Buch: Zur Auswirkung von Überwachungsmaßnahmen auf die Zuverlässigkeit von Betonbauteilen

Zur Auswirkung von Überwachungsmaßnahmen auf die Zuverlässigkeit von Betonbauteilen
Berichte des Instituts für Massivbau der Universität Hannover, Band 2
Michael Hansen
Hrsg.: Univ. Hannover, Institut für Massivbau; Nabil A. Fouad, Jürgen Grünberg
2004, 230 S., zahlr. Abb., Tab., Lit.
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-7388-0261-0

Inhalt

Wird durch eine verbesserte Überwachung der Bauausführung auch die Tragwerkzuverlässigkeit erhöht? Diese Fragestellung ist Motivation der vorliegenden Arbeit. Eine quantitative Beurteilung erfolgt auf wahrscheinlichkeitstheoretischer Grundlage. Die Sreuungen der in den probabilistischen Analysen eigenhenden Variablen werden zunächst durch statistische Auswertung einer umfangreichen Datenbasis analysiert. Diese Daten entstammen der Güteüberwachung und zahlreicher in der Literatur beschriebenen Bauteilversuche. Insbesondere für die bei Betonbauteilen maßgebenden Widerstandsmodelle des Normalkraft- Biege-, Querkraft- und Durchstanzversagens werden die Streuungen der Widerstandsmodelle ausgewertet und diskutiert. In einer probabilistischen Berechnung gehen die zuvor bestimmten Variablen auf der Beanspruchungs- und Bauteilwiderstandsseite ein. Ein Vergleich unterschiedlicher Überwachungsintensitäten wird durch den Ansatz differenzierter Streumasse für die Eingangsgrößenin diese probabilistischen Berechnung ermöglicht. Mit dem berechneten Zuverlässigkeitsindex wird die Versagenswahrscheinlichkeit ermittelt. Zudem kennzeichenen die ebenfalls bestimmten Wichtungsfaktoren die wesentlichen Einflussgrößen. Aus dem Zuverlässigkeitsindex und den Wichtungsfaktoren bzw. den Streumassen der statistischen Variablen wird der Teilsicherheitsbeiwert ermittelt. DIe Auswirkungen der Überwachungsmaßnahmen werden durch einen Vergleich diese Teilsicherheitsbeiwerte veranschaulicht.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 »Wie sicher ist sicher genug?«

