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Inhaltsverzeichnis

1 Ausgangslage/Problemstellung 1
2 Stand der Forschung 2
2.1 Bisher verwendete Verfahren 2
2.2 Vorgehensweise dieses Vorhabens 2
3 Grundlagen des Magnetismus 3
3.1 Grundbeziehungen des Magnetismus 3
3.2 Die Magnetisierungskurve 4
3.3 Die Hysteresekurve ferromagnetischer Materialien 5
3.4 Der magnetoelastische Effekt 7
4 Beschreibung des Meßprinzips und der Meßelektronik 8
4.1 Meßprinzip zur Messung magnetischer Kenngrößen 8
4.2 Mathematische Beziehungen 8
4.3 Bestimmung der magnetischen Kenngrößen 9
4.3.1 Messung der Permeabilität 9
4.3.2 Messung der Induktion 10
4.3.3 Messung der Maximalinduktion 11
4.3.4 Messung der Remanenz 11
4.3.5 Messung der Koerzitivfeldstärke 11
4.3.6 Bestimmung der Spannelementtemperatur 11
4.3.7 Bestimmung der Spannkraft aus den magnetischen Kenngrößen 12
4.4 Kurzbeschreibung der Messanlage 12
5 Kalibrierung und Unsicherheitsbestimmung der Messanlage 16
5.1 Grundlagen 16
5.2 Bestimmung der Messunsicherheit der Erregerstrommessung 16
5.3 Bestimmung der Messunsicherheit der Auswerteelektronik 18
5.4 Abschätzung der Gesamtmessunsicherheit des Messgerätes 19
6 Die magnetoelastischen Sensoren 21
6.1 Sensoraufbau 21
6.2 Sensordimensionierung 23
7 Untersuchte Werkstoffe 25
8 Zugversuche 27
8.1 Das Kalibrierverfahren 27
8.2 Kaltgezogene Drähte (Stähle von Trefil, Nedri, WDI) 27
8.2.1 Stabspannglied TREFIL1 27
8.2.2 Litze von WDI 29
8.2.3 Weitere Drähte anderen Typs und anderer Hersteller 32
8.3 Messunsicherheit der Spannkraftmessung 35
8.4 Stähle mit hohem Siliziumgehalt 35
8.4.1 Die Stabspannglieder KRUPP1 und KRUPP2 35
8.5 Spannanker für die Transrapid-Versuchsstrecke 39
9 Chargeneinflüsse 41
10 Einfluss der Temperatur auf die magnetischen Kenngrößen 42
11 Einfluss der Temperatur auf die Spannungsabhängigkeit der magnetischen
Kenngrößen 45
12 Vergleich der magnetoelastischen Sensoren mit anderen Kraftaufnehmern 49
12.1 Vergleichsversuch mit einer Kraftmessdose zur Bestimmung der Fertigungstoleranzen der Sensoren 49
12.2 Vergleich des magnetoelastisches Verfahrens mit herkömmlichen Methoden 51
13 Bauteilversuche 52
13.1 Vorspannung bei verbundlos geführten Spanngliedern 52
13.2 Kraftmessung in Seilen 54
14 Archivierung der Messergebnisse 58
15 Zusammenfassung 60
16 Literaturverzeichnis 62
A Aufbau, Funktion und Dimensionierung der Hardware und Software des Messgerätes 64
A.1 Überblick über die Hardware des Primärkreises 64
A.2 Leistungsverstärkerkonzeptionierung 66
A.3 Lastteil der Stromquelle 67
A.3.1 Leistungsverstärker 67
A.3.2 Treiberstufe 68
A.3.3 Messeinrichtung 68
AA Steuerungsteil der Stromquelle 69
A.4.1 Analoge Versorgung und -Überwachung 69
A.4.2 Galvanische Trennung 70
A.4.3 Analog-Digital-Konverter 71
A.4.4 Signalgenerator 72
A.4.5 Tiefpassfilter 73
A.5 Die Regelung des Erregerstroms 76
A.5.1 Grundlagen der Regelungstechnik 76
A.5.2 Regelungskonzeptionierung 77
A.6 Aufbau und Funktion der Auswerteelektronik der Sekundärseite 80
A.61 Beschreibung des Blockschaltbildes 80
A.6.2 Temperaturbestimmung 81
A.6.3 Integration der Spitzenspannung 81
A.6.4 ADC-Konverter 82
A.7 Auswertealgorithmus zur Ermittlung der Spannkraft 82
B Bodediagramme zum Reglerentwurf 85
C Verwendete Größen und Abkürzungen 92
D Technische Daten des Messgerätes 95

