Reihe I: Text. Band. Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbautragstrukturen

Grundlagen der Fertigung, Charakterisierung und Auslegung

Hrsg.: Jürgen Fleischer
2021, xv, 322 S., XV, 322 S. 240 Abb., 207 Abb. in Farbe. 240 mm, Hardcover
Springer
ISBN 978-3-662-62832-4

Inhalt

Der Einsatz von Leichtbautragstrukturen bietet heutzutage die Möglichkeit eine signifikante Gewichtsreduzierung zu realisieren. Bei der Gestaltung dieser Leichtbautragstrukturen müssen, je nach Anwendungsfall, eine Vielzahl von Anforderungen berücksichtigt werden. Die komplette Substitution eines Werkstoffes ist für die konsequente Nutzung des Leichtbaupotentials nicht immer zielführend. Eine optimale Gesamtstruktur besteht aus einer hybriden Werkstoffkombination, dem sogenannten Multi-Material-Design. Der Ansatz der Hybridisierung von Strukturkomponenten rückt somit immer stärker in den Vordergrund und kann grundsätzlich nach zwei unterschiedlichen Methoden erfolgen. Zum einen können zwei Bauteile aus Faserverbundkunststoff und Metall durch nachgeschaltete Fügeprozesse, wie beispielsweise Nieten, Schrauben oder Kleben, gefügt werden. Nachteil dieses Ansatzes ist neben dem Aufwand für den Fügeprozess die zusätzliche Masse, durch die das Leichtbaupotential nicht vollkommen ausgeschöpft werden kann. Zum anderen besteht die Möglichkeit der Herstellung des Hybridverbunds in einem einstufigen Prozess, wobei die Verbindung der verschiedenen Materialien im Ur- oder Umformprozess ohne einen nachfolgenden Fügeschritt erfolgt. Das entstehende Bauteil dieses einstufigen Prozesses wird als intrinsisches Hybrid bezeichnet. Aufgrund der intrinsischen Hybridisierung entstehen neue Gestaltungsmöglichkeiten und produktionstechnische Vorteile, aber auch Herausforderungen in Bezug auf die Prüfung, Simulation und Herstellung. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1712 der Deutschen Forschungsgemeinschaft wurde hierzu auf den Fachgebieten Produktionstechnik, Mechanik und Werkstoffwissenschaften intensiv Forschungsarbeit geleistet. Im Buch werden die Entwicklung und der Fertigungsprozess von flächigen, rohrförmigen und profilförmigen, intrinsischen Hybridverbunden erläutert und die wichtigsten Erkenntnisse zusammenfassend dargestellt.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

Einführung in intrinsische Hybridverbunde.- Metall-FVK-Hybridprofile.- Hybrid Hohlprofile, -wellen und -achsen.- Ergebnisse der Arbeitskreise.- Zusammenfassung und Ausblick.

Autoreninfo

Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe (TH) und war anschließend von 1985 bis 1989 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik (wbk) der Universität Karlsruhe (TH). In den folgenden Jahren war er in verschiedenen leitenden Positionen im DaimlerChrysler Konzern und bei Bombardier Transportation tätig. Am 01.02.2003 wurde er zum Professor und Leiter des wbk Instituts für Produktionstechnik berufen. Im Zuge dieser Tätigkeit koordinierte er von 2014-2020 das Schwerpunktprogramm 1712 Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbautragstrukturen der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

Publikationslisten zum Thema:
Leichtbau, Tragstruktur, Hybrid, Schale, Verbund, Profil, Tragstruktur, Welle, Strebe, Beanspruchung, Gestaltungsrichtlinie, Produktionstechnologie, Anwendungsbeispiel,

