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Spritzbetonverstärkte Stahlbetonstützen - Bemessungskonzept

Bauforschung, Band T 2804
Josef Hegger, Naceur Kerkeni
TH Aachen, Lehrstuhl und Institut für Massivbau -IMB-
1997, 242 S.
Fraunhofer IRB Verlag

Inhalt

Seit längerem schon werden Stahlbetonstützen mit Spritzbeton instand gesetzt oder nachträglich verstärkt. Bislang gibt es zu diesem Bauverfahren kein umfassendes Bemessungskonzept. Nach einer systematischen Auswertung früherer Untersuchungen an den Stützen sind Versuche unter zentrischer wie auch ausmittiger Belastung unternommen worden. Zusätzliche Langzeitversuche klärten den Einfluss des zeitabhängigen Materialverhaltens von Altbeton und Spritzbeton. Alle Versuche, auch die früheren, wurden mit LIMFES nachgerechnet. Dieses Rechenprogramm basiert auf der Methode der finiten Elemente und arbeitet mit einem dreidimensionalen Betonmodell. Umfangreiche Parameterstudien mit LIMFES führten schließlich zu dem Bemessungsverfahren für spritzbetonverstärkte Stahlbetonstützen. Das Verfahren gilt für zentrische und ausmittige Belastung, ist einfach praktizierbar und ergibt Resultate, die mit den experimentell erhaltenen Ergebnissen gut übereinstimmen.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

1 PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG 1
1.1 Problemstellung 1
1.2 Zielsetzung 1
2 ÜBERBLICK ZUM STAND DER KENNTNISSE 3
2.1 Untersuchungen an monolithischen, umschnürten Druckgliedern 3
2.1.1 Stützen mit kreisförmigem Querschnitt 3
2.1.2 Rechteckige Stützen 6
2.2 Versuche zur Stützenverstärkung 15
2.2.1 Versuche von Eibl, Bachmann [El, E2] 15
2.2.2 Versuche von Eibl, Wörner, Braun [E4] 15
2.2.3 Versuche von Krause, Cordes, Trost [C4, K3] 16
2.2.4 Versuche von Schäfer, Li, Bäätjer [S3] 17
2.3 Bemessungskonzepte für spritzbetonverstärkte Stützen 18
2.3.1 Allgemeines 18
2.3.2 Bemessungsansätze für den Krafteinleitungsbereich 19
2.3.3 Bemessungsansatz für den Stützenmittelbereich 28
3 DER BAUSTOFF SPRITZBETON 30
3.1 Anwendung 30
3.2 Normen, Richtlinien, Vorschriften und Empfehlungen 30
3.3 Spritzverfahren 32
3.4 Bereitstellungsgemisch 34
3.5 Betonzusatzmittel und -stoffe 35
3.5.1 Silicastaub 35
3.6 Auftragsfläche 36
3.7 Spritztechnik 36
3.8 Nachbehandlung 37
3.9 Porosität 37
3.10 Prüfverfahren 39
3.11 Bemessungsregeln 39
4 EIGENE VERSUCHE 42
4.1 Versuchsprogramm und Begründung 42
4.2 Herstellung der Versuchskörper 44
4.2.1 Baustoffe 44
4.2.2 Altbetonstütze 46
4.2.3 Verstärkungsmaßnahme .48
4.3 Nachtrglich verstärkte Stützen unter zentrischer Belastung 49
4.3.1 Versuchsaufbau 49
4.3.2 Durchführung der Versuche 51
4.3.3 Trag- und Verformungsverhalten 53
4.4 Nachträglich verstärkte Stützen unter exzentrischer Belastung 64
4.4.1 Versuchsaufbau 64
4.4.2 Trag- und Verformungsverhalten 65
4.5 Langzeitversuche an spritzbetonverstärkten Stützen 73
4.5.1 Einführung 73
4.5.2 Versuchsaufbau 73
4.5.3 Zeitlicher Ablauf der Versuche 77
4.5.4 Versuchsergebnisse 79
4.5.5 Parameterstudie 88
4.5.6 Zusammenfassung 95
5 RECHNERISCHE UNTERSUCHUNGEN UND ENTWICKLUNG EINES BEMESSUNGSKONZEPTES FÜR SPRITZBETONVERSTÄRKTE STÜTZEN 96
5.1 Rechnerische Untersuchungen 96
5.1.1 Grundlagen der rechnerischen Untersuchungen 96
5.1.2 Das FE-Programm "LIMFES" 112
5.1.3 Parameterstudien 115
5.2 Bemessungsansatz für den Lasteinleitungsbereich 124
5.2.1 Herleitung 124
5.2.2 Bemessungsansatz 133
5.3 Bemessungsansatz für den Stützenmittelbereich 135
5.4 Bemessungsbeispiel 135
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 138
7 LITERATURVERZEICHNIS 140
ANHANG A A1-A15