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Bücher, Broschüren

Matthias Kohl
Berechnungsbeispiele im Stahlbeton- und Spannbetonbau nach EC 2 und Nationalem Anhang
Bauwerk
2., Aufl.
2016, 198 S., 170 x 240 mm, Softcover
Beuth

 

 

Die zweite Auflage des Bauwerk-Titels Berechnungsbeispiele im Stahlbeton- und Spannbetonbau konzentriert sich nur noch auf die Nachweisführung und Bemessung nach Eurocode 2 (DIN EN 1992-1-1:2011-01, DIN EN 1992-1-1/A1:2013-09 und DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04). Insgesamt sind 20 Bemessungsbeispiele zu folgenden Themengebieten enthalten: Nachweise von Stahlbeton und Spannbetonbauteilen im ULS (Grenzzustände der Tragfähigkeit/Nachweis auf Traglastniveau) und SLS (Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit/Nachweis auf Gebrauchslastniveau); Rissbreitenberechnungen infolge Zwang- und Lastbeanspruchungen; Aussteifungsberechnungen; Bemessung von Stahlbetonflachdecken.

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Ralf Avak, Kathy Meiss
Spannbetonbau
Bauwerk-Basis-Bibliothek (BBB)
Theorie, Praxis, Berechnungsbeispiele nach Eurocode 2
3., überarb. Aufl.
2015, VI, 359 S., m. Abb. 170 x 240 mm, Softcover
Beuth

 

 

Das Grundlagenwerk nach Eurocode 2 stellt detailliert und übersichtlich den Zusammenhang zwischen Theorie und Praxis im Spannbetonbau dar. Anschaulich und verständlich werden neben der Theorie und zahlreichen einfachen Übungsbeispielen auch vollständige Berechnungsbeispiele von Spannbetonkonstruktionen (Zweifeldträger und Flachdecke) dargestellt. Alle Beispiele basieren auf DIN EN 1992-1-1 und den aktuellen DAfSt-Richtlinien gemäß Eurocode 2. Für die dritte Auflage wurde der gesamte Inhalt vollständig überarbeitet und hinsichtlich der Anforderungen des Eurocode 2 aktualisiert.

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Gert König, Reinhard Maurer, Tilman Zichner
Spannbeton: Bewährung im Brückenbau
BMFT - Risiko- und Sicherheitsforschung
Analyse von Bauwerksdaten, Schäden und Erhaltungskosten
2012, x, 330 S., 59 Tabellen. 244 mm, Softcover
Springer

 

 

Diese Reihe, vom Bundesminister fuer Forschung und Technologie herausgegeben, macht die Ergebnisse der Arbeit des Foerderschwerpunktes "Risiko- und Sicherheitsforschung" einer breiten Oeffentlichkeit zugaenglich. Sie dient damit dem Interesse nach einem allgemeinen Informationsaustausch zwischen den Beteiligten, den Fachleuten in Industrie und Forschung, den betroffenen Buergern und den Entscheidung tragenden Politikern. Dieser Band fasst die Ergebnisse einer Untersuchung von dreiundvierzig groesseren Tal- und Flussbruecken in Spannbetonweise zusammen, der Bericht beleuchtet den Brueckenbestand, wertet die dokumentierten Bauwerks- und Schadensdaten aus, geht dem Einfluss von Rissen in Beton auf Korrosion und Ermuedung der Stahleinlagen nach, zeigt Schwachstellen auf und unterbreitet Vorschlaege zu ihrer Ueberwindung. Auf bestehende Wissensluecken wird hingewiesen. Diese Bilanz betreibt Aufklaerung zu spektakulaeren Schadensfaellen und belegt, dass sich der Spannbeton auch im Brueckenbau bewaehrt hat. Das Buch wendet sich an Bauherren, Bauunternehmer, entwerfende und pruefende Ingenieure, aber auch an Behoerden und verantwortliche Politiker sowie an Juristen, die sich mit derartigen Schadensfaellen befassen.

