Heft 20

Verstärken mit Textilbeton

von Frank Jesse und Manfred Curbach

2010, 110 S.

Kurzbeschreibung

Textilbeton ist ein neuartiger Baustoff mit einem erstaunlichen Leistungspotential. Vor mehr als 15 Jahren hatte eine Gruppe von Wissenschaftlern an den Technischen Universitäten Dresden und Aachen eine Vision: die Verwendung von technischen Textilien aus Hochleistungsfasern als Betonbewehrung für extrem schlanke und leistungsfähige Bauteile. Textilbeton ist ein Verbundmaterial mit besonderen Eigenschaften. Es ist weniger ein Ersatz für Stahlbeton oder Spannbeton als vielmehr ein Material, das den Einsatzbereich von bewehrten Betonen erheblich erweitern kann. Textilbeton dringt in neue Märkte vor bzw. schafft diese erst.  Natürlich ist es nicht leicht, eine aus gutem Grund an Bewährtem festhaltende Bauindustrie von neuen Materialien und passend dazu neu zu entwickelnden Technologien zu überzeugen und für neuartige Anwendungen (Märkte) zu begeistern. Eine der Voraussetzungen ist die umfassende Information über Eigenschaften sowie Konstruktions- und Bemessungsregeln von Textilbeton. Ziel dieses Beitrags ist daher eine aktuelle Zusammenstellung des Wissensstandes mit dem Schwerpunkt Verstärkung von Stahlbetontragwerken.

Die Originalfassung des Aufsatzes erschien im BetonKalender 2010, Band 1, Berlin : Ernst & Sohn, 2009, S. 475-565.

Mit freundlicher Genehmigung des Verlags Ernst & Sohn.

Heft 19

Zur hierarchischen und simultanen Multi-Skalen-Analyse von Textilbeton

von Ingolf Lepenies

2009, 204 S.

Kurzbeschreibung

Die Arbeit widmet sich der Simulation und der Prognose des Materialverhaltens des Hochleistungsverbundwerkstoffes Textilbeton unter Zugbeanspruchungen. Basierend auf einer hierarchischen mechanischen Modellbildung (Multi-Skalen-Analyse) werden die Tragmechanismen des Verbundwerkstoffes auf drei Strukturebenen abgebildet. Damit lassen sich die den Verbundwerkstoff charakterisierenden mechanischen Kenngrößen aus experimentell ermittelten Kraft-Verschiebungs-Abhängigkeiten ableiten. Die Kenngrößen sind mit heutiger Messtechnik nicht direkt experimentell bestimmbar.

Unter anderem werden die Verbundeigenschaften zwischen der Filamentbewehrung und der einbettenden Matrix qualitativ und quantitativ bestimmt. Für das Verbundverhalten von Rovings in einer Feinbetonmatrix wird ausgehend von einer superelliptischen Rovingapproximation die partielle Imprägnierung des Rovings und die daraus resultierende Verbundwirkung identifiziert und simuliert.

Auf Grundlage der mikro- und mesomechanischen Modelle sowie der Modellparameterbestimmung an Filament- und Rovingsauszugsversuchen wird das makroskopische Zugverhalten von Textilbetonproben mit Mehrfachrissbildung prognostiziert.

Das Mikro-Meso-Makro-Modell für Textilbeton wird im Rahmen einer Multi-Skalen-Analyse auf eine textilbetonverstärkte Stahlbetonplatte angewendet. Hierbei wird das nichtlineare Bauteilverhalten infolge einer Biegebeanspruchung abgebildet, wobei die Bauteildurchbiegung, die Rovingbeanspruchung und die Beanspruchung eines Einzelfilamentes im Roving simuliert werden.

Heft 18

5. Symposium "Experimentelle Untersuchungen von Baukonstruktionen

Steffen Marx, Heinz Opitz, Manfred Curbach (Hrsg.)

2009, xx S.

Kurzbeschreibung

Ziel des 5. Symposiums „Experimentelle Untersuchungen von Baukonstruktionen“ ist es, den Einsatz der Mess- und Versuchstechnik bei der Bewertung des Zustands und der Restnutzugsdauer von Bauwerken zu fördern. Die sicherheitstechnische und wirtschaftliche Bedeutung solcher Fragestellungen ist gerade für große Infrastrukturbetreiber enorm. Für den zum Teil stark überalterten Bauwerksbestand werden objektive Bewertungsverfahren benötigt, um Verfügbarkeit und Sicherheit gewährleisten bzw. den optimalen Instandsetzungs- oder Erneuerungszeitpunkt festlegen zu können.

