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Verbundverhalten zwischen Betonstahl und Beton

Das Zusammenwirken von Beton und Stahleinlagen im Verbund ist die Grundlage der Stahl- bzw. Spannbetonbauweise. Die Verbundeigenschaften bestimmen dabei maßgeblich das Tragverhalten des bewehrten Betonbauteils. In der Forschung ist man bestrebt die Verbundwirkung mittels so genannter Verbundspannungs-Schlupf-Beziehungen zu quantifizieren. Experimentell werden diese in Ausziehversuchen mit kurzen Verbundlängen ermittelt, welche die Verhältnisse eines infinitesimalen Verbundelementes widerspiegeln sollen.

Auf der Grundlage einer Literaturstudie sind die Möglichkeiten zur experimentellen Ermittlung des Verbundverhaltens von Betonstählen zusammenzustellen und zu bewerten. Weiterhin soll die Anwendbarkeit solcher Versuchsergebnisse auf verschiedene Berechnungen an realistischen Bauteilen bzw. Verbundlängen dargestellt werden.

Nach der Auswertung von Versuchsdaten, die an zylinderförmigen Ausziehkörpern gewonnen wurden, können Vergleiche mit bereits vorhandenen Versuchsergebnissen anderer Ausziehkörper gezogen werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sind wissenschaftlich darzustellen und hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit auf reale Bauteilsituationen zu bewerten.

Ansprechpartner: Alexander Lindorf

Untersuchung der Entwicklung des Elastizitätsmoduls und der Querdehnzahl des Betons bei ein- und mehraxialer Belastung

Das Materialverhalten von Beton wird durch seine Arbeitslinie charakterisiert. Anhand der Arbeitslinie lässt sich das Verhalten des Materials in unterschiedliche Bereiche einteilen, wobei die in der Literatur angegebenen Festlegungen von Bereichsgrenzen nicht einheitlich sind. Einen besonderen Bereich stellt das elastische Materialverhalten zu Beginn der Arbeitlinie dar, da hier eine inverse Betrachtung der Zustandsgrößen vorgenommen werden kann.

Im Rahmen der Diplomarbeit sollen Festlegungen getroffen werden, wie sich die Materialkennwerte bei elastischem Materialverhalten bestimmen lassen, an welcher Stelle der Arbeitslinie sich die Bereichsgrenze des elastischen Materialverhaltens befindet und wie sich die Materialkennwerte nach dieser Grenze weiterentwickeln.

Die Untersuchung erfolgt je nach Interesse in Abhängigkeit von:

  1. mehraxialen Beanspruchungen oder
  2. der Betonzusammensetzung oder
  3. der zeitlichen Entwicklung der Festigkeit des Betons.
Die aufgestellten Prinzipien sollen mittels geeigneter Versuche verifiziert werden.

Ansprechpartner: Robert Ritter

Untersuchung der Dehnungsmessung bei mehraxialen Festigkeitsprüfungen von Beton

Bei der experimentellen Bestimmung der Arbeitslinie von Beton können nur an den unbelasteten Oberflächen des Prüfkörpers Dehnungsmessungen direkt am Prüfkörper selbst vorgenommen werden. Da bei dreiaxialen Beanspruchungen keine freien Oberflächen am Prüfkörper mehr vorhanden sind, werden die Verformungen indirekt gemessen werden. Das bedeutet, es werden die Verformungen der Lasteinleitungsmittel nahe dem Prüfkörper bestimmt und anschließend auf den Beton übertragen. Diese Art der Dehnungsmessung ist sehr fehleranfällig und speziell bei sehr kleinen Probekörperverformungen unbrauchbar.

Im Rahmen der Diplomarbeit soll eine neuartige Dehnungsmessung für die Ermittlung von Verformungen bei mehraxialen Probekörperbeanspruchungen erprobt und verifiziert werden, sodass abschließend eine innovative Messmethode zu Verfügung steht, welche die Qualität der Messergebisse der konventionellen Methoden erheblich verbessert.