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Bacchetta, Bachmann
Versuche zur teilweisen Vorspannung für Längsschub und Querbiegung in Druckplatten von Betonträgern
Institut für Baustatik. Versuchsberichte
1977, III, 77 S., 15 SW-Abb. 29.7 cm, Softcover
Springer

 

 

Der Anschluss von Stahlbetondruckplatten an Laengsstege ist vor allem im Brueckenbau ein wesentliches Problem. Die hier beschriebenen Versuche dienten der Abklaerung des Einflusses einer teilweisen Quervorspannung der Druckplatten von Betontraegern, die durch Laengsschub und Querbiegung beansprucht sind. Verschiedene Bemessungsmodelle wurden ueberprueft und anhand von Versuchsresultaten verglichen. (-y-)

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Günschel Günter
Große Konstrukteure
Bauwelt Fundamente, Band 17
1966, o. Ang. v. S., 190 mm, Softcover
Birkhäuser Berlin

 

 

Die kühnen Ingenieurbauten des 20. Jahrhunderts sind Ergebnis der folgerichtigen Entwicklung revolutionärer Bau- und Konstruktionsmethoden. Die authentischen Berichte in diesem Band gelten den Pioniertaten des modernen Stahlbetonbaus. Den Schriften der vier großen Konstrukteure sind jeweils biographische Skizzen und Werkübersichten beigegeben.

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Katarzyna Zdanowicz, Michael Hansen
Chemische Vorspannung von textilbewehrten Sichtbetonbauteilen mit Quellbeton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3197
2020, 87 S., 90 Abb. u. 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Ziel dieses Forschungsprojekts lag in der Entwicklung von dünnen Fassadenbauteilen in Sichtbetonqualität. Dafür sollte die chemische Vorspannung von textilbewehrtem Beton untersucht werden, die durch Zugabe von Quellmitteln zur Betonrezeptur entsteht. Dafür wurden Betone mit unterschiedlichen Rezepturen analysiert, wobei ihr Quellen und das damit verbundene Vorspannverhalten an Betonprobekörpern mit Betonstahl- und Textilbewehrung untersucht wurde. In dem Forschungsprojekt wird aufgezeigt, dass chemisch vorgespannte dünne Betonelemente mit Carbontextilbewehrung viele Vorteile im Bereich der Tragfähigkeit und insbesondere der Gebrauchstauglichkeit aufweisen. Durch die Vorspannung infolge einer kontrollierten, durch innenliegende Bewehrung behinderten Ausdehnung des Betons sind keine zusätzlichen mechanischen Vorspannvorrichtungen oder -verankerungen erforderlich. Insbesondere für die Fertigteilindustrie wäre die chemische Vorspannung mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden, da sich die Produktion der Fertigteile durch den Einsatz von Quellmitteln verkürzen würde.

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Omid Moghaddam, Marcel Wichert, Martin Empelmann
Neuartige, mit nicht-metallischer Basaltbewehrung (BFRP) vorgespannte Rohrprofile aus Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) für außerordentlich dauerhafte, materialsparende Betontragkonstruktionen unter klimatisch und chemisch extremen Beanspruchungen. Abschlus. sbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3071
2018, 80 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit von Stahlbetonbauteilen gegen klimatische und chemische Einwirkungen kann ein UHPC verwendet werden, der sich durch eine hohe Druckfestigkeit und äußerst dichte Gefügematrix auszeichnet. Die Dauerhaftigkeit lässt sich weiter steigern, wenn die Betonstahlbewehrung durch eine nicht korrodierende BFRP ersetzt wird. Ferner hat BFRP eine höhere Zugfestigkeit, so dass prinzipiell auch eine Vorspannung möglich ist. Insgesamt wurden umfangreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen zu verschiedenen Themen und Fragestellungen im Hinblick auf den Einsatz von BFRP in Betonbauteilen aus UHPC ausgeführt. Es konnten wertvolle Ergebnisse zu den verschiedenartigsten Fragestellungen gewonnen werden.

