Labor für konstruktiven Ingenieurbau
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Stahlbetonkonstruktion
(2023)
Die Grundlagen der Berechnung von Stahlbetonbauteilen werden in diesem Lehrbuch anhand der mechanischen Beziehungen erläutert. Ausgehend von den Nachweisen für Biegung und Querkraft werden auch die Berechnungen für die im Hochbau üblichen Stahlbetonbauteile, wie Balken, Platten, Stützen und Flachdecken erarbeitet. Neben den Nachweisen für Trag- und Gebrauchstauglichkeit werden aufbauend auf den Bemessungsergebnissen die Konstruktionsregeln und Bewehrungsführungen umfangreich dargestellt. Die im Lehrbuch vorgestellten theoretischen Grundlagen werden anhand zahlreicher Abbildungen erläutert. In jedem Kapitel sind zum besseren Verständnis umfangreiche Bemessungsbeispiele mit Praxisbezug enthalten. Um die LeserInnen für die Baupraxis vorzubereiten, werden auch die Erstellung von statischen Berechnungen, Schalplänen und von Bewehrungsplänen behandelt. Damit wird für den Hochbau eine umfassende Basis des Stahlbetonbaus vermittelt, welche einen erfolgreichen Start ins Berufsleben gewährleistet.
Aufbauend auf den Grundlagen des Stahlbetonbaus wird in diesem Lehrbuch das Konzept der Bemessung von Stahlbetonkonstruktionen mittels Stabwerkmodellen erläutert. Dieses Bemessungskonzept wird insbesondere im Bereich der Detailnachweise und bei gedrungenen Tragwerken im Stahlbetonbau benötigt. Neben der generellen Modellbildung und Nachweismethodik werden auch die üblichen Modelle und Nachweise für häufig vorkommende Details vorgestellt. Hierbei werden insbesondere Krafteinleitungsbereiche, Konsolen, ausgeklinkte Auflager, Rahmenknoten, Querschnittssprünge, Trägeröffnungen und Wandartige Träger detailliert behandelt. Die im Lehrbuch vorgestellten theoretische Grundlagen werden anhand zahlreicher Abbildungen erläuterten. In jedem Kapitel sind zum besseren Verständnis umfangreiche Bemessungsbeispiele mit Praxisbezug enthalten.
Dieser Beitrag führt die im Mauerwerk-Kalender 2022 begonnene Reihe zur digitalen Transformation der Planung im Bauwesen weiter. Dazu werden mit Hinblick auf die Anwendung im Wohnungsbau zunächst relevante Grundlagen der digitalen Transformation des Bauwesens in Abschnitt~2 sowie künstlicher Intelligenz (KI), maschinelles und tiefes Lernen in Abschnitt~3 eingeführt. Insbesondere verfolgt Abschnitt~3 zur KI die Erzielung eines begrifflichen und semantischen Verständnisses verschiedener KI-Algorithmen, Modelle und für das Arbeiten mit Daten, insbesondere für die in Abschnitt~4 und~5 betrachteten Anwendungsbeispiele und Zukunftspotenziale im Wohnungsbau. In Abschnitt~4 werden Anwendungen von KI in den Lebenszyklusphasen eines Immobilienprojekts anhand von Beispielen aufgezeigt. Dabei werden Beispiele zum generativen Design von Wohnungsgrundrissen in frühen Planungsphasen, die Unterstützung von statischen Berechnungen mit KI, der Einsatz von KI im Zuge der Bauausführung sowie im Betrieb einer Immobilie detaillierter betrachtet. Abgeschlossen wird dieser Beitrag mit einem Ausblick, welcher die Gesamtheit der dargestellten Inhalte betrachtet und bewertet, sodass ein Ableiten von Schlussfolgerungen, Implikationen und Empfehlungen für Forschung und Baupraxis bzgl. der digitalen Transformation und des Einsatzes von KI möglich wird.
Dieser Beitrag führt zunächst in die digitale Transformation (DT) des Bauwesens und deren wesentliche Methoden wie BIM, digitaler Zwilling etc. ein. Zur Erzielung eines begrifflichen und semantischen Verständnisses werden die Definitionen zudem an Anwendungsbeispielen veranschaulicht. Neben den Gründen für die DT werden der Status quo sowie der Weg vom analogen Planen und Bauen zur Vision „Planen und Bauen~4.0“ dargestellt. Kernelemente sind verschiedene Ansatzpunkte, Entscheidungshilfen und Schlüsse zur Begegnung der technischen und adaptiven Herausforderungen der DT auf Unternehmer‑, aber auch Hochschulniveau. Insbesondere der Faktor Mensch und dessen humane wie technische Kollaborations- und Vernetzungsfähigkeit wird in diesem Beitrag Rechnung getragen. Abschließend wird neben einer Zusammenfassung der dargestellten Inhalte zudem ein Ausblick für die DT im Bauwesen bis hin zum Einsatz von Robotik und KI für den im nächsten Jahr erscheinenden zweiten Teil dieses Beitrags gegeben.
