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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

Dauerhaftigkeit von Betonbauteilen in Parkbauten
DBV-Heft, Band 46
Hintergründe und Erläuterungen zum DBV-Merkblatt (Fassung 2018)
Fassung Januar 2021.
2021, 145 S., 106 Abb., 17 Tab., Softcover

 

 

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Otto Wommelsdorff, Andrej Albert
Stahlbetonbau - Bemessung und Konstruktion - Teil 2
WIT
Stützen: Sondergebiete des Stahlbetonbaus
10., Aufl.
2021, 385 S., 240 mm, Buch
Reguvis Fachmedien

 

 

In bewährter Weise zeigt die Neuauflage des Teils 2 die Bemessung und Konstruktion von Stützen und Sondergebieten des Stahlbetonbaus mit ihren Hintergründen sowie konkreten und detaillierten Anwendungsbeispielen. Dabei werden auch bauaufsichtlich eingeführte Norm DIN EN 1992-1-1 (Eurocode 2) (2011) mit zugehörigem Nationalem Anhang NA (2013), die A1-Änderung (2015) sowie die Erläuterungen zu dieser Norm im DAfStb-Heft 600 (2020) berücksichtigt. Des Weiteren erfolgte die Berücksichtigung der, aus der vollständigen Überarbeitung der DAfStb 220 und 240 entstandenen DAfStb-Hefte 630 "Bemessung nach DIN EN 1992 in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit" (2018) und 631 "Hilfsmittel zur Schnittgrößenermittlung und zu besonderen Detailnachweisen bei Stahlbetontragwerken" (2019). Alle Beispielrechnungen erfolgen gemäß den vorgenannten Normen. Die Neuauflage richtet sich damit sowohl an Student/innen des Bauingenieurwesens als auch an die in der Praxis tätigen Ingenieur/innen.

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Halbband 1. Stahlbetonbau-Fokus: Brückenbau
Bauwerk
Beispiele zu Entwurf, Bemessung und Konstruktion
2021, 536 S., 170 x 240 mm, Hardcover
Beuth

 

 

Brückenbauwerke unterliegen durch ein stark gestiegenes Verkehrsaufkommen insbesondere durch größere Fahrzeuggesamtgewichte und steigende Achslasten im Güterverkehr deutlich erhöhten Anforderungen. Deshalb sind in naher Zukunft neue Technologien, modulare Bauweisen sowie neue Ansätze für Planung und industrielle Fertigung dringend erforderlich. Beiträge renommierter Autoren aus Wissenschaft, Lehre und Praxis geben den aktuellen Stand technischer Regelwerke wieder und verdeutlichen diesen durch praxisnahe Beispiele (z. B. Stabwerkmodelle im Brückenbau oder Betonbrücken nach Eurocode 2).

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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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Ressourceneffizienter Beton - Zukunftsstrategien für Baustoffe und Baupraxis : 15. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhal
2020, 90 S., graph. Darst. 29.7 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Mit der wirtschaftlichen Lage der Bauindustrie geht auch der notwendige Bedarf an Baustoffen einher. Der steigenden Nachfrage bei Baustoffen, wie dem Beton, steht zurzeit eine Verknappung der regionalen Rohstoffverfügbarkeit gegenüber. Um dem steigenden Bedarf im Betonbau gerecht zu werden, sind Lösungen für einen ressourceneffizienteren Beton erforderlich. Mit dem effizienten Einsatz von Baurohstoffen kann die Nachhaltigkeit mit einer ökonomischen Effizienz kombiniert werden. Eine nachhaltige Nutzung von Bauwerken sollte bereits beim Einsatz der Baurohstoffe beginnen. Zielsetzung des 15. Symposiums Baustoffe und Bauwerkserhaltung ist es, Ihnen einen Überblick über diese Entwicklungen zu geben und sie hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die zukünftige Betontechnologie sowie dem zukünftigen Bauen insgesamt zu bewerten. Das Programm der Veranstaltung beginnt mit einer politischen Bewertung des ressourceneffizienten Betonbaus sowie zukünftigen politischen Strategien. Eine Beurteilung erfolgt sowohl auf regionaler als auch auf internationaler Basis. Hierbei wird mit dem THINKTANK "Industrielle Ressourcenstrategien" eine Kombination aus wissenschaftlichen und industriellen Aspekten vorgestellt. Das Potential einer ökologischeren und ökonomischeren Betonbauweise wird im dritten Themenblock adressiert und zeigt Veränderungen der Zementzusammensetzung und der Betontechnologie für nachhaltige Lösungen auf. Die Umsetzung wird am Beispiel der Lean Construction Bauweise ausgeführt. Die baupraktische Umsetzung wird anhand von Anpassungen im Regelwerk sowie an Praxisbeispielen vorgestellt.

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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.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
Portal Bauforschung

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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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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Daniel Schmeer, Benjamin Schönemann, Olga Arkhipkina, Walter Haase, Harald Garrecht, Oliver Sawodny, Werner Sobek
Entwicklung einer ökologischen und ökonomischen Bauweise durch den Einsatz vorgefertigter multifunktionaler Wandbauteile aus gradiertem Beton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3194
2020, 130 S., 96 Abb. u. 37 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Bauwesen steht vor der Herausforderung, für mehr Menschen mit weniger Materialaufwand mehr zu bauen. Dies erfordert die Entwicklung neuer Technologien, die auf ein möglichst leichtes Bauen, die Minimierung des Verbrauchs an fossil erzeugter Energie sowie der vollständigen Rezyklierbarkeit der Bauteile abzielen. In diesem Kontext bestand das Ziel des Forschungsvorhabens in der Entwicklung von rein mineralischen, multifunktional gradierten Wandbauteilen, welche in der Lage sind, die Anforderungen an die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit, das architektonische Erscheinungsbild sowie den Wärmeschutz zu erfüllen. Eine deutliche Massenersparnis, eine signifikante C02-Reduktion sowie eine sortenreine Rezyklierbarkeit gegenüber herkömmlichen Massivbauteilen sollten erzielt werden. Das Ziel des Forschungsprojektes konnte durch die Entwicklung von rein mineralischen multifunktional gradierten Wandbauteilen, welche den tragstrukturellen und bauphysikalischen Anforderungen gerecht werden, erreicht werden. Hierzu konnten sowohl die Berechnungsansätze auf der Basis normativer Regelungen formuliert und validiert werden, als auch die zielführenden Verfahren zur Bauteilherstellung identifiziert und weiterentwickelt werden. Zum Abschluss des Projektes konnte mit der Technologie eine Masseneinsparung von rund 60 % gegenüber Massivwänden mit Wärmedämmverbundsystem erzielt werden, bei vergleichbaren Baukosten. In nachfolgenden Projekten gilt es die erzielten Lösungen final zu erforschen und weiterführende Versuche durchzuführen, um die Technologie letztlich praxisreif zu machen.

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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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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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Empelmann, Martin; Kloft, Harald
Practical solutions in additive manufacturing - Innovative jointing principles
BFT International, 2021

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Mark, Peter; Forman, Patrick
Building fast with serial-produced construction elements - Priority Program 2187
BFT International, 2021

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Thyroff, Roy
Digital evolution - From fiber to textile fabric
BFT International, 2021

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Ungermann, Jan; Schmidt, Philipp; Hegger, Josef
Punching shear capacity of eccentrically loaded column bases - Large-scale tests
BFT International, 2021

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Wagner, Norbert
Sustainable building with geotextiles in block pavements - Notes on planning and design
BFT International, 2021

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