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Verstärkung von Stahl- und Spannbetonbrücken mit Carbonbeton

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[Quelle: https://d-nb.info]

Um die Anwendbarkeit von Carbonbeton als Verstärkungsmaßnahme bewerten zu können, wurden zunächst Aspekte zur Materialbeschaffenheit auf Grundlage laufender Forschungsvorhaben zusammengetragen und vor dem Hintergrund der Anwendung im Brückenbau gezielt durch eigene Versuchsserien ergänzt. Der Schwerpunkt der Arbeit lag jedoch bei der Untersuchung des Tragverhaltens von verstärkten Stahl- und Spannbetontragwerken. Während die Verbundunterschiede zwischen Bewehrungsmaterial im Altbetonbauteil und der nachträglich angebrachten Verstärkungsschicht im Bruchzustand von untergeordneter Bedeutung sind, bestimmen diese im Gebrauchszustand das Tragverhalten maßgeblich. Basierend auf Bauteilversuchen an carbonbetonverstärkten Stahl- und Spannbetonplattenstreifen gelang es sowohl einen Bemessungsansatz unter Gebrauchslastniveau als auch für den Grenzzustand der Tragfähigkeit abzuleiten. Auch die weit verbreitete Problematik in Deutschland zur Verstärkung von Tragwerken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl wurde behandelt. An Brückenträgern aus einem Brückenrückbau ergab sich die Möglichkeit experimentelle Untersuchungen durchzuführen und die Wirksamkeit einer Carbonbetonverstärkung zu validieren. Die Träger wurden zunächst gezielt geschädigt, anschließend mit Carbonbeton verstärkt und das Tragverhalten in Hinblick auf die Kriterien Rissbildung unter Gebrauchslasten (Ankündigungsverhalten) sowie die erzielbare Restsicherheit (Tragsicherheit) bewertet. Die Ergebnisse und Berechnungsansätze wurden für die praktische Anwendung in einem Bemessungsbeispiel zusammengetragen. Mit der vorliegenden Arbeit wurden somit die Grundlagen geschaffen Verstärkungsmaßnahmen mit Carbonbeton im Brückenbau bemessen zu können.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

HPFRCC-7
Proceedings of the 7th RILEM Workshop on High Performance Fiber Reinforced Cement Composites
2015, 536 S., num. figs. and tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zementgebundene Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe (engl. High Performance Fiber Reinforced Cement Composites, HPFRCC) stellen eine Klasse von Zementkompositen dar, die dehnungsverfestigend sind, eine hohe Bruchdehnung aufweisen und vor Erreichen der Höchstlast zahlreiche Risse zeigen. Neben dieser mechanischen Definition können weitere Merkmale Höchstleistung charakterisieren, wie z. B. gute Verarbeitbarkeit, Dauerhaftigkeit und Robustheit. Der Hauptanlass dieses internationalen Workshops war, eine hochkarätige Plattform für neueste Ergebnisse und Entwicklungen auf dem Gebiet von HPFRCC zu schaffen. Über 60 Beiträge von leitenden Weltexperten sind in dem Band vertreten, die den Stand der Forschung wiedergeben. Einzelkapitel betreffen den frischen und erhärtenden Zustand, selbstverdichtende Komposite, interne Nachbehandlung und Selbstheilung, mechanisches Verhalten unter Zug, Druck und Schub, kombinierte Wirkungen von Last und Klima, Ermüdung, Impact, Brand, konstruktive Anwendungen, Verstärkung. Einige Beiträge befassen sich auch mit Textilbeton und Höchstleistungskompositen.

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Stahlfaserbeton
DBV-Heft, Band 7
Beispielsammlung zur Bemessung nach DBV-Merkblatt. (zurückgezogen)
2004, 162 S., zahlr. Abb. u. Tab.,

 

 

Im DBV-Merkblatt "Stahlfaserbeton" werden allgemeine Regelungen für die Herstellung, Bemessung und konstruktive Durchbildung, Bauausführung und Überwachung des Stahlfaserbetons, einschließlich der erforderlichen Prüfungen, auf der Basis des neuen Sicherheitskonzepts formuliert. Diese Regelungen ersetzen noch nicht die Zustimmung im Einzelfall oder allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen, werden aber deren Erlangung deutlich vereinfachen. Bei der Anwendung des Merkblatts zeigt sich, dass die neuen Bemessungsregeln und Begriffe ohne eine Erläuterung an Beispielen für den Tragwerksplaner relativ schwierig nachzuvollziehen sind. Daher wurde ein vom Deutschen Beton- und Bautechnik-Verein e.V., dem Verband deutscher Stahlfaserhersteller e.V. und dem Bundesverband der Deutschen Transportbetonindustrie e.V. gefördertes Forschungsvorhaben initiiert, dessen Ergebnis nunmehr mit dieser Beispielsammlung vorgelegt wird.

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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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Oliver Fischer, Josef Landler
Innovativer Hochleistungsfaserbeton zur deutlichen Steigerung der Durchstanztragfähigkeit von Flachdecken
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3224
2021, 148 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Bereich des Decken-Stützen-Knotens von Flachdecken sind i. d. R. hohe Biegemomente in Kombination mit beachtlichen Auflagerkräften zu übertragen. Zur Verstärkung dieses Knotenpunkts haben sich verschiedene Durchstanzbewehrungsformen auf dem Markt etabliert, die jedoch zahlreiche systembedingte Nachteile aufweisen. Ziel dieses Vorhabens war es, die Eignung moderner Hochleistungsstahlfasern als Alternative zu konventioneller Durchstanzbewehrung zu untersuchen und die Qualität der Bauausführung durch vereinfachte Bauabläufe bei Beton- und Bewehrungseinbau zu verbessern.