Mauerwerk-Kalender 2023
(2023)
Specific structural effects by strengthening pre-stressed concrete beams with externally bonded FRP
(2012)
Influence of shear crack offsets on the bond behavior of EBR at the intermediate crack element
(2012)
New German guideline for strengthening concrete structures with adhesive bonded reinforcement
(2011)
Evaluation of the bond behavior at the intermediate crack element with a special test procedure
(2011)
The bond behavior of externally bonded reinforcement is one main parameter for the load bearing capacity of strengthened reinforced concrete structures. Because of the low bond force transfer at the outmost bending crack, the bond forces have also been transferred to elements between the cracks in order to effectively utilize the permissible stress of the CFRP strip. Two different experimental series on the bond behavior on the intermediate crack element were carried out. Small tests on an idealized intermediate crack element were made to evaluate the bond stress increase. In the second series parts of a structural element, which had the length of an intermediate crack element were tested to find out about other effects which only occur in the structural element. Based on these experimental data and the differential equation of the sway bond a new concept for the bond behavior of externally bonded reinforcement has been found out.
When reinforced concrete is strengthened by using externally bonded CFRP strips
it is not sufficient to perform checks just for the end anchorages. The bond forces must be transferred where the load is applied. These bond forces may be transferred by the elements in between flexural cracks which are mainly influenced by the bond behavior of the internal and external reinforcing. Therefore the models which were derived from end anchorage tests must be expanded to include other effects as well.
These models were first described theoretically by the differential equation of bond and a bilinear bond stress slippage relationship. To evaluate this theoretically derived relationship numerous experiments on the intermediate crack elements where conducted.
In this paper, an evaluation of these experiments in two different ways is shown. The one evaluation is carried out only on the fracture force, the other analysis also takes the slippage occurred in the intermediate crack element tests into account. With both evaluations it can be shown, that besides the previously scheduled bilinear bond approach additional friction effects between the already decoupled fracture surfaces of the bonded strips occur.
By enlarging the flexural capacity of reinforced concrete structures with externally bonded CRFP materials the shear behavior is also affected. To evaluate this effect shear tests on flexural strengthened reinforced concrete beams were carried out. Half of the tests were done with externally bonded CFRP-strips and the other half with near surface mounted reinforcement. Based on these tests and the EC2 approach for the shear force was checked.
Bemessung nach Eurocode 6
(2016)
Die Wirkungsweise einer aufgeklebten Biegezugverstärkung kann aufgrund der umfangreichen Forschung der letzten Jahrzehnte nun gut beschrieben werden. Eine wesentliche Rolle spielt hierbei der Verbund zwischen Beton und aufgeklebter Bewehrung, welcher durch die mäßige Zugfestigkeit der oberflächennahen Betonschichten charakterisiert wird. Dieser Aufsatz gibt einen historisch orientierten Abriss der Entwicklung des derzeitigen Kenntnisstands zur mechanischen Beschreibung der Wirkungsweise der aufgeklebten Bewehrung an. Dazu wird zunächst auf das Verbundverhalten der aufgeklebten Bewehrung sowie die übertragung auf das Bauteil und danach auf den weiteren Einfluss des Verbundes auf das Bauteilverhalten eingegangen.
The combination of experiments and numeric description in a test makes it possible to realistically investigate almost any type of system subjected to dynamic loading without requiring the extremely expensive device of a shaking table. With the numeric approach it is possible to examine the behaviour of even very large and complex structures, thus reducing the experimental investigations to the essential part of the system – for example, bracing masonry walls. This test method has proved to be very helpful, particularly for the investigation of seismic loading, and it allows the synchronous examination of several force and displacement variables (horizontal, vertical, rotational). A new laboratory is presented for the investigation of full-scale building structures up to three storeys high. Die Kombination von Experiment und numerischer Beschreibung innerhalb eines Versuches erlaubt die realitätsnahe Untersuchung annähernd beliebiger Systeme unter dynamischen Beanspruchungen, ohne den extrem hohen Aufwand von Rütteltischen zu erfordern. Durch die Numerik können auch sehr große und komplexe Strukturen mit ihrem Verhalten erfasst werden, wobei sich die versuchsmäßige Untersuchung auf den maßgebenden Teil des Systems – beispielsweise aussteifende Mauerwerkswände – beschränken kann. Insbesondere für Erdbebenbeanspruchung hat sich die Versuchsmethode sehr gut bewährt und es können mehrere Kraft- und Verschiebungsgrößen (horizontal, vertikal, Rotation) synchron behandelt werden. Für die Untersuchung an vollmaßstäblichen Gebäudestrukturen bis zu drei Geschossen wird ein neues Labor vorgestellt.