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Stahlbau-Kalender 2022
Stahlbau-Kalender
Schwerpunkte: Türme und Maste, Brandschutz
2022, XXVI, 720 S., 600 SW-Abb., 180 Tabellen. 244 mm, Hardcover
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Ein Schwerpunkt des Stahlbau-Kalenders 2022 ist der Brandschutz, der existenziell für die Stahlbauweise ist. Die ganzheitliche Betrachtung des vorbeugenden Brandschutzes unter Berücksichtigung der nutzungsbedingten Gefährdungspotenziale und Schutzziele spielt bei der Planung und Errichtung von Bauwerken eine wesentliche Rolle. Planung und Entwurf mithilfe von Brandschutzkonzepten und Naturbrandmodellen können vorteilhafte, wirtschaftliche Konstruktionen hervorbringen. Mit dem zweiten Schwerpunktthema Türme und Maste behandelt dieser Kalender ein Spezialthema des Stahlbaus mit seinen spezifischen Konstruktionsformen und Einwirkungen, insbesondere aus Wind. Der Stahlbau-Kalender dokumentiert verlässlich und aus erster Hand den aktuellen Stand der Stahlbauregelwerke. In diesem Sinne werden, neben der Aktualisierung des Kommentars zu Eurocode 3 Teil 1-1 "Bemessungsregeln für den Hochbau", die neuen Entwicklungen zur Regelung der "Brandeinwirkungen auf Tragwerke" in prEN 1991-1-2 und der "Tragwerksbemessung für den Brandfall" in prEN 1993-1-2 dargestellt und erläutert. Wie immer bewegen sich alle Kapitel nahe an der Ingenieurpraxis und enthalten zahlreiche Beispiele. Das Buch ist ein Wegweiser für die richtige Berechnung und Konstruktion im gesamten Stahlbau mit neuen Themen in jeder Ausgabe. Autoren aus der Industrie, aus Ingenieurbüros und aus der Forschung vermitteln Grundlagen und geben praktische Hinweise.

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Die Tragwerkslehre stellt für Studierende der Architektur und des Bauingenieurwesens ein Grundlagenfach dar, bei dem es im Kern darum geht, den Transfer von fachlichen Einzelaspekten wie bspw. Lastannahmen, Baustoffkunde, Statik hin zu einem baustoffübergreifenden Gesamtverständnis für Tragkonstruktionen herzustellen. Dieser Leitgedanke liegt dem Buch zugrunde und gliedert den Inhalt in fünf didaktisch aufeinander aufbauenden Kapiteln. Im Teil A werden in allgemeiner Form die Anforderungen an Tragwerke definiert und kurz vorgestellt. Grundlagen für das statische Verständnis und das dafür notwendige Rüstzeug vermittelt der Teil B des Buches. In Teil C erfolgt die Erweiterung der Zusammenhänge auf einzelne Tragelemente wie z.B. Träger oder Rahmen und ganze Tragsysteme wie z.B. Fachwerke oder Aussteifungssysteme.

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2021, 224 S., ca. 350 Abbildungen, Softcover
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Stahlbeton gilt als Allzweckwaffe des modernen Bauens: Kein anderer tragender Baustoff ist so gut formbar und hat ähnlich gute Schall- und Brandschutzeigenschaften. Das Buch illustriert diese Vielseitigkeit anhand von rund 20 Gebäudebeispielen und Fachbeiträgen aus dem Hoch- und Ingenieurbau. Ausführliche Projektbeschreibungen sowie zahlreiche Detailzeichnungen machen den Entwurfs- und Bauprozess der Hallen, Brücken, Bahnhöfe und Bürohäuser nachvollziehbar. Die Beiträge aus Forschung und Praxis porträtieren zugleich einen Baustoff im Wandel. Die Stahlbetonbauten früherer Jahrzehnte bilden ein Erbe, dessen Sanierung und Unterhalt uns bis heute in Atem hält. Auch auf den Umgang mit dieser Bausubstanz wirft das Buch einen kritischen Blick.; Reinforced concrete is the go-to powerhouse of modern construction: no other load-bearing building material is as malleable with similarly good noise and fire protection properties. The book illustrates this versatility with around 20 building examples and specialist articles from the fields of structural and civil engineering. In-depth project descriptions and numerous detailed drawings show the design and construction process of these halls, bridges, railway stations, and office buildings. Articles informed by research and practice also portray a building material in transformation. Still, the reinforced concrete buildings of earlier decades also constitute a legacy, and their restoration and maintenance continue to fascinate us to this day. The book also takes a critical look at the handling of this building material.

