die auftretenden Zugkräfte zum Teil über Zwischenrisselemente (Teilstrecken zwischen Biegerissen) in das Bauteil übertragen werden. Aufgrund des Umfangs und der Komplexität der Nachweisführung wurden gleichzeitig vereinfachte, aber ungenauere Nachweisformate darin zur Verfügung gestellt. Um eine frühzeitige Abschätzung über den Einsatz von aufgeklebten CFK-Lamellen zu ermöglichen, wurden in dieser Arbeit unterschiedliche Hilfsmittel für Stahlbetonbauteile mit Rechteckquerschnitt in Abhängigkeit der unterschiedlichen Nachweisformate erarbeitet. Dazu wurden die Bemessungsgrundlagen getrennt nach reiner Biegetragfähigkeit und dem Verbundverhalten betrachtet. Für eine einfache Handrechnung ergaben sich analog zum Stahlbetonbau Bemessungstafeln mit dimensionslosen Beiwerten mit denen anhand einer Grenzdehnung aus dem vereinfachten Nachweis der Biegetragfähigkeit die erforderliche Lamellenfläche bestimmt werden kann. Für eine wirtschaftlichere Lösung wurde der genauere Nachweis der Lamellenkraftänderung am Zwischenrisselement in einer Excel-Arbeitsmappe konfiguriert, da hierbei ein außerordentlicher iterativer Berechnungsaufwand entsteht.

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Ausführungsvarianten für dauerhafte Bauteile in Parkbauten - Beispielsammlung
DBV-Heft, Band 42
Fassung Januar 2019.
2019, 106 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover

 

 

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Jürgen Schnell, Michael Weber
Experimentelle Ermittlung der Korrelation der Druckfestigkeiten von Bohrkernen aus Bauwerksbeton und genormten Probekörp
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Band 632
2019, 140 S., 297 mm, Softcover
Beuth

 

 

Bei der Bemessung von Neubauwerken nach Eurocode 2 wird davon ausgegangen, dass im Alter von 28 Tagen, welches den Festigkeitsdefinitionen nach Eurocode 2 zugrunde liegt, die In-situ-Druckfestigkeit (tatsächlich am Bauwerk vorliegende Druckfestigkeit) ca. 13 Prozent kleiner als die an den zugehörigen Normprobekörpern bestimmte ist. Entsprechende Regelungen für die Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen sind in DIN EN 13791 enthalten. Dort wird das Verhältnis der Druckfestigkeit von Bauwerksbeton zur charakteristischen Druckfestigkeit von genormten Probekörpern mit dem Übertragungsfaktor 0,85 beschrieben. Speziell für die Nachrechnung bestehender Betontragwerke spielt der Unterschied zwischen Festigkeit von Bauwerksbeton und Festigkeit von Probekörpern eine wesentliche Rolle. Setzt man einen Übertragungsfaktor von 0,85 voraus, so darf die am Bohrkern ermittelte Betondruckfestigkeit für eine Nachrechnung nach DIN EN 1992-1-1 mit dem Faktor 1/0,85 erhöht werden, was immerhin einem Zuwachs von nahezu 18 Prozent entspricht. Auch bei der Festlegung modifizierter Teilsicherheitsbeiwerte ist der Übertragungsfaktor unbedingt zu berücksichtigen. Wird im Rahmen der Beprobung am Bauwerk eine über die 28-Tage-Festigkeit hinausgehende Nacherhärtung des Betons miterfasst, stellt sich zudem die Frage, ob der Ansatz des Übertragungsfaktors in gleicher Weise wie auf 28-Tage-Niveau berechtigt ist. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Hintergrundinformationen zu dem postulierten Übertragungsfaktor 0,85 erarbeitet sowie dessen Gültigkeit bei der Bestimmung des Nachrechnungswertes der Druckfestigkeit von Bestandsbetonen überprüft. Neben der auf einer Literaturrecherche basierenden Aufbereitung verschiedener früherer Untersuchungen wurden auch eigene Untersuchungen an wandartigen Bauteilen durchgeführt.