Lösungen im Bereich Statik
(2018)
Mauerwerk-Kalender 2021
(2021)
Mauerwerk-Kalender 2022
(2022)
Die Regelungen im vereinfachten Verfahren von Eurocode 6, Teil 3 [4] mit dem zugehörigen Nationalen Anhang erlauben es, in wenigen Schritten rechnerische Nachweise von Mauerwerksbauteilen durchzuführen. Anhand mehrerer Bauteilnachweise aus der Praxis wird im Folgenden die Nachweisführung nach dem vereinfachten Verfahren dargestellt. Es ist erkennbar, dass bei Einhaltung der Anforderungen an das vereinfachte Verfahren sich die rechnerische Nachweisführung sehr einfach gestaltet und der größte Zeitaufwand in der Lastermittlung der einzelnen Bauteile liegt. Eine weitere Vereinfachung, die jedoch etwas stärkere Einschränkungen des Anwendungsbereiches bedingt, ist durch das im Anhang A angegebene sog. stark vereinfachte Verfahren gegeben.
For the structural design of masonry according to Eurocode 6 with the associated German national annex, the simplified method and the further simplified calculation method in Annex A are available. These procedures provide tools that can be used in practice to design standard cases quickly and easily. One feature of the verification of masonry walls under compressive loading is that no bending moments in the walls have to be determined as part of the determination of section forces and moments since the verification of the load-bearing capacity of the wall is based solely on the acting vertical force. The effects of floor end restraint and buckling are dealt with by simple equations. One new feature of verification according to Eurocode 6 is that the effect of partially supported floors on the load-bearing capacity of the wall can be included directly. The code is compact and simple to use and the further simplified calculation method is predestined for verification by manual calculation.
The design and detailing of masonry buildings was usually undertaken in the past using the simplified procedure in Section 6 of DIN 1053-1 (1996-11). With the changeover to the new European code, a new procedure has been made available with the simplified calculation method of DIN EN 1996-3, which promises similarly simple and safe handling for the user. The practical implementation of this new code has been underway for some time. The article investigates the standard design cases and explains the innovations and alterations compared to DIN 1053-1.
Im Rahmen der horizontalen und vertikalen Erschließung der denkmalgeschützten Wilhelmsburg als Teil der Ulmer Bundesfestung waren erhebliche Eingriffe in die historische Gewölbetragstruktur erforderlich. Hierbei mussten die Kräfte aus den in sich kurzgeschlossenen Gewölbereihen aus gebrochenem Kalksteinmauerwerk umgelagert bzw. umgeleitet werden. In dem Beitrag werden Vorgehensweise, Planung, Berechnungsmethodik und Ausführung sowie die Besonderheiten bezüglich der Gestaltungsanforderungen unter Denkmalschutz erläutert. Insbesondere wird auf die Berechnungen und Ausführungen der hier relevanten Bauzustände eingegangen. Auch die spezielleren Anforderungen an die Gründung der neuen eingebauten Bauteile mit hohen Lasten werden vertieft.
The paper presents the results of 20 shear tests on full scale thermal insulating clay unit masonry walls. The types of units used (units with large chambers filled with mineral wool pads and units with small corings filled with mineral wool granulate) as well as the tested wall geometries and vertical loads are representative of the most common wall constructions currently used in housing in Germany.