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Josef Hegger, Norbert Will, Boris Kommer
Verbundverankerungen von Spannstählen sowie Querkrafttragfähigkeit bei Spannbetonfertigteilen aus selbstverdichtendem Beton
Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3229
2010, 190 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Verwendung von selbstverdichtendem Beton (SVB) für Spannbetonfertigteile stellt unter wirtschaftlichen, technischen und ästhetischen Gesichtspunkten eine Weiterentwicklung der Betonbauweise dar. Es war zu klären, ob die Bemessungsregeln für die Verbundfestigkeit und die Ansätze der Querkraftbemessung von Normalbeton direkt auf SVB-Bauteile anwendbar sind. Hierzu wurden theoretische Untersuchungen, 144 Ausziehversuche, 5 Spannkrafteinleitungsversuche sowie 4 Balkenversuche zur Verbundverankerung und 4 Querkraftversuche durchgeführt. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf drei Betone (Mehlkorntypen FA und LS, Kombinationstyp VMA und FA) und zwei Spannstähle (Litzen, gerippter Spanndraht). Die Versuche ergaben, dass im Allgemeinen der Verbund von SVB dem von herkömmlichem Beton entspricht. Die Verbundfestigkeit von SVB hängt vom Mischungsentwurf ab und ist bei Kalksteinmehl besser als bei SVB-Typen mit Flugasche. Abhängig vom Mischungsentwurf können die vorhandenen Bemessungsregeln zur Bestimmung der Übertragungslänge für SVB übernommen werden. Mit den aus den Spannkrafteinleitungsversuchen ermittelten Mindestabmessungen ist bei den Balkenversuchen eine unkontrollierte Sprengrissbildung im Einleitungsbereich nicht in jedem Fall ausgeschlossen. Die zu verankernde Kraft infolge der Biegebeanspruchung führte bei den gerippten Spanndrähten zu einem schlagartigen Verankerungsversagen mit Betonabplatzungen. Bei den Litzen war ein Verankerungsversagen infolge Litzeneinzugs festzustellen. Bei der Querkraftbeanspruchung konnte trotz klaffender Risse die Last weiter bis zum Einschnüren der Druckzone gesteigert werden. Mit erhöhtem Bügelbewehrungsgrad nimmt der über die Fachwerkwirkung hinausgehende Resttraganteil (Sprengwerk, Abtrag über Druckzone) ab. Die Versuche mit geringem Schubbewehrungsgrad liegen, wie bei Rüttelbeton, gegenüber dem Bemessungsansatz nach DIN 1045-1 auf der sicheren, für die hochschubbewehrten Spannbetonbauteile aus SVB jedoch auf der unsicheren Seite.