Ansprechpartner: Robert Ritter

Festigkeit von Beton unter hydrostatischem Druck

Das Verhalten von Beton unter hydrostatischem Druck ist noch weitgehend unbekannt. Zum Teil wird davon ausgegangen, dass es unter diesem Lastfall zu keinem Versagen des Betons kommt. Dies ist insoweit richtig, dass sich bei einer einmaligen hydrostatischen Beanspruchung auch dann noch ein Gleichgewicht einstellt, wenn die Struktur des Betons schon völlig zerstört ist. Deshalb ist es für die Berechnung von Bauteilen mit wechselnden Lastfällen notwendig, die aus der hydrostatischen Druckbelastung resultierende Ver- oder Entfestigung des Materials zu kennen und Bruchkriterien, die diese Versagensform in der Regel vernachlässigen, durch entsprechende Grenzbedingungen zu erweitern.
Dazu sollen Versuchen an Normalbeton, Leichtbeton und hochfestem oder ultrahochfestem Beton durchgeführt werden. Die Proben werden mit definierten hydrostatischen Drücken vorbelastet und anschließend im einaxialen Druckversuch geprüft. Dabei sollen das Spannungs-Dehnungs-Verhalten unter reiner hydrostatischer Beanspruchung ermittelt werden und die Zusammenhänge zwischen der Höhe der Vorbelastung und der Steifigkeit und Festigkeit bei anschließender einaxialer Belastung.

Ansprechpartner: Kerstin Speck

Untersuchung der Dehnungsmessung bei mehraxialen Festigkeitsprüfungen von Beton

Bei der experimentellen Bestimmung der Arbeitslinie von Beton können nur an den unbelasteten Oberflächen des Prüfkörpers Dehnungsmessungen direkt am Prüfkörper selbst vorgenommen werden. Da bei dreiaxialen Beanspruchungen keine freien Oberflächen am Prüfkörper mehr vorhanden sind, werden die Verformungen indirekt gemessen werden. Das bedeutet, es werden die Verformungen der Lasteinleitungsmittel nahe dem Prüfkörper bestimmt und anschließend auf den Beton übertragen. Diese Art der Dehnungsmessung ist sehr fehleranfällig und speziell bei sehr kleinen Probekörperverformungen unbrauchbar.

Im Rahmen der Diplomarbeit soll eine neuartige Dehnungsmessung für die Ermittlung von Verformungen bei mehraxialen Probekörperbeanspruchungen erprobt und verifiziert werden, sodass abschließend eine innovative Messmethode zu Verfügung steht, welche die Qualität der Messergebisse der konventionellen Methoden erheblich verbessert.

Ansprechpartner: Robert Ritter

Untersuchung der Entwicklung des Elastizitätsmoduls und der Querdehnzahl des Betons bei ein- und mehraxialer Belastung

Das Materialverhalten von Beton wird durch seine Arbeitslinie charakterisiert. Anhand der Arbeitslinie lässt sich das Verhalten des Materials in unterschiedliche Bereiche einteilen, wobei die in der Literatur angegebenen Festlegungen von Bereichsgrenzen nicht einheitlich sind. Einen besonderen Bereich stellt das elastische Materialverhalten zu Beginn der Arbeitlinie dar, da hier eine inverse Betrachtung der Zustandsgrößen vorgenommen werden kann.

Im Rahmen der Diplomarbeit sollen Festlegungen getroffen werden, wie sich die Materialkennwerte bei elastischem Materialverhalten bestimmen lassen, an welcher Stelle der Arbeitslinie sich die Bereichsgrenze des elastischen Materialverhaltens befindet und wie sich die Materialkennwerte nach dieser Grenze weiterentwickeln.
Die Untersuchung erfolgt je nach Interesse in Abhängigkeit von:

  1. mehraxialen Beanspruchungen oder
  1. der Betonzusammensetzung oder
  1. der zeitlichen Entwicklung der Festigkeit des Betons.

Die aufgestellten Prinzipien sollen mittels geeigneter Versuche verifiziert werden.

Ansprechpartner: Robert Ritter

Entwicklung von Funktionselementen auf der basis von glasfaserverstärktem Beton

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung von Funktionselementen auf Basis von textilbewehrtem Beton für die Verwendung als tragende Deckenelemente im Wohnungs- und Gesellschaftsbau unter Beachtung aller bauphysikalischen Anforderungen für diesen Anwendungszweck.

Ein Produzent von Betonfertigteilen ist an einer Erweiterung seines Sortimentes interessiert und will dafür neue Technologien und Materialien einsetzen, um Produkte mit neuen und hochwertigen Gebrauchseigenschaften anzubieten. Diese Zielsetzung soll durch Hochleistungsfasern als Bewehrungsmaterial in einer Betonmatrix erreicht werden. Die Elemente sollen möglichst dünnwandig sein und somit eine deutlich gerinere Masse als konventionelle Betonelemente aus Schwerbeton mit Stahlbewehrung haben. Die physikalischen Eigenschaften der neu entwickelten Elemente müssen mindestens den Gebrauchseigenschaften konventioneller Betonteile entsprechen. Die Betonelemente sind hinsichtlich der Betonmatrix, der Bewehrung und der Geometrie der Fertigteile unter Beachtung der Materialkosten zu optimieren.