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Oliver Fischer, Dirk Volkmer, Philipp Lauff, Manuel Hambach, Matthias Rutzen
Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3178
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.

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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.

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Jürgen Schnell, Florian P. Ackermann
Innovative Verbunddeckensysteme mit stahlfaserbewehrten Betonen
Bau- und Wohnforschung, Band F 2531
2009, 250 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Konventionelle Stahl-Verbunddecken haben sich als eine äußerst rationelle und kostengünstige Deckenvariante im Industrie- und Hochbau etabliert. Die wesentlichen Vorteile liegen in den niedrigen Baukosten und vor allem in der Zeitersparnis während des Herstellungsprozesses. An der Technischen Universität Kaiserslautern wurden in der Vegangenheit zahlreiche Versuche und Forschungsvorhaben im Bereich des Stahl-Verbundbaus realisiert. Aufbauend auf diesen Untersuchungen entstand die Idee, die konventionelle Bewehrung bei Verbunddecken durch den Einsatz von Stahlfaserbeton zu reduzieren bzw. komplett zu ersetzen. Durch diese Substitution ergibt sich ein großes Einsparpotenzial. So entfallen sämtliche die Bewehrung betreffenden Arbeiten. Dementsprechend werden auch Bewehrungspläne und eine Abnahme der Bewehrung auf der Baustelle, die häufig zu Verzögerungen führt, überflüssig. Auch das arbeits- und zeitintensive Zuschneiden und Verlegen der Bewehrung kann so entfallen. Hierdurch können ein enormer Zeitvorteil und damit eine kürzere Bauzeit und somit Kosteneinsparungen erreicht werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen an einfeldrigen und durchlaufenden stahlfaserbewehrten Verbunddecken durchgeführt. In den Versuchen wurden einzelne Parameter variiert. So wurden u.a. unterschiedliche Deckenstärken, unterschiedliche Profilblechgeometrien sowie unterschiedliche Stahlfaserbetonmischungen untersucht. Für die Berechnung und Bemessung werden die im Verbundbau üblichen Nachweisverfahren aufgegriffen und modifiziert. Die Traganteile des Stahlfaserbetons werden über den Ansatz von Spannungsblöcken implementiert. Für die einzelnen Nachweise wurden in Parameterstudien Bemessungsdiagramme und -tabellen erstellt. Es werden zwei mögliche Bemessungsmodelle entwickelt, mit denen die Tragfähigkeit von stahlfaserbewehrten Verbunddecken nachgewiesen werden kann. Dabei kann der Nachweis entweder nach den Verfahren Elastisch-Plastisch oder Plastisch-Plastisch erfolgen.

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Frank Schuler, Tetyana Sych
Analyse der Faserorientierung in Betonen mit Hilfe der Computer-Tomographie
Bauforschung, Band T 3218
2009, 78 S., 48 Abb., 32 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die Festbetoneigenschaften von Faserbetonen sind die Fasermenge, Faserorientierung und Faserverteilung ausschlaggebend. Dies macht eine Überwachung dieser Parameter notwendig, sei es zur Qualitätssicherung auf der Baustelle oder im Bereich der Forschung zur Weiterentwicklung solcher Betone. Ziel des vom Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins finanzierten Forschungsprojektes war es, Tomographiebilder von faserverstärkten Betonproben so erzeugen und auswerten zu können, dass eine Analyse der Faserverteilung, Faserausrichtung und des Faservolumens möglich wird. Hierzu wurden Probekörper unterschiedlicher Geometrie aus Faserbetonen (stahlfaserverstärkte ultrahochfeste Betone, Textilbetone, hochduktile Betone mit Polyvinylalkohol-Fasern, u. a.) hergestellt bzw. aus Bauteilen entnommen und tomographiert. In zusätzliche Versuchen sollten die Ergebnisse der CT-Analyse mit dem an der TU Braunschweig in Zusammenarbeit mit der Firma Hertz-Messtechnik entwickelten Verfahren (Messgerät BSM 100), das die ferromagnetischen Eigenschaften der Stahlfasern nutzt, verglichen werden.

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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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Tietze, Matthias; Kirmse, Susanne; Kahnt, Alexander; Schladitz, Frank; Curbach, Manfred
The ecological and economic advantages of carbon reinforced concrete - Using the C³ result house CUBE especially the BOX value chain as an example (kostenlos)
Civil engineering design, 2022

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May, Maximilian; Schumann, Alexander; May, Sebastian
The new approval for the sustainable strengthening of existing structures with carbon reinforced concrete
Civil engineering design, 2022

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

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Briegleb, Till
Das erste seiner Art. Concrete House, Sussex/Großbritannien. In Sussex realisierte eine Familie mit dem Büro Raw Architecture ein brutalistisches Passivhaus mit üppiger Begrünung
Häuser, 2022

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Voß, Karl-Uwe
Oberflächeneffekte bei der Verwendung von Stahlfaserbetonen. Es droht die Beeinträchtigung der Gebrauchstauglichkeit
Der Bausachverständige, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022