Publikationslisten zum Thema:
Instandsetzung, Sanierung, Tragfähigkeit, Stütze, Verstärkung, Spritzbeton, Stahlbetonstütze, Versuch, Parameterstudie, Tragverhalten, Querbewehrung, Ausmittigkeit, Lastausmitte, Bemessung, Berechnung, Vergleich, Übereinstimmung, Tragfähigkeitserhöhung, Nachrechnung,

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Bernhard Wietek
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Stahlbeton ist ein moderner Baustoff, der in allen möglichen Bauwerken angewendet wird. Auf Grund seiner Eigenschaften ist die Gebrauchsdauer für einzelne Bauwerke sehr unterschiedlich. Es wird, ausgehend von den Materialeigenschaften, auf Gefahren hingewiesen und wie diese für den interessierten Kunden erkennbar und auch messbar sind. Die verschiedenen Erhaltungsmethoden zur Verlängerung der Gebrauchszeit werden erläutert. Letztendlich wird auch die übliche Gebrauchszeit für Stahlbeton ohne und mit Erhaltungsmaßnahmen bei den unterschiedlichen Bauwerken und Umwelteinflüssen angegeben.

Klaus Beer
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Tabellen und Beispiele für Bauzeichner und Konstrukteure
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Das Fachbuch bietet einen übersichtlichen Einblick in die Bewehrung von Stahlbetonbauteilen. Wie viele Rundstähle kommen in einen Balken? In welche Richtung wird eine Q-Matte verlegt? Der Band erklärt, wie der Stahl im Beton verlegt und auch zeichnerisch dargestellt wird. Zahlreiche Tabellen und Beispiele ermöglichen ein schnelles Auffinden der genauen Bewehrungszeichnung. Erweitert wurde die 7. Auflage mit Hinweisen und Erläuterungen zur Bemessung und Konstruktion, Bewehrung einer Einfeldplatte und der Bewehrung von Kragplatten.

Typische Schäden im Stahlbetonbau - Vermeidung von Mängeln als Aufgabe der Bauleitung
DBV-Heft, Band 16
Aktualisierte Ausgabe 2017.
2017, 174 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover

Die auf zahlreichen Praxisbeispielen basierenden Beiträge in dem Heft wurden von den Bauberatern des Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins erarbeitet und für die Praxis aufgearbeitet. Es werden diverse planerische und ausführungstechnische Mängel beschrieben. Dabei geht es im Einzelnen um folgende Themen: - Prüfung von Planangaben: verdeckte Fragestellungen für die Ausführung; - Korrekte Bestellung von Beton: Besonderheiten der Betone, Vorsicht bei den Expositionsklassen; - Annahme von Beton auf der Baustelle: Worauf die Baustelle bei der Qualitätskontrolle und Überwachung zu achten hat; - Einbau der Bewehrung: Sicherstellung der Betondeckung und des Verbundes beim Betonieren; - Besonderheiten bei wasserundurchlässigen Bauwerken: Planung und Ausführung von Dreifachwänden und wasserundurchlässigen Dächern und Decken (WU-Dächer); - Besonderheiten der Fugenausbildung: Planung und Ausführung; - Besonderheiten bei Sichtbeton: Planung, Ausführung und Abnahme; - Vermeidung und Beurteilung von Rissen: Theorie und Praxis; - Nachbehandlung und Schutz von Betonbauteilen; - Betonieren bei extremen Temperaturen: Betonieren im Winter und im Sommer; - Mangelhafte Angaben in Schal- und Bewehrungszeichnungen; - Kontrolle der Zeichnungen als Aufgabe der Arbeitsvorbereitung; - Korrekte Bestellung von Beton; - Annahme von Beton auf der Baustelle; - Verlegung und Kontrolle der Bewehrung; - Abstandhalter und Betondeckung für verschiedene Einwirkungen; - Betonierbarkeit von Bauteilen aus Beton und Stahlbeton; - Besonderheiten bei wasserundurchlässigen Bauwerken; - Besonderheiten der Fugenausbildung; - Besonderheiten bei Sichtbeton; - Vermeidung und Beurteilung von Rissen; - Nachbehandlung und Schutz von Betonbauteilen; - Betonieren im Winter - Betonieren im Sommer.

Otto Wommelsdorff, Andrej Albert, Jürgen Fischer
Stahlbetonbau - Bemessung und Konstruktion
Grundlagen - Biegebeanspruchte Bauteile
11., Aufl.
2017, XII, 404 S., Beilagen: 2 Faltblätter. 240 mm, Hardcover
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Die Neuauflage behandelt durchgehend die deutsche Fassung der DIN EN 1992-1-1 (2011), den nationalen Anhang (2013) sowie die aktuelle A1-Änderung (2015). Alle Beispielsrechnungen erfolgen gemäß den Vorgaben dieser Normen. Aus dem Inhalt: - Einführung (Prinzipien, Begriffe, Baustoffe); - Sicherheitskonzept nach EC 2; - Ermittlung von Schnittgrößen; - Vorschriften und konstruktive Grundlagen; - Biegebemessung von Rechteckquerschnitten; - Nachweise in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit; - Bemessung für Querkräfte sowie Verankerung und Stoß von Bewehrungsstäben; - Querschnitte mit Druckbewehrung, Plattenbalken und deckengleichen Balken; - zweiachsig gespannte Platten; - Anwendungen.

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5., Aufl.
2017, XV, 435 S., m. Abb. 240 mm, Softcover
Reguvis Fachmedien

Das Buch stellt unter Berücksichtigung der aktuellen Normen die Bemessung von Stahlbetonbauteilen dar. Zahlreiche Beispiele und farbige Zeichnungen optimieren die Verständlichkeit und ermöglichen angehenden und erfahrenen Bauingenieuren dadurch die leichte und sichere Aneignung der erforderlichen Hintergründe im Stahlbetonbau, die für die tägliche Praxisfertigkeit erforderlich sind. Übersichtlich - verständlich - anschaulich. Aus dem Inhalt: - Grundlagen der Konstruktion; - Schalpläne und Bewehrungspläne; - Einachsig und zweiachsig gespannte kontinuierlich gestützte Massivplatten; - Sonderfälle der Plattenbemessung Elementplatten; - Nichtlineare Nachweisverfahren; - Punktgestützte Platten; - Treppen; - Unbewehrter Beton; - Fundamente; - Wände; - Stabwerkmodelle Wandartige Träger.