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Stephan Müller
Ein Beitrag zum Energiedissipationsvermögen von Betonschrauben
Karlsruher Reihe Massivbau, Baustofftechnologie, Materialprüfung, Band 85
Dissertationsschrift
2019, 378 S., graph. Darst. 240 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Bei der seismischen Bemessung von nichttragenden Bauteilen wird die Energiedissipation der Befestigungsmittel nur vereinfacht über einen tabellierten Verhaltensbeiwert berücksichtigt. Vor diesem Hintergrund wird das zyklische Trag- und Dämpfungsverhalten von Befestigungsmitteln, speziell von Betonschrauben untersucht und ein duktiler Schraubanker entwickelt. Zudem wird ein Ansatz vorgestellt, wie die Energiedissipation von Befestigungsmitteln über einen Verhaltensbeiwert ermittelt werden kann.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Wolfram Jäger, Angelika Mettke, Hassan Youssef, Stephanie Schmidt, Viktoria Arnold, Christian Matthes, Jakob Fischer
Entwicklung und Anwendung von komplett demontablen Wohneinheiten aus ressourcenschonendem Beton - RC-WE-Modul
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3192
2020, 297 S., 291 Abb. u. 36 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung und Demonstration einer massiven, modularen, transportablen und voll demontablen/recyclinggerechten Wohneinheit für die schnelle Bereitstellung von Wohnraum und ggf. temporären Unterkünften, die am Ende ihrer Nutzungszeit umsetzbar sind. Dabei waren die Anforderungen der Next-Generation-Buildings zu erfüllen und Stoffkreisläufe nach dem Prinzip Cradle to Cradle (kreislaufgerechtes Bauen auf Bauteilebene) zu schließen, d. h. flexibel (schnell, demontierbar, anpassungsfähig etc.), schadstofffrei und ressourcenschonend mit System (modulare Bauweise) zu bauen. Dazu gehören die sortenreine Trennbarkeit und die Wiederverwendbarkeit ganzer Bauteile des Rohbaus sowie deren nachhaltige Herstellung durch die Nutzung von Recyclingmaterial. Einmal hergestellt, befinden sich ganze Module im Nutzungskreislauf ohne eine Zerstörung am Nutzungsende. Daher wird mit der Wiederverwendungsoption ein Beitrag zur Werterhaltung geleistet (Upcycling). Bei dem Projekt standen die Erprobung der erarbeiteten Grundlagen und die Optimierung von wiederholbaren, adaptiven Konstruktionslösungen sämtlicher Gebäudeteile im Mittelpunkt.

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Lars Meyer, Serdar Bilgin, Sebastian Filusch, Thomas Freimann, Ulli Heinlein, Knut Herrmann
Bauwerksabdichtung mit Frischbetonverbundfolie - Grundlagen zur Erstellung eines Regelwerks für eine innovative Bauart
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3183
2020, 249 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Frischbetonverbundsysteme (FBVS) werden in Deutschland i. d. R. als zusätzliche wasserseitige Abdichtungsebene auf wasserundurchlässigen Stahlbetonkonstruktionen (WU-Betonkonstruktion) angeordnet. Diese Form der Bauwerksabdichtung wird in Deutschland vermehrt seit 2012 eingesetzt und ist als neue Bauart bisher keinen Regelwerken zuzuordnen. Zum einen werden die FBVS i. d. R. nicht als eigenständige Abdichtung nach DIN 18533 angesehen, zum anderen werden sie derzeit nicht in der DAfStb-Richtlinie "Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton" behandelt. Der Verwendbarkeitsnachweis wurde bisher über allgemein bauaufsichtliche Prüfzeugnisse (abP) erbracht, der allerdings nicht auf einheitlichen Prüfgrundsätzen beruhte. Wesentliche Merkmale verschiedener Produkte können daher nur schwer miteinander verglichen werden. Neben diesen Unklarheiten zur Vergleichbarkeit von Produkten sind am Markt nach wie vor zahlreiche Planungs- und Anwendungsfragen zur Bauart vorhanden.

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Holger Falter, Volker Schmid, Jonas Schmidt, Tobias Nettekoven
Entwicklung eines modularen Fachwerkträgers aus HPC-Fertigteilen und gezahnten Hochleistungs-Verbindungsdetails. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3088
2019, 220 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Große Betonfertigteile lassen sich entweder gar nicht oder nur mit großem Aufwand transportieren. Daher werden hochbeanspruchte Verbindungen im Stahlbetonbau noch monolithisch vor Ort betoniert. Dies ist mit einem großen Platzbedarf, einer aufwändigen Baustelleneinrichtung und großen Herausforderungen zur Sicherstellung der Qualität, bedingt durch Witterungseinflüsse auf der Baustelle, verbunden. Es wird ein weitspannender, modularer Referenzfachwerkträger aus Hochleistungsbeton entworfen, dessen einzelne Elemente mit Hilfe einer innovativen Verbindungstechnologie einfach hergestellt und effizient gefügt werden können. Der Entwurf des modularen Referenzfachwerkträgers umfasst Studien zur Geometrieoptimierung, zu Segmentverbindungen, zum Montagekonzept und den Bauzuständen, zum Brandschutz und zur Dauerhaftigkeit. Die daraus resultierenden Anforderungen liefern die Grundlage zur Entwicklung der Verbindung.