The aim of the investigations was the verification of the shear -resistance of thermal insulating clay unit masonry under realistic conditions and comparison with the design rules in the codes and national technical approvals. The current design rules for clay unit masonry in DIN EN 1996-1-1/NA are rather conservative compared to the test results for thermal insulating units.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Tragverhalten von mit kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff Lamellen (CFK-Lamellen) biegeverstärkten Betonbauteilen. Ein wesentlicher Fokus dieser Arbeit liegt dabei auf dem Verbundverhalten aufgeklebter CFK-Lamellen und der damit verbundenen Verbundkraftübertragung am Bauteil. Dazu werden auf Grundlage von zahlreichen eigenen experimentellen Untersuchungen verschiedene bekannte Modelle miteinander kombiniert und um bauteilspezifische Effekte erweitert. Dadurch kann erstmals ein geschlossenes, realitätsnahes sowie vollständig mechanisch begründetes Bemessungsmodell für mit aufgeklebten CFK-Lamellen biegeverstärkte Betonbauteile angegeben werden. Im Rahmen der Arbeit wird gezeigt, dass das so entwickelte Bemessungsmodell das Tragverhalten von zahlreichen Bauteilversuchen an unterschiedlichen statischen Systemen mit unterschiedlichsten Bauteilabmessungen und Bewehrungsführungen gut beschreiben kann. Aufbauend auf dem entwickelten Bemessungsmodell werden mithilfe von Simulationen auf der sicheren Seite liegende vereinfachte Ingenieurmodelle für eine schnelle und einfache Bemessung angegeben. Neben der Verbundkraftübertragung der aufgeklebten CFK-Lamellen, welche erstmals in Abhängigkeit der Bauteilverformungen und der Querkrafteinflüsse beschrieben wird, werden in der Arbeit auch das Querkrafttragverhalten, die Rissbildung sowie die Schnittgrößenumlagerung von mit aufgeklebten und in Schlitze ver-
klebten CFK-Lamellen verstärkten Betonbauteilen betrachtet. Somit steht mit dieser Arbeit ein vollständiges Bemessungskonzept für mit CFK-Lamellen biegeverstärkten Betonbauteilen unter statischer Belastung zur Verfügung.
Das nachträgliche Verstärken von bestehenden Bauteilen ist eine häufig auftretende Problemstellung, die durch das Aufkleben von zusätzlicher Bewehrung gelöst werden kann. An der Tragweise der geklebten Bewehrung wird seit den 60er Jahren intensiv geforscht. Die erste bauaufsichtliche Zulassung wurde 1979 vom DIBt erteilt. Seit dieser Zeit hat sich die Bauweise in der Praxis etabliert und immer weitere Anwendungsmöglichkeiten, Materialien und Verfahren wurden entdeckt. An den Forschungsstellen wurden mithilfe von zahlreichen Versuchen immer bessere Modelle für die Tragweise entwickelt. Das Tragverhalten aufgeklebter Bewehrung wird durch den mäßigen Verbund zwischen der geklebten Bewehrung und dem Beton bestimmt, was besondere Bemessungsansätze nötig macht. Im Rahmen der Erstellung dieses Sachstandberichtes wurden zahlreiche Bauteil- und Verbundversuche mit geklebter Bewehrung in einer Datenbank gesammelt. Die gängigen nationalen und internationalen Modelle sowie Bemessungsvorschriften sind in diesem Sachstandbericht nach Themen geordnet aufgelistet und wurden mit den Versuchswerten aus der Datenbank gegengerechnet und verglichen.
Verbesserung der Praxistauglichkeit der Baunormen durch pränormative Arbeit - Teilantrag 2: Betonbau
(2015)
Verankerung von aufgeklebten Stahllaschen im Bereich von Biegemomenten mit wechselnden Vorzeichen
(2012)
Bei durchlaufenden verstärkten Stahlbetonkonstruktionen kann es aufgrund der ungünstigen Anordnung der Verkehrslasten im Bereich der Verankerung der aufgeklebten Bewehrung zu einem Vorzeichenwechsel des Momentes bei unterschiedlichen Lastfällen kommen. Dies führt dazu, dass die aufgeklebte Verstärkung in einem bestimmten Bereich sowohl Zug- wie auch Druckkräften ausgesetzt ist. Im Rahmen dieses Forschungsberichtes werden zunächst bisherige Untersuchungen, welche diese Problemstellung tangieren, betrachtet. Darauf aufbauend werden Verbunddruckversuche mit unterschiedlich dicken Stahllaschen durchgeführt, um das Verhalten des Verbundes unter Druckbeanspruchung zu untersuchen. Zur Verifizierung der Versuchsergebnisse sowie zur Erfassung weiterer bauteilspezifischer Effekte werden zwei Versuche an einem Durchlaufträger durchgeführt in welchem die Stahllaschen bis weit in den Druckbereich verankert waren. Aufgrund der durchgeführten experimentellen Untersuchungen werden abschließend Empfehlungen für den Umgang mit dieser Problemstellung in der Bemessung gegeben.