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Entscheidungen in Tragwerksfragen haben enormen Einfluss auf gestalterische, ökonomische und ökologische Auswirkungen. Nur in enger Zusammenarbeit von Architekten, Auftraggebern und Tragwerksplanern entstehen großartige und innovative Bauten. Der Atlas Tragwerke liefert über die Materialgrenzen hinaus kompetente Hilfestellung bei konstruktiven Herausforderungen und zeigt anschaulich die große Bandbreite sinnvoller Möglichkeiten für verschiedene Bauaufgaben. Anhand klassischer Meisterwerke und herausragender aktueller Projekte lassen sich die Potenziale von Tragsystemen für verschiedene Bauaufgaben darstellen und Alternativen überschlagen. Das Entwurfs- und Konstruktionsfachbuch zeigt in einzigartiger Darstellung die großen Chancen einer sinnvollen Kombination verschiedener Baustoffe für moderne Tragsysteme auf sowie die wesentlichen Konstruktionsprinzipien und -details.

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In dem Buch sind für alle üblichen Konstruktionsteile im Hochbau Faustformeln und Näherungsverfahren zusammengetragen, die es erlauben, mit geringem Rechenaufwand Beanspruchungen, Abmessungen und häufig auch den Baustoffverbrauch von Konstruktionen unter Berücksichtigung der aktuellen Normen abzuschätzen. Die Ergebnisse sind schnell zu ermitteln und genau genug, um Hauptabmessungen von Bauteilen im Sinne einer Vorplanung anzugeben.

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Forschungsberichte

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Bei mehrgeschossigen Hochbauten ergeben sich vor allem in den unteren Etagen hohe Vertikallasten in den tragenden Wandscheiben. Durch die Kombination von ultrahochfestem Beton mit Holz soll ein nachhaltiger und hochleistungsfähiger Verbundwerkstoff geschaffen werden, der sich neben den allgemeinen Vorzügen von Holz insbesondere durch seine hohe und an die örtliche Belastung anpassbare Tragfähigkeit auszeichnet. Das Forschungsprojekt konnte zeigen, dass eine tragfähige Verklebung von ultrahochfestem Beton und Holz mit zugelassenen Klebstoffen, die in der Brettsperrholzproduktion üblich sind, hinsichtlich des Kurzzeittragverhaltens herstellbar sind.

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Die Verankerung und Vernadelung von Mauerwerk mit Stabstahl wird heute bei der Sanierung historischer Bauwerke häufig angewendet. Der Nachteil dabei ist, dass ein Korrosionsschutz bei schwarzem Stahl bzw. Edelstahl zum Einsatz kommen müssen. Verpressmörtel auf Zementbasis führen bei sulfathaltigem Mauerwerk zu Verträglichkeitsproblemen. Der Einsatz von Edelstahl ist mit hohen Kosten verbunden. Faserverstärkte Kunststoffe stellen hier eine Alternative dar. Mit dem Forschungsvorhaben sollten wesentliche Grundlagen für den Einsatz von Faserverbundbewehrung zur Verankerung und Vernadelung von historischem Mauerwerk erforscht und für die Praxis die entsprechenden Daten und Bemessungsalgorithmen bereitgestellt werden. Die Untersuchung wurde bei den wesentlichen Materialien, dem Faserverbundwerkstoff, dem Mauerwerk und dem Injektionsgut begonnen. Aus den Erkenntnissen zum Verhalten von unterschiedlichem historischem Mauerwerk ist das Anforderungsprofil an das Anker- und Nadelmaterial auf der Basis einer umfangreichen Werkstoffanalyse festgelegt worden. Im Anschluss an die theoretischen Untersuchungen sind experimentelle Untersuchungen angeschlossen worden. Die technologische Erprobung erfolgte an zwei konkreten Objekten in der Praxis, dem Schloss Steinort in Polen und der Sicherung des westlichen Iwans in der Weltkulturerbestätte Tahkt-e Soleyman im Iran.

Jörg Lange, Alexander Engel
Tragfähigkeit von direkt befestigten Sandwichelementen unter zyklischer Beanspruchung. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3365
2019, 214 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Abminderung der Tragfähigkeit von direkten Befestigungen unter zyklischer Beanspruchung anhand eines umfangreichen Versuchsprogramms zu bestimmen und ggf. gegenüber der bisherigen Zulassungspraxis zu verbessern. Zu diesem Zweck wurden Durchknöpfversuche gemäß prEN 14509-2 an kleinformatigen Sandwichelementen verschiedener Hersteller, Kernmaterialien, Elementhöhen und Deckblechdicken sowie Schrauben verschiedener Hersteller am Mittel- und Endauflager durchgeführt und ausgewertet. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse des Forschungsvorhabens, dass die zyklische Tragfähigkeit direkt befestigter Sandwichelemente von einer Vielzahl an Faktoren abhängt, die nicht ausreichend durch Versuche an Bügelproben abgebildet werden können. Die ermittelten zyklischen Abminderungsfaktoren unterscheiden sich hinsichtlich des verwendeten Kernmaterials und der Lage im Bauteil. Die Angabe eines pauschalen Abminderungsfaktors ist aufgrund der vielzähligen Einflüsse nicht zweckmäßig und unwirtschaftlich. Eine Differenzierung des Faktors wird empfohlen.