Im Rahmen des Symposiums werden verschiedene Verfahren experimenteller Kurz- und Langzeituntersuchungen vorgestellt sowie deren praktische Anwendung demonstriert. Anhand von Beispielen soll gezeigt werden, wie aus experimentellen Untersuchungen konkrete Aussagen bezüglich der Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Restlebensdauer von bestehenden Baukonstruktionen abgeleitet und diese in Handlungsempfehlungen für den Bauherren übertragen werden können.

Ergänzend werden neue Entwicklungstendenzen der im Bauwesen eingesetzten Messverfahren vorgestellt sowie die Anwendung der Mess- und Versuchstechnik im Bereich der Forschung und Erprobung neuer Baukonstruktionen demonstriert.

Heft 17

Wooden Reinforced Tubes. Development of Analytical and Numerical Models

José Manuel Cabrero Ballarín

2009, xx S.

Kurzbeschreibung

Shaped timber profiles and textile reinforcement present a new field of research of the Institute of Steel and Timber Structures that started with the work in the Collaborative Research Centre (Sonderforschungsbereich) 528 “Textile Reinforcement for Structural Strengthening and Retrofitting” some years ago and has been granted numerous national and international awards since that time.

A new understanding of the material considers wood as cellular solid that can be compressed and shaped by heat and pressure. In combination with reinforcement by technical fibres and textiles it becomes possible to produce innovative composite profiles that are characterized by material efficiency, lightness and high load capacity.

During his visiting fellowship at the Institute Professor Cabrero dealt with important problems concerning the structural behaviour of such composite elements. His analytical and numerical solutions fit well to experimental results and thus provide a basis for future technical developments and research.

Heft 16

Beton unter mehraxialer Beanspruchung: Ein Materialgesetz für Hochleistungsbetone unter Kurzzeitbelastung

von Kerstin Speck

2008, 234 S.

Kurzbeschreibung

Diese Arbeit basiert auf der Untersuchung von hochfesten und ultrahochfesten Betonen mit und ohne Fasern unter zwei- und dreiaxialer Druckbeanspruchung. Die Auswirkung der unterschiedlichen Betonzusammensetzung ist für verschiedene Beanspruchungen nicht gleich ausgeprägt, dennoch konnten grundlegende Zusammenhänge herausgearbeitet werden.

Anhand der Bruchbilder konnten die drei Versagensmechanismen Druck-, Spalt- und Schubbruch identifiziert werden, deren Charakteristik über die Kalibrierung an vier speziellen Versuchswerten direkt in das Bruchkriterium einfließen. Dieses stellt eine Erweiterung der Formulierung von OTTOSEN dar, so dass das spröde und z. T. anisotrope Verhalten von Hochleistungsbeton berücksichtigt wird.

Die beobachteten Spannungs-Dehnungs-Verläufe korrelieren mit den Versagensformen. Deshalb wird ein Stoffgesetz getrennt für den Druck- und den Zugmeridian aufgestellt, dessen Parameter sich mit zunehmendem hydrostatischen Druck verändern. In die Anfangswerte fließen die Betonzusammensetzung und herstellungsbedingte Anisotropien ein. Die lastinduzierte Anisotropie infolge einer gerichteten Mikrorissbildung wird in dem vorgestellten Stoffgesetzt über richtungsabhängige Parameter ebenfalls berücksichtigt.

Heft 15

Möglichkeiten zur Steigerung der Biegetragfähigkeit von Beton- und Stahlbetonbauteilen durch den Einsatz textiler Bewehrungen - Ansatz für ein Bemessungsmodell

von Anna Bösche

2007, 222 S.

Kurzbeschreibung

In der vorliegenden Arbeit werden die Möglichkeiten zur Traglaststeigerung von Beton- und Stahlbetonbauteilen unter Biegebeanspruchung durch das Verstärken mit textiler Bewehrung experimentell untersucht. Nach einer ausführlichen Recherche alternativer Techniken zur Querschnittsergänzung hinsichtlich der jeweiligen Beschichtungstechnologie, Anwendbarkeit und des Bemessungsmodells wird das Verstärken mit textilbewehrtem Beton als ein vorteilhaftes Verfahren deutlich herausgestellt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Beschreibung des Materialverhaltens der beteiligten Baustoffe mit Hauptaugenmerk auf die sich verändernden Materialeigenschaften der textilen Einzelfaser mit fortschreitender Weiterverarbeitung zum Garn bis hin zu einer textilen Bewehrungsstruktur.