Ansprechpartner: Manfred Curbach, Herr Windrath (Geschäftsführer der Technologie- und Gründer-Zentrum Torgau GmbH)

Erarbeitung eines geeigneten Prüfverfahrens sowie die Durchführung und Auswertung der Eignungstests für Querkraftbewehrungselemente in Platten

Die Firma "Betonsysteme Zeithain GmbH" ist auf dem Markt als Anbieter unterschiedlichster Fertigteile bekannt. Im Zuge der Einführung der neuen Normen für den Stahlbetonbau hat sich gezeigt, das die normativen Anforderungen an Betonprodukte gestiegen sind. Dieser Trend zeigt sich insbesondere an der verstärkt erforderlichen Schubbewehrung für Fertigteilschächte und Abdeckplatten.

Um das Problem der gestiegenen Aufwendungen für die Herstellung der Fertigteilschächte in den Griff zu bekommen ist die Firma zu einem Lösungsansatz für die Realisierung der Schubbewehrung gelangt, der jedoch außerhalb der in der DIN 1045-1 geregelten Vorgaben liegt. Die Schubbewehrung soll, anders als in der Norm verlangt, ohne Umschließen der Biegebewehrung in der Betonzugzone über angeschweißte Verankerungsstäbe verankert werden.

Inhalt der Diplomarbeit wäre die Erarbeitung geeigneter Prüfstücke unter Abstimmung mit der technischen Abteilung der Firma, die Erarbeitung eines geeigneten Prüfverfahrens sowie die Durchführung und Auswertung der Eignungstests. Die Ergebnisse der Diplomarbeit sollen als Grundlage für eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Produkts genutzt werden können.

Ansprechpartner: Manfred Curbach

Entwicklung von stapelbaren Stützwandelementen aus textilbewehrtem Beton

Kleine Geländesprünge und -absätze werden oft durch Stützwandelemente aus Stahlbetonfertigteilen realisiert. In diesen Fällen ergeben sich die Bauteilabmessungen nicht aus statischen sondern aus Dauerhaftigkeitsforderungen. Mit textilbewehrtem Beton können solche Elemente im Gewicht wesentlich reduziert werden. Gleichzeitig muss aber das statische System von einem Rahmentragwerk hin zu einem Flächentragwerk geändert werden. Im Rahmen einer Diplomarbeit sollen vorliegende Entwürfe für solche Stützwandelemente aus textilbewehrtem Beton analysiert und optimiert werden. Ziel der Arbeit ist die praktische Umsetzung in einen Prototypen, dessen Trageigenschaften auch experimentell überprüft werden sollen.

Ansprechpartner: Manfred Curbach

Untersuchungen der Bausubstanz und der Tragfähigkeit älterer Ingenieurbauwerke in der Baulastträgerschaft der Gemeindeverwaltung Kirschau und Variantenuntersuchung

Es wird auf Untersuchungen an mehreren Brückenbauwerken zurückgegriffen. Die Untersuchungen werden auf eine angemessene Anzahl von 20 Bauwerken begrenzt, welche bereits mit Schäden und technischen Angaben aufgelistet sind. Diese Bauwerke werden nach Schäden gruppiert. Daraus ergeben sich Bauwerke, die die gleichen Schäden aufweisen. Diese Bauwerke werden weiter untersucht und deren Schäden nach Ursachen erforscht. In diesem Zusammenhang werden statistische Untersuchungen erforderlich sein. Aus den genauer untersuchten Bauwerken werden die Bauwerke mit ihren Schäden großflächig und wissenschaftlich nach Ursachen beschrieben. Daraus wird sich planmäßig für die Stahlbetonbrücken in Kirschau eine intensive Feinanalyse ergeben. Für den speziellen Fall einer Stahlbetonbrücke nach der Bauaufnahme ist ein Ersatzneubau unter Brücksichtigung behördlicher Aspekte und Hochwasserwerten, einschließlich der dazu notwendigen statischen Berechnungen zu erarbeiten. Die erforderlichen Sanierungskosten sind in Form einer Kostenermittlung anzugeben.