Jaroslav Novak, Martin Heßler, Wolfgang Jehl, Norbert Sack
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Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3087
2019, 166 S., 128 Abb. u. 88 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Um die Anforderungen an den gestiegenen Wärmeschutz von Wänden zu erfüllen, wurde die Wärmeleitfähigkeit von Ziegelmauerwerk in den letzten Jahren deutlich reduziert. Mit der entsprechenden Verbesserung der wärmetechnischen Eigenschaften ging jedoch gleichzeitig eine Reduzierung der mechanischen Festigkeiten einher. Zur Reduzierung des Wärmdurchgangskoeffizienten U von Fenstern und anderen transparenten Bauelementen wird der Einsatz von 3-fach Glas in Zukunft Standard werden. Der Trend des Transparenten Bauens führt zu Bauelementen und somit auch zu größeren Glasflächen. Die Anforderungen an den Komfort (z. B. Schallschutz) sowie an die Sicherheit (z. B. Einbruchhemmung) werden auch in Zukunft steigen. Hierdurch wird vermehrt Isolierglas mit Verbundscheiben eingesetzt werden. Durch diese Entwicklungen ergeben sich heute und auch in Zukunft deutlich höhere Gewichte von transparenten Bauelementen. Ziel des Forschungsvorhabens war die Erarbeitung von praxisnahen Handlungsempfehlungen zur Fensterbefestigung in hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk. Im Rahmen des Projektes sollten gesamtheitliche praxistaugliche Lösungen erarbeitet werden. Zur Erreichung der Ziele waren umfangreiche experimentelle Untersuchungen vorgesehen. Im Rahmen der Untersuchungen sollten die Belastungsgrenzen für Befestigungslösungen in hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk herausgearbeitet werden sowie baupraktische Lösungsvorschläge erarbeitet werden, die auch spezielle Einbausituationen (z. B. untere Befestigung bei Hochlochziegeln) berücksichtigen. Die Erkenntnisse sollten sowohl durch Untersuchungen an Kleinproben, als auch durch komplette Bauteilversuche erarbeitet werden.

Erarbeitung von materialspezifischen Widerstandskennwerten für die Verbundfugenbemessung von Stahlfaserspritzbetonergänzungen im Hinblick auf das nationale Anwendungsdokument zu DIN EN 14487 und DIN EN 14488. Abschlussbericht

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
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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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Zeitschriftenartikel

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Fankhauser, Benjamin
Fügetechnik mit Klebstoff. Vorfertigung
Bauen mit Holz Spezial, 2022

Herbrand, Martin; Lazoglu, Alex; Ullerich, Christof; Marx, Steffen; Zehetmaier, Gerhard
Aggregation von Zustandsindikatoren aus Inspektions- und Monitoringdaten im Brückenbau
Bautechnik, 2022

Metje, Kevin; Leutbecher, Torsten
Zur Querkraftbemessung von Biegeträgern aus stahlfaserverstärktem ultrahochfesten Beton - Teil 1: Bemessungsansatz und Datenbank
Bauingenieur, 2022

Hochuli, Antonina; Trouillet, Jean-Georges; Brühwiler, Eugen; Schulz, Olaf; Hoffmann, Michael
Erneuerung einer festen Fahrbahn der Bahn unter Verwendung von UHFB - weltweit erstmaliger Einsatz von UHFB im Gleisbau. Teil 2: Übersicht der statischen Nachweise, Dimensionierung der hochleistungsfähigen Schwellensockel aus UHFB
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Sippel, Thomas; Hofmann, Jan; Maci, Nilde
Tragverhalten von Stützenschuhverbindungen. Teil 2: Untersuchungen zum Verformungsverhalten mit FE-Berechnungen
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2022

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