Die experimentellen Untersuchungen wurden an Platten und Balken durchgeführt, die aus einem Beton der Festigkeitsklasse C20/25 bestanden. Die Verstärkung erfolgte mittels textiler Bewehrungen aus alkaliresistentem Glas-Textil. Der Betonstahlbewehrungsgrad der untersuchten Bauteile variierte ebenso wie die textile Bewehrungsfläche.

Die Versuche werden hinsichtlich der möglichen Traglasterhöhung gegenüber unverstärkten Referenzbauteilen sowie den Verformungen, Rotationen, Dehnungen und der Rissentwicklung ausgewertet. Anschließend wird ein Bemessungsvorschlag für textil verstärkte Bauteile unterbreitet.

Heft 14

Untersuchungen zur Beurteilung der Festigkeitssteigerung von hochfestem Beton unter hohen Dehngeschwindigkeiten

von Sebastian Ortlepp

2007, 190 S.

Kurzbeschreibung

Unter hohen Dehngeschwindigkeiten, hervorgerufen durch stoßartige Belastungen wie Impact, Detonationen und Schockwellen, zeigen viele Werkstoffe, darunter Beton, veränderte Trag- und Verformungseigenschaften. In der vorliegenden Arbeit wird das Materialverhalten normal- und hochfester Betone unter Impulsbelastung gegenüber einer quasi-statischen Beanspruchung betrachtet.
Die Untersuchung, durchgeführt an speziellen eingeschnürten Prismen unter zentrischem Zug, zielte auf die generelle Festigkeitssteigerung und Modifikation der Spannungs-Dehnungs-Beziehung infolge veränderter Belastung.

Neben den Materialbetrachtungen wurde auf die entstehenden Bruchflächen ein genaueres Augenmerk gerichtet, um Unterschiede beim Bruchvorgang zu erkennen. Zur Beurteilung der Bruchfläche werden die fraktale Analyse und ein Ortsfrequenzspektrum genutzt. Als Ergebnis zeigt diese Arbeit, wie sich die Veränderung des Bruchvorgangs auf eine gemessene Zugfestigkeitssteigerung
auswirkt.

Heft 13

Untersuchungen zur Verbundverankerung textilbewehrter Feinbetonverstärkungsschichten für Betonbauteile

von Regine Ortlepp

2007, 326 S.

Kurzbeschreibung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Verbundverankerung des neuen Verstärkungsmaterials textilbewehrter Beton für Stahlbetonbauteile. Der Detailpunkt der Verankerung mit den Mechanismen der Kraftübertragung von der textilbewehrten Verstärkungsschicht in den Altbeton wurde auf experimentellem Weg an unterschiedlichen Probekörperformen untersucht.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen haben gezeigt, dass für die Verankerung zwei Versagensebenen zu berücksichtigen sind, die eine getrennte Betrachtung erfordern: der Altbetonuntergrund und die Ebene der textilen Bewehrung. Es wurde ein geeignetes Verfahren
zur Ermittlung eines wirksamen Flächenanteiles der textilen Bewehrungsstrukturen entwickelt, welches die Grundlage für die weiterführenden Betrachtungen zum Verbundversagen durch Delamination in der Ebene der textilen Bewehrung bildet.

Des weiteren werden spezielle Eigenheiten des textilbewehrten Betons aufgezeigt und Lösungsvorschläge erarbeitet. Da sich das Verhalten von Verstärkungsschichten aus textilbewehrtem Feinbeton beträchtlich von bekannten Klebeverbindungen unterscheidet, sind hier völlig neue Wege zu beschreiten. Hierzu werden einige alternative Modellvorschläge für die Beschreibung des Verbundverhaltens angegeben.

Heft 12

4. Symposium "Experimentelle Untersuchungen von Baukonstruktionen

(Hrsg.)

2007, xx S.

