Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Beitrag zu einem Tagungsband (34)
- Zeitschriftenartikel (14)
- Vortrag (11)
- Beitrag zu einem Sammelband (2)
- Posterpräsentation (1)
Schlagworte
- Concrete (8)
- Fatigue (8)
- Beton (6)
- Ermüdung (4)
- CFD (3)
- Fire (3)
- Monitoring (3)
- Photogrammetry (3)
- Rheology (3)
- Rice husk ash (3)
Organisationseinheit der BAM
Paper des Monats
- ja (1)
Prediction of dynamic effects of reinforced concrete structures under impact loading is a technical challenge. This is a consequence of the great variability of the physical properties resulting from the wide adaptability of reinforced concrete and a consequence of the wide range of impact loading. Experiments and numerical investigations are normally used on a small scale to address the problem. In this paper, impact tests on reinforced conrete plates with the lateral dimensions of 1.5 m x 1.5 m and a thickness of 30 cm are presented. In bending reinforcement, besides the velocity two properties are varied, the diameter and the spatial distribution of the rebars. Experiments are performed at the Otto-Mohr-Laboratory of the Institute of Concrete Structures of the Technische Universit¨at Dresden. Due to the accelerated fall of the impactor the velocity ranges between 20 and 70 m/s. In addition to the measured quantities such as bearing forces, accelerations are also measured at 4 different positions on and under the plate, as well as the deflection at several positions. The measured data are used for the analysis of the damage form and the numerical examinations with the program Ansys Autodyn and the material model after Drucker-Prager.
Numerical investigations support the tests, with detailed analysis of individual effects. These numerical computations and the planar tomographic investigations were carried out at BAM in Berlin. With the help of planar tomographic evaluation, the damaged structure is
made visible and compared with the numerical results. Influences of the bending reinforcement are explained on the basis of damage evaluation in the local area and on selected measured values. In addition to the test evaluation, the tomographic and numerical methods are presented.
Methodologies on fire risk analysis in road tunnels consider numerous factors affecting risks (risk indicators) and express the results by risk measures. But only few comprehensive studies on effects of risk indicators on risk measures are available. For this reason, this study quantifies the effects and highlights the most important risk indicators with the aim to Support further developments in risk analysis. Therefore, a system model of a road tunnel was developed to determine the risk measures.
The system model can be divided into three parts: the fire part connected to the fire model Fire Dynamics Simulator (FDS); the evacuation part connected to the evacuation model FDS+Evac; and the frequency part connected to a model to calculate the frequency of fires. This study shows that the parts of the system model (and their most important risk indicators) affect the risk measures in the following order: first, fire part (maximum heat release rate); second, evacuation part (maximum preevacuation time); and, third, frequency part (specific frequency of fire). The plausibility of These results is discussed with view to experiences from experimental studies and past fire incidents.
Conclusively, further research can focus on these most important risk indicators with the aim to optimise risk analysis.
Die heute in der Anwendung befindlichen Bemessungskonzepte für Ermüdung von Beton stammen zum Teil noch aus den 1990er Jahren und sind speziell hinsichtlich hochfester Betone konservativ ausgelegt. Um die Vorteile von Türmen für Windkraftanlagen, vor allem auch aus hochfesten Betonen, im Zuge des geplanten Ausbaus der Windenergieversorgung in Deutschland wirtschaftlich nutzbar zu machen, müssen diese Bemessungskonzepte weiterentwickelt werden. Dafür sind umfangreiche Untersuchungen zur Ermittlung von Bruchlastwechselzahlen und zur Charakterisierung der Schädigungsentwicklung unter Ermüdungsbeanspruchung erforderlich. Allgemein anerkannte bzw. verbindliche Regelwerke oder Verfahren zur experimentellen Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit (Bruchlastwechselzahlen) an Betonproben gibt es zurzeit aber nicht und die bisher durchgeführten Untersuchungen variieren in Parametern wie Probengeometrie, Probengröße und Prüffrequenz. Eine vergleichende Analyse der Ergebnisse der Studien und insbesondere die Übertragbarkeit auf bauteilrelevante Abmessungen ist auf dieser Grundlage nur sehr eingeschränkt möglich.