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Matthias Pahn, Dirk Bayer, Sven O. Krumke, Christian Caspari, Tillman Gauer, Dirk Miguel Schluppkotten, Michael Holzhauser, Torsten Weiler
Großdemonstrator - Multifunktionale Betonfertigteile für energetisch nutzbare Gebäudetragstrukturen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3135
2019, 100 S., 64 Abb. u. 28 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Forschungsprojekt befasst sich mit der Entwicklung und Umsetzung des Großdemonstrators Smallhouse IV. Hierbei wird ein Gebäudeenergiekonzept erarbeitet, welches die Gebäudemasse aktiv zur Wärmespeicherung heranzieht. Ähnlich wie in Solaraktivhäusern soll die gesamte Wärmebereitstellung mittels einem minimalen primärenergetischen Bezug gewährleistet werden. Hierfür soll jedoch die solare Wärme nicht in überdimensionalen Wasserspeichern, sondern in der vorhandenen Gebäudemasse gespeichert werden. Zu diesem Zweck werden thermisch aktivierte Betonfertigteile entwickelt, die neben ihren statischen Aufgaben auch die thermischen Funktionen Wärmedämmung, Wärmespeicherung und Temperierung übernehmen. Diese Bauteile werden als multifunktionale Betonfertigteile bezeichnet.

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Christoph Gehlen, Kai Osterminski, Stefanie Marilies von Greve-Dierfeld
Untersuchungen an 43 Jahre im Nordseeklima ausgelagerten Betonbalken - Dauerhaftigkeit mit Teilsicherheitsbeiwerten und mit qualifiziert abgesicherten deskriptiven Regeln
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Band 623
2016, 134 S., 297 mm, Softcover
Beuth

 

 

Der erste Beitrag stellt die Arbeiten des DAfStb-Forschungsvorhaben V 455 "Untersuchungen an 43 Jahre im Nordseeklima ausgelagerten Betonbalken" dar. Im Zentrum des Vorhabens standen Stahl- und Spannbetonprobekörper, die an der TU München in den 1960er Jahren hergestellt wurden. Die Motivation der damaligen Forschungsvorhaben war einerseits die Bedeutung der Zementart für das Korrosionsverhalten von Spannstahl und andererseits die Wirkungsweise von Inhibitoren in gerissenen Stahlbetonbauteilen zu quantifizieren. Die Ergebnisse des Vorhabens V 455 ermöglichen eine Quantifizierung des Langzeitverhaltens unterschiedlicher Zementarten und w/z-Werte im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit. Hierbei lagen Druckfestigkeit, Elektrolytwiderstand, Halbzellenpotentiale, Chloridmigrationskoeffizient und Chloriddiffusionskoeffizient im Fokus. Im Rahmen des zweiten Beitrages wurde das vollprobabilistische Konzept für die Dauerhaftigkeitsbemessung von XD, XS und XC-exponierte Bauteilen in ein semiprobabilistisches Bemessungskonzept mit Teilsicherheitsbeiwerten überführt. Die der Dauerhaftigkeitsbemessung zugrunde liegende Modellierung ist die des fib model codes for service life design, erschienen im fib bulletin 34 (2006). Zur Ableitung von Teilsicherheitsbeiwerten wurden zahlreiche Bemessungssituationen, welche die Bandbreite üblicher XD, XS und XC-Expositionen beschreiben, untersucht und ausgewertet Aus diesen Erkenntnissen wurden rechnerisch deskriptive Regeln abgeleitet, um die Anforderungen hinsichtlich geforderter Zielzuverlässigkeit/Ziellebensdauer durch im Rahmen der Regeln vorgegebene Materialauswahl, Mindestbetondeckung, Nachbehandlungsdauer erreichen zu 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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Breuer, Reinhard
Verrückter Beton. Materialien der Zukunft
Bild der Wissenschaft, 2020

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Mechtcherine, Viktor; Nerella, Venkatesh N.
Fresh state requirements to 3D-printable cement-based materials. Pumpability, extrudability and buildability
CPT worldwide, 2020

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Göb, Anna Katharina
Wohnhaus in Ashiya
Xia Intelligente Architektur, 2020

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Mehl, Robert
Desert rose made of concrete - National Museum of Qatar
BFT International, 2020

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Gestaltung und Kosten minimalistisch. Kombination aus Ortbeton und Fertigteilen beim club traube in Stuttgart
Opus C, 2020

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