Kurzbeschreibung

Sanierungs- und Instandhaltungsmaßnahmen verzeichnen seit einigen Jahren deutlich höhere Wachstumsraten als Neubauprojekte. Dieser Trend wird sich auch in den kommenden Jahren fortsetzen und verstärken, so dass in diesem Bereich vermehrt Investitionen, aber auch Forschungs- und Entwicklungsleistungen notwendig werden.

Grundlegende Voraussetzung sowohl für die qualifizierte Entscheidung über Inhalt und Zeitpunkt erforderlicher Baumaßnahmen als auch für die verantwortungsvolle Planung der finanziellen Ressourcen ist eine ausreichende Datenbasis über die vorhandene Bausubstanz. In vielen Fällen sind diese Bauwerksinformationen mangelhaft. Hier können experimentelle Untersuchungen von Baukonstruktionen oft entscheidende Verbesserungen bewirken.

Ein Ziel des Symposiums ist es deshalb, den Einsatz der Mess- und Versuchstechnik bei der Bewertung des Zustands und der Restnutzugsdauer von Bauwerken zu fördern. Die sicherheitstechnische und wirtschaftliche Bedeutung solcher Fragestellungen ist gerade für große Infrastrukturbetreiber enorm. Für den zum Teil stark überalterten Bauwerksbestand werden objektive Bewertungsverfahren benötigt, um Verfügbarkeit und Sicherheit gewährleisten bzw. den optimalen Instandsetzungs- oder Erneuerungszeitpunkt festlegen zu können.

Heft 11

Schubdübel – Shear Lugs - Ein Modell zur Berechnung von Einbauteilen mit Schubdübeln

von Harald Michler

2007, 306 S.

Kurzbeschreibung

Untersucht wird das Tragverhalten von Verankerungen, die hauptsächlich zur oberflächenparallelen Einleitung großer Schubkräfte in einen Betongrund ausgelegt sind. Die wesentlichen Grundelemente sind zumindest ein Schubdübel, ein Zuganker und eine Grundplatte, mehrere Schubdübel oder Anker können vorhanden sein, der quaderförmige Schubdübel überträgt hierbei hauptsächlich die Kraft in den Beton.

Das Vorgestellte Berechnungsverfahren Berücksichtigt die Verformungen in der Verankerung und deren abmindernde Wirkung auf die übertragbaren Lasten. Das in dieser Arbeit vorgestellte Berechnungsverfahren liefert neben der maximal aufnehmbaren Schubbeanspruchung geometrisch beliebiger Einbauteile auch die Beanspruchbarkeit einzelner Baugruppen und erlaubt es zu beurteilen, inwieweit die einzelnen Lastübertragungsmechanismen additiv oder alternativ wirksam sind. Das Verfahren gibt Auskunft über das zu erwartende lastabhängige Verhalten der Einbauteile inklusive der Vorhersage von Teilversagenszuständen.

Einsatzgebiete für diese Befestigungen sind alle konzentrierten Lasteinleitungen oder Montagestöße zwischen Betonbauteilen oder Stahl-Holz-Konstruktionen auf der einen und Betonelementen auf der anderen Seite. Neben der Auflagerung von Trägern oder Fassadenelementen ist vor allem auch an die Ertüchtigung und Verstärkung bestehender Betonbauteile durch zusätzliche Stahlkonstruktionen zu denken.

Heft 10

Experimentelle Analyse des Tragverhaltens von Hochleistungsbeton unter mehraxialer Beanspruchung

von Torsten Hampel

404 S.

Kurzbeschreibung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der experimentellen Analyse des Tragverhaltens von Hochleistungsbeton unter mehraxialer Beanspruchung. Dabei wurden sowohl die zwei- und die dreiaxiale Drucktragfähigkeit als auch das Verhalten unter zweiaxialer kombinierter Druck-Zug-Beanspruchung untersucht.

Für die Analyse kamen jeweils drei Betonklassen zum Einsatz, C 55/67, C 70/85 und C 90/105. Innerhalb der durchgeführten Versuchsreihen wurden sowohl die jeweiligen Bruchlasten als auch die Spannungs-Dehnungs-Beziehungen ermittelt.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden mit denen verglichen, die an Normalbeton gewonnen wurden. Aus diesem Vergleich wurden Schlussfolgerungen für den Einsatz von Hochleistungsbetonen abgeleitet. Zur mathematischen Beschreibung des Tragverhaltens von Hochleistungsbeton wurden für die untersuchten Beanspruchungsregime Näherungsfunktionen angegeben.