Das jährlich im Herbst an wechselnden Forschungsstandorten stattfindende DAfStb-Forschungskolloquium wurde im Jahr 2024 von der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin ausgerichtet. Unter der Überschrift „Green Intelligent Building“ referierten rd. 35 Vortragende in fünf Sitzungen unterschiedlicher Thematik über verschiedene betonbezogene Forschungsschwerpunkte in der BAM. Anhand der überwiegend von Doktoranden und Post-Docs dargebotenen Vorträge konnten sich die Teilnehmerinnen und Teilnehmer ein aktuelles Bild von der Qualität der wissenschaftlichen Arbeit und der hervorragenden Forschungsmöglichkeiten in der BAM machen. Durch die Vernetzung unterschiedlich ausgerichteter Fachbereiche innerhalb der BAM werden Synergie-Effekte genutzt. Analytische, baustoffliche, konstruktive, umweltorientierte und auf die Verfahrensentwicklung ausgerichtete Bereiche der BAM forschen gemeinsam zum Thema Stahlbetonbau. Es folgen ausführliche Zusammenfassungen der Tagungsinhalte.
Productivity and sustainability are key factors for the technical development of the construction sector during the next decades. Only a corresponding, goal-oriented and efficient combination of specifically developed construction materials and techniques based on innovative digital technologies and ideas will contribute to the huge societal challenges of the future. On a material level, sustainability in concrete production stands for the use of alternative binders, aggregates and reinforcing fibres in combination with bio-based additives to produce robust mixtures with a minimized CO2-footprint. On a constructional level, the focus will be on reducing manpower on site by automated techniques like additive manufacturing and by an increased use of prefabricated elements up to modular room cells, accompanied by innovative methods for the re-use of constructional elements, reduction of supplementary constructions and digitally optimized site logistics. This presentation will discuss recent developments in these fields, as well as upcoming ideas.
Vom Baustoff zum sicheren Bauwerk: Einsatz der Schallemissionsanalyse in der Bauabteilung der BAM
(2013)
Seit 2006 wird die Schallemissionsanalyse (SEA) in der Abteilung 7 Bauwerkssicherheit der BAM genutzt, um Gefügeveränderungen in Betonen zu untersuchen. Dabei haben sich bis heute im Wesentlichen folgende vier Forschungsbereiche herauskristallisiert:
Hydratation
Während der Hydratation von Beton ist eine ausgeprägte Schallemissionsaktivität zu beobachten, anhand derer der Hydratationsverlauf nachvollzogen werden kann. Zur Aufklärung der Quellmechanismen der Schallemissionen besteht noch weiterer Forschungsbedarf. Des Weiteren kann mit Hilfe der SEA die frühe Rissbildung in Betonen, hervorgerufen durch autogenes oder plastisches Schwinden, analysiert werden.
Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR)
Bei der AKR handelt es sich um eine Reaktion alkaliempfindlicher Gesteinskörnungen mit den Alkalien des Betons bzw. mit extern, z.B. durch Tausalze, zugeführten Alkalien. Dabei werden um die oder in der Gesteinskörnung quellfähige Gele gebildet, die zu einer völligen Zerstörung des Gefüges führen können. Mit der SEA können die Rissbildung detektiert und somit die Schädigungsphasen im Verlauf der AKR identifiziert werden.
Brandverhalten
Unter Brandeinwirkung platzt die Oberfläche gefügedichter Hochleistungsbetone explosionsartig ab. Um dies zu verhindern und somit den Feuerwiderstand von Bau-teilen aus Hochleistungsbeton zu erhöhen, werden dem Beton Polypropylenfasern beigemischt. Das Schmelzen der Fasern bei einer Temperaturerhöhung trägt zu einer erhöhten Mikrorissbildung bei, die einen Spannungsabbau ermöglicht. Die SEA konnte erfolgreich eingesetzt werden, um diesen Wirkmechanismus der Fasern nachzuweisen und weiter aufzuklären.