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Forschungsberichte

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Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)

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Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)
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2019, 109 S., 69 Abb. u. 29 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Seit längerem gibt es intensive Bestrebungen, den volkswirtschaftlich außerordentlich bedeutsamen Verbundwerkstoff Stahlbeton weiterzuentwickeln und dazu vor allem die Zugfestigkeit von Beton zu erhöhen. Mit dem an der Universität Augsburg entwickelten Herstellungsverfahren, bei dem die Ausrichtung beigemischter Kohlenstofffasern durch eine Düse gezielt eingestellt werden kann, ist es gelungen, mit handelsüblichen Ausgangsstoffen und im Grunde praxisgerechten Verfahren eine signifikante Erhöhung des Verhältniswertes von Zug- und Druckfestigkeit bei Zementsteinproben zu erreichen. In den Untersuchungen zur Materialentwicklung konnte gezeigt werden, dass die hohen Festigkeiten der faserverstärkten Prüfkörper auch mit kürzeren Fasern erreicht werden können und somit besser verarbeitbare Mörtel gleicher Festigkeit herstellbar sind. Ein sowohl preisliches als auch in der Ökobilanz günstigeres System konnte ohne Festigkeitsverlust realisiert werden, indem teure neuwertige Fasern durch günstigere Recyclingprodukte ersetzt wurden.

Nachhaltiges Bauen mit vorgespannten Tragelementen aus ultrahochfestem Beton (UHPC); Anwendung für Parkhäuser. Abschlussbericht

Oliver Fischer, Nicholas Schramm, Jörg Jungwirth
Nachhaltiges Bauen mit vorgespannten Tragelementen aus ultrahochfestem Beton (UHPC); Anwendung für Parkhäuser. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3104
2018, 332 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Ultrahochfester faserbewehrter Beton birgt sowohl in wirtschaftlicher als auch in ökologischer Hinsicht große Potentiale für den Fertigteilbau. Mit Hilfe dieses innovativen Werkstoffs können gegenüber üblichen Betonbauweisen der Ressourcenverbrauch und die Eigenlasten deutlich reduziert werden, während sich gleichzeitig die Dauerhaftigkeit erhöht. Der Parkhausbau stellt somit ein ideales Anwendungsgebiet für den vielversprechenden Werkstoff dar. Mit dem Forschungsvorhaben konnten die Vorteile von ultrahochfestem faserbewehrten Beton, wie z.B. die exzellenten Dauerhaftigkeitseigenschaften sowie die Reduktion von Eigengewicht, für eine Anwendung im Parkhausbau aufgezeigt werden. Das entwickelte Tragsystem aus vorgespannten Längsträgern und filigranen Plattenelementen weißt dabei, bei gleichbleibender Tragfähigkeit, extrem geringe Querschnittsabmessungen auf. Dadurch und aufgrund des entwickelten Fügeprinzips ohne Anschlussbewehrung und Beschichtungen ergäben sich erhebliche Vorteile bei der Verlegung. Aufgrund der exzellenten Dauerhaftigkeitseigenschaften kann auf jegliche (im Parkhausbau übliche) Beschichtungen verzichtet werden.

Bestimmung der maßgebenden Einwirkungskombinationen nach DIN EN 1990 zur rationellen Bemessung von Stahlbetonbauteilen im üblichen Hochbau