Heft 9

Entwicklung von Finiten Schalenelementen zur Berechnung von Verstärkungen aus Textilbeton bei Flächentragwerken

von Jan Matheas

164 S., ISBN 3-86005-543-7

Kurzbeschreibung

In der vorliegenden Dissertation wird auf der Grundlage einer kontinuumsmechanischen Herangehensweise die Formulierung eines mechanischen Modells in Verbindung mit der Umsetzung in ein Schalenelement im Rahmen der Finite-Element-Methode zur Simulation des Tragverhaltens geschichteter Flächentragwerksstrukturen unter Berücksichtigung der Schädigungsart Delamination vorgestellt. Grundlage des Mehrschichten-Modells ist die Entwicklung einer geometrisch nichtlinearen oberflächenorientierten Schalentheorie mit schub- und dickenelastischem Verhalten ausgehend von der vollständigen Kinematik einer Multidirektor-Theorie. Der Oberflächenbezug gewährleistet eine auf Kontaktprobleme angepasste mechanische Modellbildung. Innerhalb der Schichten wurde ein linear-elastisches orthotropes Materialgesetz verwendet, dessen Dreidimensionalität durch die Schalenformulierung nicht eingeschränkt wird.

Das Hauptaugenmerk der Arbeit liegt auf der Entwicklung eines auf verschiedene Materialien anpassbaren Schichten-Verbundmodells. Das Versagen des Schichtenverbundes – Delamination genannt – wurde durch ein Spannungskriterium beschrieben. Die Delamination wird durch Modifikation der kinematischen Bedingungen diskret berücksichtigt. Zur Beschreibung des Tragverhaltens nach Ausbildung der Delamination wurde ein als innerer Kontakt bezeichnetes Kontakt-Modell entwickelt, durch das Adhäsion zwischen den Schichten berücksichtigt werden kann.

Heft 8

Zur physikalisch nichtlinearen Aanalyse von Verbund-Stabtragwerken unter quasi-statischer Langzeitbeanspruchung

von Frank Hannawald

244 S.

Kurzbeschreibung

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Verfahren zur physikalisch nichtlinearen Analyse vorwiegend biegebeanspruchter Verbund-Stabtragwerke des Hoch- und Brückenbaues unter quasi-statischer Langzeitbeanspruchung. Im Mittelpunkt stehen dabei die realitätsnahe Abbildung der den Gebrauchszustand von Verbundtragwerken charakterisierenden zeit- und lastabhängigen Einflussgrößen des Betons und ihrer Wechselwirkungen. Diese Betrachtungen schließen auch das Werkstoffverhalten unter Be- und Entlastung ein. Die statische Lösung basiert auf einer inkrementell-iterativen Anwendung der Deformationsmethode. Ausgehend von der Annahme eines starren Verbunds wird zunächst gezeigt, wie sich Belastungs- und Systemmodifikationen sowie zeitabhängige und -unabhängige Zwangsprozesse numerisch berücksichtigen lassen. Die darauf aufbauende Erweiterung der Stab-Differentialgleichungslösung für den nachgiebigen Verbund stellt eine wesentliche Verbreiterung der Anwendungsmöglichkeiten im Stahl-Beton-Verbundbau dar. Orientiert an baupraktisch relevanten Erfordernissen sowie an den Besonderheiten und aktuellen Entwicklungen der Verbundbauweise wird die programmtechnische Umsetzung der entwickelten Lösungskonzeption veranschaulicht. Ausgewählte praktische Beispiele demonstrieren dazu die Anwendungsmöglichkeiten und stellen die Verifikation der Simulationsergebnisse anhand von Messungen dar.

Heft 7

Seismic Behavior of Moment-Resisting Timber Frames with Densified and Textile Reinforced Connections

von Andreas Heiduscke

150 S.

Kurzbeschreibung

The goal of this work was to develop a concept for improving the performance of moment-transmitting timber connections using densifi ed wood and glass-fiber textile reinforcement. To study the dynamic performance of moment-resisting frames, a number of connections and full frame structures were tested. The tests of cyclically loaded connections showed signifi cant enhancements in rotational stiffness, strength and energy dissipation capacity of the joints due to the use of densifi ed wood. Application of textile reinforcement prevented the wood from splitting and increased the ductility. In the shake table tests, two-story glue-laminated timber frames were subjected to series of dynamic excitations that included sinusoidal sweeps and arbitrary signals simulating earthquake loads. The concept of using textile reinforcement and densifi ed wood in connection regions of moment-resisting frames is a viable option to improve their load-deformation behavior under seismic action.