Ermüdungsverhalten
Durch die hohen zyklischen Lasten, für die Türme und Fundamente von Windkraft-anlagen ausgelegt werden müssen, gewinnen gesicherte Kenntnisse über das Ermüdungsverhalten von Betonen an Bedeutung. Mit der SEA ist es bei hochzyklischen Belastungsversuchen an Betonen möglich, den Schädigungsgrad im Verlauf der Beanspruchung zu bestimmen. Die Schallemissionsaktivität eignet sich als Kriterium, um die Versuche bei vorab definierten Schädigungsgraden zu unterbrechen und so Proben für weitergehende Untersuchungen zu gewinnen. Diese Ergebnisse sollen perspektivisch für Überwachungssysteme für Betonbauwerke unter zyklischer Beanspruchung genutzt werden.
The size effect has its origin in fracture mechanics and describes the formation as well as propagation of cracks in brittle and solid materials in dependence of the specimen size. However, the size effect in concrete spalling describes the damage behaviour on a macroscopic scale for different sized specimens in case of fire. Concrete spalling is a very complex and yet not fully understood phenomenon. To reduce the effort of fire tests to analyse the spalling behaviour of concrete mixtures, this study investigates the susceptibility to spalling for six different concrete mixtures and three specimen sizes. The sizes were divided in full scale slabs (1.8 m x 1.2 m x 0.3 m), intermediate scale cuboids (0.6 m x 0.6 m x 0.3 m) and small scale cylinders (Ø0.15 m x 0.3 m). For this purpose, a novel test set-up was built to test six intermediate scale or twelve small scale specimens simultaneously to ensure a similar heating regime for every specimen. All specimens were fire exposed on one side and remained unrestrained. A size effect occurred for four of the six concrete mixtures. Compared to the full scale specimens the spalling was reduced significantly for all smaller specimen sizes. Additionally, spalling did not occur for the small scale specimens. The results show that the specimen size is an essential parameter to investigate the susceptibility to spalling of a concrete mixture. For future investigations the testing conditions must be adjusted for the intermediate scale specimens to recreate the conditions of the slabs.
Die Weiterentwicklung der Verfahren und Techniken zur dauerhaften Überwachung von Bauwerken ist Gegenstand zahlreicher Forschungs- und Entwicklungsvorhaben. Der praktische Einsatz dieser Verfahren beschränkt sich bisher jedoch auf durchaus zahlreiche, jedes für sich jedoch sehr konkrete Einzelprobleme beschreibende Projekte. Einer flächendeckenden Anwendung stehen häufig – berechtigte oder unberechtigte – Bedenken zur Effizienz dieser Verfahren im Vergleich zu baupraktisch etablierten Verfahren wie z. B. regelmäßigen Bauwerksinspektionen entgegen. Weiterführende Aspekte wie optimierte Wartungskonzepte oder Lebensdauerprognosen zur begründeten Priorisierung von Ertüchtigungsmaßnahmen sind aufgrund des Fehlens zeitnah realisierbarer, monetärer Vorteile oftmals schwer vermittelbar. Dieser Beitrag soll einige grundlegende Ziele aktueller Monitoringkonzepte anhand von Projektbeispielen der BAM aufzeigen, um die Potentiale dieser Verfahren zu verdeutlichen und mögliche sinnvolle Anwendungsgebiete zu erschließen. Im Vordergrund dieses Übersichtsbeitrages stehen dabei die grundlegenden Ideen und Ziele dieser Projekte; bezüglich der Ergebnisse wird auf die entsprechenden Fachveröffentlichungen verwiesen.