Carl-Alexander Graubner, Jaroslav Kohoutek, Ngoc Linh Tran
Bestimmung der maßgebenden Einwirkungskombinationen nach DIN EN 1990 zur rationellen Bemessung von Stahlbetonbauteilen im üblichen Hochbau
Bauforschung, Band T 3325
2016, 126 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Anlass: Seit der Einführung des Teilsicherheitskonzeptes werden die bei der Bemessung zu berücksichtigenden Sicherheitsbeiwerte auf die Einwirkung und den Widerstand verteilt, wobei hinsichtlich der anzusetzenden Teilsicherheitsbeiwerte zwischen ständigen und veränderlichen Einwirkungen unterschieden werden muss. Dies führt bei der Bemessung von größeren Tragsystemen aufgrund der nichtlinearen Momenten-Normalkraft Interaktion in der Regel zu einer Vielzahl von zu untersuchenden Einwirkungskombinationen. Die Anzahl der Kombinationen steigt dabei mit der Anzahl der vorhandenen Einwirkungen überproportional an. Zusätzlich ist zu beachten, dass für verschiedene Nachweisstellen eines Bauteils unterschiedliche Einwirkungskombinationen maßgebend werden können. Die Berücksichtigung von verschiedenen Einwirkungskombinationen führt in der Bemessungspraxis zu einer zeitaufwändigen Aufgabe, die mit einer einfachen Handrechnung kaum noch zu bearbeiten ist. Darüber hinaus kann es leicht zu fehlerhaften Bemessungen kommen, wenn aufgrund des steigenden Zeit- und Kostendrucks eine maßgebende Einwirkungskombination vergessen wird. Dies kann die Zuverlässigkeit von Tragstrukturen signifikant beeinflussen, da die normativ definierten Teilsicherheitsfaktoren den Einfluss von menschlichem Fehlverhalten bei der Planung und Ausführung nicht abdecken. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Anzahl der theoretisch möglichen Einwirkungskombinationen für praxisübliche Fälle wissenschaftlich zu analysieren und hinsichtlich ihrer Bemessungsrelevanz zu clustern, um die bemessungsmaßgebenden Kombinationen identifizieren zu können. Dies kann zu einer deutlichen Reduzierung der zu berücksichtigenden Einwirkungskombinationen genutzt werden. Somit kann ein Beitrag zur Rationalisierung und Kostensenkung in der Planung geleistet, die Übersichtlichkeit bei der Berechnung erhöht und eine Verringerung der Fehleranfälligkeit bei der Bemessung von Bauteilen im üblichen Hochbau erreicht werden. - Arbeitsplan und Durchführung: Parameteridentifikation

Hochfeste Bewehrung im Stahlbetonbau - Identifizierung von Anwendungsmöglichkeiten, Entwicklung von Bemessungsgrundlagen und Ermittlung des wirtschaftlichen Einsparpotentials

Matthias Scheibe, Florian Hude, Josef Hegger, Janna Schoening
Hochfeste Bewehrung im Stahlbetonbau - Identifizierung von Anwendungsmöglichkeiten, Entwicklung von Bemessungsgrundlagen und Ermittlung des wirtschaftlichen Einsparpotentials
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2893
2014, 223 S., 178 Abb. u. 61 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

Die Verwendung von hochfesten Bewehrungsstählen, die eine um bis zu 1/3 höhere Streckgrenze aufweisen, ermöglicht schlankere Bauteile und damit eine ressourceneffizientere Bauweise. Das Forschungsvorhaben soll die Einsatzbereiche hochfester Bewehrung ermitteln und bewerten sowie durch experimentelle und theoretische Untersuchungen die wissenschaftliche Basis für ihre baupraktische Anwendung schaffen. Weiterhin sind für die Anwendung in der Praxis Bemessungstools bzw. Bemessungshilfen zu erstellen, soweit sie nicht von bestehenden Programmen abgedeckt sind. Von der RWTH werden die Versuchskörper erstellt und getestet. Auf Basis der Versuchsergebnisse und begleitender theoretischer Untersuchungen werden Verbundkennwerte für die hochfesten Stähle bestimmt und Bemessungsregeln zur Biegebemessung, zum Rissbreitennachweis und zur Rotationsfähigkeit hergeleitet. Bei den Untersuchungen der hochfesten Stähle dienen Referenzversuche mit Betonstahl BSt 500S als Vergleichswerte. Zur vertieften Analyse des Verbundverhaltens der hochfesten Stähle sind FE-Berechnungen vorgesehen. Nach Abbildung der Versuche und Kalibrierung der Verbundgesetze sollen numerische Parameterstudien durchgeführt werden, um die Ergebnisse des Forschungsvorhabens auf andere Randbedingungen als in den Versuchen zu übertragen. Die FE-Berechnungen werden sowohl von SAH als auch von der RWTH durchgeführt. Das Institut für Betonbau der TU Graz (Prof. Tue) wird die numerische Abbildung des Verbundverhaltens beratend begleiten. Zur Kalibrierung und Validierung der FE-Modelle dienen die Versuchsergebnisse der RWTH. Damit werden im Forschungsvorhaben Grundlagen für alle Bewehrungsstähle mit den gleichen oder ähnlichen Eigenschaften ermittelt.