The structural response of the frames was simulated in time-history analyses. To approximate the load-history dependent behavior of the joints, a hysteretic spring element with memory was developed. This approach allowed the modeling of various hysteretic shapes including pinching. The proposed model was capable of capturing the timehistory response of the frames with suffi cient accuracy and is applicable to analyze and design frames of arbitrary geometry and confi guration under arbitrary loads.

Heft 6

Analytische Möglichkeiten und Grenzen der Berechnung von Rissbreiten in veränderlichen Verbundsituationen

von Lars Eckfeldt

440 S.

Kurzbeschreibung

Risse gehören zur Bauweise Stahlbeton. Entscheidend für die dauerhafte Erhaltung der Gebrauchstauglichkeit von Stahlbetonbauteilen ist jedoch die erfolgreiche Begrenzung der Rissbreiten. Die vorliegende Arbeit analysiert die Performance normativer Ingenieurmodelle. Ein einfaches, alternatives Berechnungsmodell wird zusätzlich begründet. Dieses kann auch den viel diskutierten Widerspruch im bisher angenommenen Zusammenhang zwischen φ/ρeff und w/εm auflösen.

Die Beschreibung und Simulation des Verbundes zwischen üblichem Rippenstahl und Beton ist von erheblicher Bedeutung für die Abbildung des Dehnungsunterschiedes zwischen Beton und Stahl, der die Rissbreite bestimmt. Es wird daher gezeigt, wie das Zugringmodell von Tepfers und die Erkenntnisse von Goto zusammengeführt werden können. Dem gegenüber werden die Schwierigkeiten in Analyse und Übertragung von Ergebnissen aus Tests mit kurzen Verbundlängen beschrieben.

Das notwendige Vorwissen ist im Kapitel Stand des Wissens bereit gestellt. Ein ausführlicher Anhang enthält Prüfdaten, Versuchsnachrechnungen und einen Flussplan, der bei einer sorgfältigen, normnahen Bemessung bei der Beschränkung der Rissbreite helfen kann.

Heft 5

Tragverhalten von Filamentgarnen in zementgebundener Matrix

von Frank Jesse

354 S.

Kurzbeschreibung

In dieser Arbeit wird das Tragverhalten von textilbewehrtem Beton experimentell untersucht. Die verwendeten experimentellen Methoden werden ausführlich dokumentiert. Auf der Basis von Spannungs-Dehnungs-Linien aus Zugversuchen und einfacher theoretischer Modelle wird versucht, zahlreiche, für den textilbewehrten Beton typische Besonderheiten aufzuzeigen und deren Ursachen zu klären. Den Abschluss bilden Überlegungen zur Optimierung der textilen Bewehrungen, die sich aus den beobachteten Phänomenen und deren Ursachen ableiten.

Die textilen Bewehrungen bestehen aus AR-Glas Filamentgarnen. Es konnte gezeigt werden, dass die textile Verarbeitung der Fasern entscheidenden Einfluss auf die Trageigenschaften des Verbundwerkstoffs hat. Wesentlich ist sowohl die Wechselwirkung zwischen Längs- und Querfasern als auch der Einfluss der textilen Bindungstechnologie. Durch die Verarbeitung ändern sich auch Form und Packungsdichte der Multifilamentgarne. Das Zusammenspiel all dieser und weiterer untersuchter Einflussfaktoren führt zu charakteristischen Merkmalen im Tragverhalten des textilbewehrten Betons.