Unter zyklischen Belastungen findet im Beton, wie bei anderen Materialien auch, ein Ermüdungsprozess statt, der letztlich im Versagen des Materials enden kann. Im derzeitigen Erkenntnisstand zum Materialverhalten des Betons gibt es gerade bei dessen Ermüdungsverhalten noch viele nicht oder nicht ausreichend geklärte Fragestellungen. Deshalb wurde in Laborversuchen das Ermüdungsverhalten von Beton unter Druckschwellbeanspruchungen untersucht. Im Fokus dieser Untersuchungen standen dabei die während der Lebensdauer im Materialgefüge ablaufenden Prozesse, die zur Schädigung des Gefüges und schließlich auch zum Ermüdungsversagen führen können.
In den Ermüdungsversuchen wurden versuchsbegleitend Dehnungsmessungen, Ultraschall-Laufzeitmessungen und Schallemissionsmessungen an den Proben zur Erfassung der Schädigungsevolution eingesetzt. Die Schallemissionsmessung ist dabei ein wichtiges Instrument, da sie die Rissentwicklungsprozesse detektiert, die die Ursache für die Materialschädigung sind. Mit ihr konnten die unterschiedlichen Phasen der Rissentwicklungen über die gesamte Lebensdauer der Betonproben festgestellt werden. Diese Phasen sind gekennzeichnet durch sich stabilisierende, stabile und instabile Rissprozesse, die entsprechende Auswirkungen auf das Materialverhalten haben. Ein Vergleich mit den Ergebnissen der anderen Messtechniken zeigt den entsprechenden Einfluss der Rissentwicklungen auf die Materialeigenschaften des Betons.
Beton, als aktuell am meisten verwendeter Baustoff ist nicht brennbar und weist zudem eine sehr geringe Temperaturleitfähigkeit auf. Er eignet sich somit gut für den baulichen Brandschutz. Jedoch neigt Beton im Brandfall zu explosionsartigen Abplatzungen, die zu einer Reduzierung des tragfähigen Querschnitts und sogar zum Versagen des Bauteils führen können. Derzeit werden thermomechanische und thermohydraulische Schädigungsprozesse als die zwei maßgeblichen Ursachen für explosionsartige Abplatzungen angesehen. Diese Schädigungsprozesse sind unter anderem abhängig von der Prüfkörpergröße, dem Wasser-Zement-Wert, der Porosität, der Permeabilität und dem Bewehrungsgrad des Bauteils.
Im Rahmen des Vortrags werden die Forschungsarbeiten zum Maßstabseffekt des Abplatzverhaltens von Betonen bei Brandbeanspruchung präsentiert. Zu diesem Zweck wurden Betonprüfkörper aus sechs verschiedenen Betonmischungen in jeweils drei Prüfkörpergrößen einseitig, ohne Behinderung der thermischen Ausdehnung und ohne externe Last im Tunnelbrandprüfstand der BAM untersucht. Dieser unikale Prüfstand ermöglicht die Brandprüfung unterschiedlicher Prüfkörpergrößen unter vergleichbaren Brandbedingungen sowie die simultane Prüfung mehrerer kleinformatiger Betonprüfkörper. Das präsentierte, laufende Promotionsvorhaben basiert auf einem von der DFG geförderten Forschungsvorhaben und darauf aufbauenden Folgeuntersuchungen.
Die Ergebnisse des DFG-Vorhabens zeigen einen deutlichen Maßstabseffekt mit einer starken Verringerung der Abplatztiefen bei einer Reduzierung der Prüfkörpergröße. Des Weiteren ist das Abplatzverhalten stark von der Betonmischung abhängig. Vor dem Hintergrund der Ressourcenschonung und Kostenreduzierung verfolgen die auf dem DFG-Vorhaben aufbauenden Untersuchungen das Ziel, das Abplatzverhalten großformatiger Betonprüfkörper durch kleinformatige Betonprüfkörper mit angepassten Randbedingungen nachzustellen. Hierfür wurden zwei Betonmischungen des DFG-Vorhabens verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass durch eine Anpassung der Versuchsrandbedingungen dem Maßstabseffekt entgegengewirkt werden kann.