1.2 Problemstellung

1.3 Stand der Forschung

1.4 Motivation

1.5 Zielsetzung

1.6 Überblick über die nachfolgenden Kapitel

2 Überwachungsmaßnahmen im Bauwesen

2.1 Einführung

2.2 Fehler und ihre Vermeidung

2.2.1 Einfluss von Fehlern auf die Versagenswahrscheinlichkeit

2.2.2 Wahrscheinlichkeits- und maßnahmenorientierte Modelle

2.2.3 Optimale Kontrollintensität

2.3 Klassifizierung der Sicherheitsanforderungen

2.4 Überwachungsmaßnahmen für Beton

2.4.1 Forderungen der Regelwerke

2.4.2 Stichprobenerhebung und -planung

2.5 Umsetzung der Qualitätsanforderungen

2.6 Auswirkungen einer verbesserten Überwachung

3 Zuverlässigkeit im Bauwesen

3.1 Einführung

3.2 Zuverlässigkeitstheorie

3.1.1 Grundlagen der Zuverlässigkeitstheorie

3.1.2 Historische Entwicklung zuverlässigkeitstheoretischer Methoden

3.1.3 Einstufung und Wertung zuverlässigkeitstheoretischer Methoden

3.2 Herleitung von Sicherheitselementen

3.2.2 Zentraler Sicherheitsbeiwert

3.2.3 Teilsicherheitsbeiwerte

3.2.4 Kombinationsbeiwerte

3.3 Sicherheitselemente in den Regelwerken

3.3.1 Bezugszeitraum

3.3.2 Sicherheitsklassen

3.3.3 Teilsicherheitsbeiwerte

3.3.4 Kombinationsbeiwerte

4 Einwirkungen

4.1 Vorbemerkungen

4.1.1 Klassifizierung der Einwirkungen

4.1.2 Last und Lastwirkung

4.1.3 Verteilungsfunktionen der Einwirkungen

4.2 Ständige Einwirkungen

4.3 Veränderliche Einwirkungen

4.3.1 Nutzlasten im Hochbau

4.3.2 Schneelasten

4.3.3 Windlasten

4.4 Lastannahmen in probabilistischen Analysen

5 Widerstandsgrößen

5.1 Statistische Kennwerte für den Widerstand

5.1.1 Widerstandsmodell

5.1.2 Beton

5.1.3 Verbundverhalten

5.1.4 Geometrie.

5.2 Anwendung statistischer Verfahren

5.2.1 Auswahlverfahren

5.2.2 Auswerteverfahren

5.3 Kennwerte aus der Güteüberwachung

5.3.1 Art der ausgewerteten Proben

5.3.2 Ergebnisse eigener Auswertungen

5.4 Bauteilversuche

5.4.1 Vorbemerkungen

5.4.2 Auswirkung überwachungsbedingter Qualitätsunterschiede

5.4.3 Widerstandsmodelle

5.4.4 Variationskoeffizient aller Bauteilunsicherheiten

5.4.5 Ergebnisse und Interpretation

5.4.6 Zusammenfassung

6 Probabilistische Berechnung

6.1 Computerunterstützte Berechnung

6.1.1 Programme

6.1.2 Berechnungsgrundlagen und Anwendungsgrenzen

6.2 Modellbildung

6.2.1 Mechanisches Modell

6.2.2 Stochastisches Modell

6.3 Grenzzustandsdefinition

6.4 Wertung der Zuverlässigkeitsmethoden

6.5 Wertung der Einflussgrößen

6.5.1 Modellfaktoren

6.5.2 Einwirkungen

6.5.3 Betondruckfestigkeit.

6.5.4 Bewehrung

6.5.5 Statische Nutzhöhe

7 Festlegung der Sicherheitselemente

7.1 Überwachungsbedingte Qualitätsunterschiede

7.2 Sicherheitsbeiwerte aus der Materialprüfung

7.3 Sicherheitselemente aus der Bauteilprüfung

7.4 Sicherheitselemente aus der probabilistischen Berechnung

7.4.1 Teilsicherheitsbeiwerte

7.4.2 Zentraler Sicherheitsbeiwert

8 Zusammenfassung und Ausblick

8.1 Zusammenfassung

8.2 Ausblick

Verzeichnisse

Literaturverzeichnis

Symbolverzeichnis

Glossar

Anhang

A Zuverlässigkeitsanalyse

A.1 Grundlagen der Zuverlässigkeitstheorie

A.2 Optimierungsverfahren (Stufe IV)

A.3 Exakte Berechnungsverfahren (Stufe III)

A.4 Näherungsverfahren (Stufe II)

A.5 Iterationsverfahren

A.6 Qualitative Beurteilung der Zuverlässigkeitsverfahren

A.7 Systemzuverlässigkeit

A.8 Herleitung der Sicherheitsbeiwerte

A.9 Sicherheitselemente in den Regelwerken

B Statistische Kennwerte für Einwirkungen

B.1 Nutzlasten

B.2 Schneelasten

B.3 Windlasten

C Übertragungsvariable

D Würfeldruckfestigkeiten

D.1 Deskriptive Statistik

D.2 Vergleich der Mittelwerte mit dem t-Test-2 und t-Test-3

D.3 Vergleich der Varianzen mit dem F-Test

D.4 Vergleich der normalverteilten Stichproben

D.5 Histogramme der normalverteilten Stichproben

D.6 Histogramme der nicht-normalverteilten Stichproben

E Bestimmung des Variationskoeffizienten v_rt aller Bauteilunsicherheiten

E.1 Umrechnungsfaktor η_f der Betonfestigkeit

E.2 Nachweis der Normalkrafttragfähigkeit

E.3 Nachweis der Biegetragfähigkeit

E.4 Nachweis der Querkrafttragfähigkeit

E.5 Nachweis der Tragfähigkeit auf Durchstanzen

E.6 Zusammenstellung der Variationskoeffizienten v_rt

F Statistische Kennwerte von Widerstandsmodellen

F.1 Nachweis der Normalkrafttragfähigkeit

F.2 Nachweis der Biegetragfähigkeit

F.3 Querkrafttragfähigkeit

F.4 Durchstanztragfähigkeit

G Probabilistische Berechnungen

G.1 Untersuchte Tragsysteme

G.2 Genauigkeit der Zuverlässigkeitsmethoden

G.3 Modellfaktoren der Einwirkungsgrößen

G.4 Modellfaktoren der Widerstandsgrößen

G.5 Einwirkungsverhältnis

G.6 Ständige Einwirkung

G.7 Veränderliche Einwirkungen

G.8 Betondruckfestigkeit

G.9 Bewehrung

G.10 Statische Nutzhöhe

G.11 Sicherheitsbeiwerte

Publikationslisten zum Thema:
Betonbauteil, Betontragwerk, Bauausführung, Überwachung, Zuverlässigkeit, Einwirkung, Lastannahme, Widerstand, Tragwiderstand, Statistik, Probabilistik, Sicherheit, Tragsicherheit, Versagenswahrscheinlichkeit, Teilsicherheitsbeiwert,

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In den letzten Jahrzehnten ist das Ermüdungsverhalten von Beton, Betonstahl und Spannstahl immer stärker in den Fokus der Wissenschaft und der bemessenden Ingenieure getreten. Durch die Entwicklungen in der Betontechnologie ist es mittlerweile möglich, hochfeste Betone mit Verarbeitungseigenschaften herzustellen, die neben der Anwendung in der Fertigteilindustrie auch als Transportbetone eingesetzt werden. Dies ermöglicht speziell im Brücken- und Windenergieanlagenbau die Herstellung von immer schlankeren und filigraneren Strukturen, wodurch die zyklischen Beanspruchungen einen bedeutenderen Einfluss in der Tragwerksbemessung erhalten. Der Sachstandbericht erläutert anhand einer umfassenden Literaturrecherche sowie von Versuchsergebnissen das Ermüdungsverhalten von Beton, Betonstahl und Spannstahl sowie deren Verbund. Das Heft gibt sowohl Forschern als auch Ingenieuren wichtige Informationen zum Stand der Ermüdungsforschung von dynamisch hoch beanspruchten Tragwerken aus Beton.

