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Zum Tragverhalten von Stahlbetonsandwichelementen mit stiftförmigen Verbundmitteln

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[Quelle: http://d-nb.info]

Das Tragverhalten von Stahlbetonsandwichelementen wird maßgeblich durch die Rissbildung in den Betonschichten beeinflusst. Während die Berücksichtigung der Rissbildung beispielsweise bei der Verformungsberechnung von biegebeanspruchten Stahlbetonbauteilen schon intensiv erforscht wurde und realitätsnah beschrieben werden kann, steht die Entwicklung einer abschnittsweisen Berücksichtigung der reduzierten Dehn- und Biegesteifigkeiten infolge der Rissbildung für biegebeanspruchte Sandwichelemente aufgrund der höheren Komplexität noch am Anfang. Mithilfe eines realitätsnahen Ansatzes zur Bestimmung des Schubmoduls eines Dämmstoffes, der Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Berechnung des Last-Verformungs-Verhaltens eines Stahlbetonbauteils einschließlich der Berücksichtigung der Rissbildung sowie eines Modellvorschlags zur Nachrechnung der Schubversuche an Sandwichelementen wird ein Ingenieurmodell zur Nachrechnung des Last-Verformungs-Verhaltens von biegebeanspruchten Sandwichelementen entwickelt. Aufbauend auf diesem Ingenieurmodell erfolgt die Erstellung eines Berechnungswerkzeuges. Anhand der Nachrechnung zahlreicher Versuchsergebnisse kann gezeigt werden, dass mit diesem Berechnungswerkzeug eine sehr gute Übereinstimmung der rechnerisch ermittelten mit den im Versuch bestimmten Last-Verformungs-Kurven erzielt werden kann. Das neue Ingenieurmodell berücksichtigt sowohl die reduzierten Dehn- und Biegesteifigkeiten infolge der Rissbildung als auch abschnittsweise unterschiedlich große Schubsteifigkeiten der Kernschicht, die sich aus der Anordnung von stiftförmigen Verbundmitteln ergeben. Basierend auf dem Ingenieurmodell sowie den umfangreichen experimentellen Untersuchungen zum Last-Verformungs-Verhalten von Sandwichelementen wird ein Berechnungswerkzeug sowie ein Bemessungskonzept für Stahlbetonsandwichelemente mit stiftförmigen Verbundmitteln vorgestellt. Damit konnte ein Fortschritt erzielt und die Grundlage für den Einsatz von Sandwichelementen mit Stahlbetontragschichten sowie einer Kernschicht aus Dämmstoffplatten und stiftförmigen Verbundmitteln gelegt werden.

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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.

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Klaus Beer
Bewehren nach DIN EN 1992-1-1 (EC2)
Tabellen und Beispiele für Bauzeichner und Konstrukteure
7., Aufl.
2019, xiii, 320 S., 150 SW-Abb. 240 mm, Softcover
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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.

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Bewehren von Stahlbetontragwerken
nach DIN EN 1992-1-1 mit Nationalem Anhang
2019, 150 S., 91 Tabellen 235 mm, Softcover
Ernst & Sohn

 

 

Die Arbeitshilfen des Instituts für Stahlbetonbewehrung ISB e. V. haben sich bereits seit vielen Jahren als Unterstützung für Ingenieure und Techniker in der täglichen Praxis bewährt. Trotz aller elektronischen Bemessungs- und Konstruktionshilfen ist der Sachverstand weiterhin das wichtigste Werkzeug des Bauingenieurs, um seiner Verantwortung für die technisch beste Umsetzung und den wirtschaftlichen Erfolg eines Projektes gerecht zu werden. Hochwertige Stahlbetonbauteile enthalten die in rechnerischer und konstruktiver Hinsicht ausreichende Menge Bewehrung und geben der Gesamtkonstruktion Sicherheit gegen die bei der Bemessung in Ansatz gebrachten Beanspruchungen. Dabei ist es jedoch unrentabel, wenn Ingenieure die theoretisch letztmögliche Einsparung an Bewehrung zeitaufwändig "herausrechnen". Eine Konstruktion mit wohldurchdachter Bewehrungsführung dankt es dem Tragwerksplaner durch Dauerhaftigkeit und die Aktivierung von zusätzlicher Sicherheit im Katastrophenfall. Erhebliches Einsparpotential liegt im Bauablauf, denn übersichtlich konstruierte Bewehrung erleichtert die Biegearbeiten und das Verlegen und verhindert Verwechslungen. Eine möglichst geringe Anzahl von Positionen trägt zur Kostenminimierung bei. Dieses Buch ist im Zuge der Weiterentwicklung der Normung fortlaufend aktualisiert worden.

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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.

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René Conchon, Markus Aldejohann, Ralf Avak
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5., Aufl.
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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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Oliver Fischer, Dirk Volkmer, Philipp Lauff, Manuel Hambach, Matthias Rutzen
Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)
Abschlussbericht.
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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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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

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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.

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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

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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Petscharnig, Florian
Schadensursache Wasser. Erkenntnisse aus meiner Täigkeit als Sachverständiger
Der Bausachverständige, 2021

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Adam, Viviane; Claßen, Martin; Hegger, Josef
Versuche zum Querkrafttragverhalten bei gleichzeitiger Zugnormalkraft
Beton- und Stahlbetonbau, 2020

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Löschmann, Jens; Clauß, Felix; Mark, Peter
Verstärken von Stahlbetontragwerken mit Temperaturinduktion
Beton- und Stahlbetonbau, 2020

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Huber, Tobias; Huber, Patrick; Kollegger, Johann
Querkraftmodell für bestehende Stahlbetonbauteile mit aufgebogenen Längsstäben
Beton- und Stahlbetonbau, 2020

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Empelmann, Martin; Javidmehr, Sara
Anwendungsgerechte Bestimmung des alpha tief cc-Beiwerts
Beton- und Stahlbetonbau, 2020

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