Grenzzustände kleiner Rissbreiten in Dichtkonstruktionen aus Stahlbeton unter Berücksichtigung der Anforderungen an Durchflusssicherheit, Nutzungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit

Manfred Curbach, Martin Just
Grenzzustände kleiner Rissbreiten in Dichtkonstruktionen aus Stahlbeton unter Berücksichtigung der Anforderungen an Durchflusssicherheit, Nutzungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit
Bauforschung, Band T 3283
2012, 46 S., 41 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Aus dem vorangegangenen Forschungsvorhaben ergaben sich, begründet durch die geringe Vorhersagegenauigkeit bei kleinen Rissbreiten, erhebliche Zweifel bezüglich der Zuverlässigkeit von Dichtkonstruktionen aus Stahlbeton mit kleinen Trennrissen. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes sollte daher eine Untersuchung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit, beruhend auf dem (semi-)probabilistischen Sicherheitskonzept durchgeführt werden, in dem sowohl die Abweichungen zwischen vorhergesagter und tatsächlich auftretender Rissbreite, als auch die Streuungen auf der Widerstandsseite berücksichtigt werden. Dazu wurde eine Literaturrecherche durchgeführt, mit dem Ziel Verteilungsfunktionen auf der Widerstandsseite für verschiedenen Aspekte der Dauerhaftigkeit zu finden. Dies ist nur für den Eindringwiderstand gegen wassergefährdende Stoffe gelungen. Des Weiteren wurde aufbauend auf einem Rissdatensatz eine Beziehung zwischen berechneter und tatsächlich auftretender Rissbreite für mehrere Rissbreitenmodelle hergestellt. Mit den so ermittelten Verteilungsfunktionen wurden probabilistische Betrachtungen durchgeführt und Tendenzen hinsichtlich der Zuverlässigkeit bei der Bemessung von Dichtkonstruktionen aufgezeigt. Außerdem wurden Empfehlungen gegeben für weitere Untersuchungen auf dem Gebiet der Rissbreitenvorhersage, insbesondere im Hinblick auf die bei der Berechnung angesetzte Lasteinleitungslänge und die Verbundfestigkeit. Hier sind durch die Untersuchungen Zweifel an dem aktuellen Rissbreitenmodell nach EC2-1 mit Nationalem Anhang entstanden.

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Zeitschriftenartikel

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Kindmann, Rolf; Vette, Jan
Tragfähigkeit von Stahlrohren im Einspannbereich von Stahlbetonkonstruktionen. Berechnungsmodelle zur Wahl der erforderlichen Einspanntiefe
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Rappl, Stefan; Osterminski, Kai; Ansary, Shima; Hiemer, Florian
Dauerschwingverhalten von Betonstahl im Dauerfestigkeitsbereich N größer gleich 10 Millionen
Beton- und Stahlbetonbau, 2021

Haupenthal, Frank; Siegmund, Michael
Das Prinzip der Lastumlagerung bei der Instandsetzung von Stahlbetonstützen. Bauen im Bestand
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2021

Fingerloos, Frank; Cyllok, Michael; Zehfuß, Jochen
An alternative tabular method for fire protection design of reinforced concrete columns - Explanations to the new Annex C of DIN EN 1992-1-2/A1
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Punching shear behavior of steel fiber reinforced flat slabs in combination with punching shear reinforcement
BFT International, 2021

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