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Forschungsberichte

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

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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.

Klaus Block, Rainer Becker
Untersuchungsbericht zum Tragverhalten von Kopfbolzen in Leichtbeton
Bauforschung, Band T 3361
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Fraunhofer IRB Verlag

Pro Jahr werden etwa 1,5 Mio. m3 Leichtzuschlag überwiegend im Baubereich verarbeitet. Verankerungen in Normalbeton sind bereits mit der Einführung von ETAG 001 systematisch untersucht und bemessen worden. Für Verankerung in Leichtbeton hingegen gibt es derzeit weder eine Bemessungsvorschrift noch Zulassungen. Eine direkte Übertragung der Erkenntnisse aus Normalbeton auf Verankerungen in Leichtbeton ist aber aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung und des Last-Verformungsverhaltens nicht möglich. Die grundsätzlichen Tragmechanismen sind an Kopfbolzen in gefügedichtem Leichtbeton erforscht worden, da Kopfbolzen ein klares Verhalten in Bezug auf die Lastübertragung zeigen. Durch die geringe Lastübertragungsfläche entstehen allerdings hohe Spannungen, die den Leichtbeton örtlich schädigen können und daher zu vergrößerten Verformungen führen.

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Bewertung der Umweltverträglichkeit von Zementsuspensionen
Bauforschung, Band T 3357
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Fraunhofer IRB Verlag

Im Sinne des Grundsatzpapiers "Grundsätze zur Bewertung der Auswirkung von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" ist die Verträglichkeit eines Baustoffs für Boden und Grundwasser bei der bauaufsichtlichen Zulassung nachzuweisen. Für Zementsuspensionen wurde der inverse Säulenversuch nach Schössner als Prüfverfahren ausgewählt, allerdings werden mit diesem Versuch überproportional große Mengen an Inhaltsstoffen ausgewaschen. Dies wurde bereits in Vorprojekten festgestellt und als Alternative ein Frischbetonstandtest vorgeschlagen. Bisher konnte in den zuständigen Gremien jedoch keine Einigung zur Prüfung von Zementsuspensionen erzielt werden. Daher wurden in diesem Projekt nochmals vergleichende Untersuchungen durchgeführt und die Datenbasis vergrößert, um die Bandbreite der kommerziellen Produkte in Deutschland abzudecken.

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Belastungsversuche stellen eine sichere und wirtschaftliche Methode zur Bewertung bestehender Tragwerke dar, wenn der Nachweis einer ausreichenden Sicherheit allein rechnerisch nicht erbracht werden kann. Die Durchführung von Belastungsversuchen ist seit 2000 durch die Richtlinie "Belastungsversuche an Betonbauwerken" des DAfStb geregelt. Diese Richtlinie basiert jedoch auf Forschungsarbeiten aus den 1980er und 1990er Jahren. Die Überarbeitung der Bewertungskriterien hinsichtlich ihrer praktischen Anwendbarkeit zur Detektion beginnender Schädigungen während des Versuches, die Gewährleistung der Passfähigkeit zur europäischen Normung und die Erarbeitung von Teilsicherheitsbeiwerten für Belastungsversuche sind die Hauptanliegen des Forschungsprojektes.

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Im Rahmen dieser Arbeit galt es das Eindringverhalten von Biodiesel in Beton unter besonderer Berücksichtigung der potentiellen betonangreifenden Eigenschaften von Biodiesel zu untersuchen. Beton wird durch eine Reihe organischer Verbindungen wie z.B. organische Säuren, Phenole in der Regel lösend angegriffen. Im Rahmen des Vorhabens galt es zu untersuchen, ob und unter welchen Bedingungen Betone mit Inhaltsstoffen und Abbauprodukten von Biodiesel reagieren, so dass lösende und/oder treibende Betonkorrosion als Folge einer Beaufschlagung von Betonen mit Biodiesel zu erwarten ist. Bei Beton handelt es sich um ein komplexes zweiphasiges alkalisches Medium, dessen reaktive Alkalität primär als wässrige Phase im Porensystem des Betons vorliegt (Porenwasser). Das Porensystem des Betons ist gleichzeitig der Transportweg für eindringende Flüssigkeiten. Sofern am Transportprozess beteiligt, ist die Alkalität der Gelphase der Gelporen relevant. Daneben sind in Beton potentiell alkalisch wirkende Inhaltsstoffe vorhanden (z.B. Portlandit), die bei Kontakt mit Wasser oder anderen lösenden polaren Verbindungen wirksam werden können.

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Zeitschriftenartikel

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