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Josef Hegger, Frank Häusler
Einfluss des vertikalen Anteils der Vorspannung auf den Durchstanzwiderstand von vorgespannten Flachdecken
Bauforschung, Band T 3226
2010, 59 S., 51 Abb., 7 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei einer vorgespannten Flachdecke entstehen im Allgemeinen über der Stütze vertikale, nach unten gerichtete Umlenkkräfte. Werden diese direkt in die Stütze eingeleitet, erzeugen sie keine durchstanzrelevanten Querkräfte. Die Summe der vertikalen Anteile der Umlenkkräfte über der Stütze kann daher von der einwirkenden Belastung abgezogen werden. Aus baupraktischen Gründen werden jedoch nicht alle Spannglieder direkt über der Stütze angeordnet, sondern teilweise seitlich neben der Stütze verlegt. Für die Bemessung gegen Durchstanzen nach DIN 1045-1 dürfen alle Spannglieder, die innerhalb des kritischen Rundschnitts verlaufen, in Rechnung gestellt werden. Es war bisher nicht geklärt, ob die weiter entfernt liegenden Spannglieder ihre nach unten gerichteten Umlenkkräfte direkt in die Stütze einleiten können, ohne den Durchstanzbereich zu belasten. In diesem Forschungsvorhaben wurde der Einfluss des Vertikalanteils von Spanngliedern auf den Durchstanzwiderstand durch numerische Simulationen und die Auswertung von Versuchen aus der Literatur näher untersucht. Zum Einfluss des Vertikalanteils der Vorspannung auf den Durchstanzwiderstand wurden zwei Parameterstudien durchgeführt. Im ersten Teil wurde der Spanngliedverlauf in Spanngliedlängsrichtung variiert. Dabei zeigte sich, dass sich die Traglast mit zunehmendem Abstand des Wendepunktes vom Stützenrand reduziert. Die beobachtete Traglastreduktion konnte dabei jedoch nicht durch den Vertikalanteil des in Richtung der Stütze ansteigenden Spanngliedes erklärt werden, sondern ist vielmehr proportional zur aufgebrachten Plattenkrümmung am Stützenrand infolge Vorspannung. Im zweiten Teil der Parameterstudie wurden die Spannglieder seitlich neben der Stütze in unterschiedlichen Abständen angeordnet. Wie zu erwarten war, reduzierte sich in den numerischen Simulationen mit zunehmendem Abstand der Spannglieder vom Stützenrand die Durchstanztragfähigkeit der Platte. Allerdings kam es nicht zu einem sprunghaften Abfall, sondern zu einer gleichmäßigen Reduktion der Tragfähigkeit

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Josef Hegger, Frank Häusler
Einfluss von Hüllrohren auf die maximale Durchstanztragfähigkeit
Bauforschung, Band T 3203
2009, 152 S., 191 Abb., 14 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Zuge dieses Forschungsvorhabens wurde der Einfluss von Hüllrohren auf den maximalen Durchstanzwiderstand vorgespannter Flachdecken experimentell untersucht. Hierzu wurden drei Durchstanzversuche auf dem Niveau der Maximaltragfähigkeit durchgeführt. Zwei Versuche waren mit einer Bügelbewehrung und ein Versuch mit Doppelkopfankern bewehrt. Die Spannglieder wurden in zwei Versuchen konzentriert im Bereich der Stützenränder und in einem Versuch gleichmäßig über die Plattenbreite verteilt verlegt. Die Spanngliedführung war parabelförmig mit einem Abstand der Wendepunkte von 1,5d vom Stützenrand. Die Versuche mit Bügeln als Durchstanzbewehrung wurden identisch zu einem Referenzversuch zur Bestimmung der maximalen Durchstanztragfähigkeit ausgeführt, um einen direkten Vergleich der Traganteile aus Vorspannung zu ermöglichen. Die Doppelkopfanker wurden sternförmig mit der gleichen Querschnittsfläche je Rundschnitt wie die Bügelbewehrung in die Platte eingebaut. Mit dem vorliegenden Bericht werden die Versuchskörper, die Materialeigenschaften der verwendeten Baustoffe, die Herstellung der Versuchsplatten, das Messprogramm und die Versuchsdurchführung detailliert beschrieben.

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Zeitschriftenartikel

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Gebauer, Daniel; Schmidt, Boso; Schacht, Gregor; Marx, Steffen
Beurteilung der Festigkeitseigenschaften bestehender Talbrücken aus Spannbeton. Materialuntersuchungen an Betonproben der Lahntalbrücke bei Limburg
Beton- und Stahlbetonbau, 2021

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Haveresch, Karlheinz
Innovationen bei Betonbrücken
Bautechnik, 2021

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Kollegger, Johann
Balanced-lift method for prestressed concrete bridges - 25?% lower cost compared to steel-concrete composite bridges
BFT International, 2021

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Ekwall, Thomas
Der parametrisierte Brückenbau. In Norwegen wird eine neue Spannbetonbrücke über den Fluss Randselva gebaut. Das Projekt stellt den Status quo infrage: Für den Bau der Brücke stützt man sich auf ein parametrisches 3-D-Modell als einzige offizielle Dokumentation und Informationsquelle
Tec 21, 2021

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Moldenhauer, Florian; Schneider, Christian; Vilas-Román, Cecilia
Abbruch einer Spannbetonbrücke am Autobahndreieck A 8 Saarlouis
Stahlbau, 2021

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