Heft 4

Beitrag zur Anwendung zuverlässigkeitstheoretischer Berechnungsverfahren auf stahlbautypische Problemstellungen

von Peter Lieberwirth

Kurzbeschreibung

Gegenstand dieser Arbeit ist die Anwendung zuverlässigkeitstheoretischer Verfahren auf stahlbautypische, praxisrelevante Problemstellungen unter Zugrundelegung eines probabilistischen Sicherheitskonzeptes. Dies soll realitätsnahe Nachweise von Grenzzuständen der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit an ausgewählten Tragwerkstypen unter zeitvarianten Einwirkungen ermöglichen. Die Eingangsgrößen erfassen stochastische Unschärfe und werden in Form geeigneter Verteilungsfunktionen quantifiziert.Ausgewählte inhaltliche Schwerpunkte sind:

• Möglichkeiten zur probabilistischen Tragwerksberechnung bei impliziter Grenzzustandsbedingung;
• Methodik bei Einsatz eines iterativen Antwortflächenverfahrens und Auswahl der dafür notwendigen geeigneten Ansatzfunktionen;
• Einfluss von Abhängigkeiten zwischen einzelnen Zufallsgrößen auf die Tragsicherheit;
• Stochastische Modelle für Einwirkungen am Beispiel von Windspitzengeschwindigkeiten und Grundschneelasten;
• Anwendung der Algorithmen auf praxisnahe Aufgabenstellungen, wobei Stabilitäts- und Spannungsprobleme behandelt werden.

Heft 2

Rissbreitennachweise an Stahlbetonbauteilen

herausgegeben von Manfred Curbach

Kurzbeschreibung

In diesem Heft werden zwei Arbeiten des Instituts für Massivbau vorgestellt, die sich mit dem Nachweis der Rissbreite beschäftigen.

Rissverhalten von Kreisquerschnitten

Bei Kreisquerschnitten wie z.B. Pfählen wird häufi g der Nachweis der Rissbreite vernachlässigt. Dieser Nachweis kann u.U. jedoch maßgebend werden, wenn es sich um vorwiegend Momentenbeanspruchte Bauteile handelt. In diesem Beitrag werden daher alle Grundlagen für den Rissbreitennachweis an Kreisquerschnitten bereitgestellt, da in der aktuellen Normung diese Angaben fehlen.

Der Fraktilwert von Rissbreitenberechnungsmodellen (und andere Mysterien)

Der charakteristische Wert der Rissbreite stellt einen Fraktilwert dar, der in den bisherigen Veröffentlichungen weitestgehend unbeleuchtet bleibt. Der derzeitige Kenntnisstand reicht jedoch aus, um Aussagen über die wahrscheinliche Rissentwicklung zu treffen. Im Umfeld dieses Ansatzes bestehen jedoch viele „Fussfallen“, so dass trotz verfeinerter, statistisch hinterlegter Berechnungsansätze große Fehlerquellen bestehen. Der Beitrag zeigt auf, welche Fraktilwerte bzw. Modellsicherheiten durch die besprochenen Modelle abgebildet werden können und diskutiert Lösungen für den Grenzbereich dieser Modelle.

Heft 1

Beitrag zur Risikobeurteilung von alten Brücken unter Schiffsanprall

von Dirk Proske

Kurzbeschreibung

Die vorliegende Arbeit untersucht die Sicherheit alter Brücken über Binnenschifffahrtsstraßen in
Deutschland bei einem möglichen Schiffsanprall. Dazu wurden exemplarisch zwei historische Brücken analysiert. An beiden Bauwerken erfolgte zunächst eine Bauwerkserkundung mit materialtechnischen Untersuchungen. Die Materialeigenschaften wurden im Ergebnis als Zufallsvariablen beschrieben. Auch der mögliche Anprall von Schiffen wurde als Zufallsvariable behandelt. Für die rechnerische Untersuchung des Verhaltens der Brücken beim Anprall wurden dynamische FE-Berechnungen durchgeführt. Der Nachweis der Tragfähigkeit der Brücken erfolgte überwiegend für das Schubversagen im Pfeiler. Weiterhin wurden in das verwendete FE-Programm probabilistische Berechnungsverfahren integriert, damit die streuenden Eingangsgrößen bei der Berechnung berücksichtigt werden konnten. Neben der Untersuchung der Brücken im Originalzustand wurden auch verschiedene Verstärkungsmöglichkeiten betrachtet. Die Berechnungen zeigten, dass die Zielwerte der Sicherheit in Form der operativen Versagenswahrscheinlichkeit bei den unverstärkten Brücken nicht eingehalten sind. Es wurde darum im Anschluss der Versuch unternommen, den Sicherheitsnachweis mit Risikoparametern zu erbringen. Dafür wurden verschiedene Risikoparameter diskutiert.