Ansprechpartner: Manfred Curbach, Dr.-Ing. Ajjour, Ajjour Ingenieurbüro Dresden GmbH, www.AID-Ajjour.de

Mehraxiale Festigkeit von Ultra-Hochfestem Beton

Ultra-Hochfester Beton (UHPC) ist ein vllig neuer, sehr gefgedichter Beton mit einer stahlhnlich hohen Druckfestigkeit von bis zu 250 N/mm und einer Biegezugfestigkeit bis zu 50 N/mm. In Abhngigkeit von einem laufenden Forschungsvorhaben umfasst die Diplomarbeit einen der folgenden Punkte:

  • Optimierung von vorhandenen Mischungsrezepturen
  • Untersuchung des zweiaxialen Drucktragverhaltens
  • Untersuchung des dreiaxialen Drucktragverhaltens
  • Untersuchung des zweiaxialen Druck-Zug-Tragverhaltens
  • Untersuchung des Tragverhaltens unter Teilflchenpressung

Die Diplomarbeit beinhaltet die Mitarbeit bei der Herstellung und Prfung der Probekrper sowie die Auswertung der Versuche.

Ansprechpartner: Kerstin Speck

Aufstellung von Lastmodellen auf der Grundlage des DIN-Fachberichtes 101 für gewichtsbeschränkt beschilderte Straßenbrücken

Die im DIN-Fachbericht 101 festgelegten Lastmodelle zur Darstellung von Straßenverkehrslasten berücksichtigen ausschließlich die normalen Einwirkungen aus Straßenverkehr im klassifizierten Straßennetz. Im DIN-FB 100, Pkt. 4.1 Abs. (2) heißt es dazu: "Für Brücken, die gewichtsbeschränkend beschildert sind (z. B. örtliche Straßen, Wirtschaftswege und -straßen sowie Privatstraßen), dürfen besondere Lastmodelle angewendet werden". Unter Berücksichtigung der auftretenden, geringeren Belastungen sind für untergeordnete kommunale Straßen und Wege angemessene Lastmodelle zu entwickeln. An ausgewählten Beispielen sind Vergleichsrechnungen zu den Lastmodellen nach DIN-Fachbericht 101 und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen aufzustellen.

Ansprechpartner: Jürgen Stritzke, Peter Simchen (BSI Ingenieurgesellschaft mbH)

Schadensanalyse von Rissen an Kappen von Straßenbrücken

Anhand vorliegender Gutachten zu Rißschäden an Straßenbrücken soll eine systematische Analyse bezüglich Ursachen, Folgen und Sanierungsmöglichkeiten bzw. Vermeidung erstellt werden. Die Betreuung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit einem Dresdner Ingenieurbüro.

Ansprechpartner: Manfred Curbach, Rainer Hempel (LS für Baustoffe)

Rißverzahnung im Feinbeton

Auch in einem Riß können noch Kräfte in Richtung des Rißverlaufes übertragen werden ("Rißverzahnung", engl.: "aggregate interlock"). Die bekannten Modelle aus der Literatur sind durch Erweiterung eines vorliegenden Programmes auf ihre Eignung für den beim textilbewehrten Beton verwendete Feinbeton durch numerische Simulation zu überprüfen. Ziel ist die Beurteilung der Eignung des maßgeblich von Walraven entwickelten numerischen Verfahrens und die Planung von Bestätigungsversuchen. Die Aufgabe dient der Vorbereitung der Konstruktion einer Maschine zur mehraxialen Prüfung von textilbewehrtem Beton unter beliebiger zweiaxialer Beanspruchung.

Ansprechpartner: Frank Jesse

Experimentelle Untersuchung der Dauerstandfestigkeit von textilbewehrtem Beton

Für die Bewehrung von extrem dünnen Betonbauteilen sollen zukünfitig auch textil verarbeitete Fasern benutzt werden. Für die Entwicklung eines Bemessungskonzeptes sind Kenntisse über die dauerhaft ertragbare Belastung (Dauerstandfestigkeit) notwendig. Auf der Grundlage von Verfahren der Bruchstatistik sollen Dauerstandfestigkeiten für die im Sonderforschungsbereich 528 eingesetzten Fasermaterialien (Carbon, AR-Glas) in Versuchen ermittelt werden.

Ansprechpartner: Frank Jesse

Wirkungsgrad von schiefwinklig zur Beanspruchung eingebauten Bewehrung

Bewehrung, die schiefwinklig zur ihrer Lage beanbsprucht wird, hat offensichtlich einen geringeren Wirkungsgrad als Bewehrung in Zugrichtung. Bekannte Modelle sollen am Beispiel des Textilbewehrten Betons auf ihre Gültigkeit anhand von vorliegenden Versuchsdaten und evtl. ergänzenden Versuchen überprüft werden.

Ansprechpartner: Frank Jesse