Die Verstärkung von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung wurde in Deutschland bisher alleinig durch allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen und Zustimmungen im Einzelfall geregelt. Da sich das Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung immer mehr zur Regelbauweise entwickelt und die europäische Harmonisierung auf diesem Gebiet voranschreitet, wurde ein neues Regelwerk für die Verstärkung von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung geschaffen. Dazu haben sich alle von der Themenstellung betroffenen Parteien in einem Unterausschuss des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton zusammengefunden und sich in die Formulierung der DAfStb-Richtlinie .Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung. eingebracht. Nach Abschluss des Einspruchsverfahrens und anschließender Notifizierung erscheint die Richtlinie voraussichtlich im September oder Oktober 2012.
Im Rahmen der Erstellung und Nutzung von Tunnel und Leitungsbauwerken ist oft eine Planung und Ausführung von Ortbetonschachtbaugruben notwendig. Diese Ingenieurbauaufgabe erfordert aufgrund der zahlreichen Randbedingungen eine gute Interaktion zwischen Ausführenden und Planer, um allen Anforderungen aus Statik, Baubetrieb, Vortrieb, Ausbau sowie späterer Nutzung gerecht zu werden. Mit der Auswahl eines geeigneten Bauverfahrens, einer günstigen Geometrie zusammen mit einer realitätsnahen Berechnung kann für jede Schachtbaugruben eine optimale sichere und wirtschaftliche Lösung gefunden werden. Dieser Artikel gibt zahlreiche Hinweise um dieses Optimum zu erreichen.
Bemessung von Mauerwerk
(2021)
Die Bemessung von Mauerwerk deckt neben der Tragfähigkeit auch den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit ab. Im Beitrag werden die Grundanforderungen und Hintergründe der Bemessung von Mauerwerk dargelegt und die Lösungen nach den aktuellen Vorschriften von Eurocode 6 und dem Nationalen Anhang erläutert.
Slabs are one of the main load-bearing elements in nearly every structure. Because of additional live loads or modifications of the building structure these slabs often have to be strengthened. Using externally bonded carbon-fiber reinforced polymer (CFRP) strips to strengthen existing concrete structures has become common practice. One of the main failure modes is the loss of the composite action between the concrete and the CFRP strip making the bond force transfer very important. This bond force transfer depends on many parameters including the concrete strength, the ratio between shear force, and bending moment. A new parameter recently discovered by the Technische Universität München (TUM) is the deflection of the structural elements themselves. Because of this deflection self-inducted contact pressure occurs. This contact pressure affects a higher bond transfer. The lower effective depth of slabs compared to beams causes higher deflections. In this article, first a few principles on the strengthening with adhesive-bonded CFRP strips and the characteristics of the bond are explained. Then, the basics of the bond force transfer, at the end anchorage and in the rest of the element, are summarized. Based on these essentials, as well as numerous experiments, the change in the bond force transfer at the structural element caused by the curvature is then derived. With these findings, a complete verification concept is presented, which is ideal for computerized calculations. This verification concept is finally compared to several full-scale test results presented in pertinent literature.
Petriplatz in Berlin is one of the earliest settlement sites in Berlin dating back to the 12th century. The Archaeological House is currently being built in this area on behalf of the Berlin Senate, which will integrate the finds associated with the site and make them directly accessible to visitors. The above-ground floors will serve as archaeological workshops and collection rooms and will feature a lecture hall. The chosen construction of the seven-storey building adapts to the local boundary conditions: Thus, the foundation is made on piles to minimize the intervention in the site and at the same time to create elements for geothermal energy. The static function as well as the fire protection requirements and the protection against external noise made it necessary to design the supporting structure-solidly in reinforced concrete. As a quasi-monolithic exterior wall structure in the standard area, a new system was developed by means of a load-bearing reinforced concrete inner shell and non-load-bearing infill of highly heat-insulating plane clay brick masonry. In addition to load transfer, particular -attention had to be paid to the issues of crack resistance, -execution and the interaction of concrete and masonry.
The paper presents the results of a series of 6 shear tests on full scale highly thermal insulating clay unit masonry walls. The walls consisted of units with large voids filled with mineral wool with a thermal conductivity of lambda= 0,07 W/(m . K).
The aim of the investigations was the verification of the in-planeshear resistance of this type of thermal insulating clay unit masonry in addition to the tests reported in [1].
The current design rules for clay unit masonry in DIN EN 1996-1-1/NA are rather conservative compared to the test results for thermal insulating units.
The paper presents results of a series of 6 in-plane shear tests on storey-height clay unit masonry panels [1] with thin-layer mortar, carried out in addition to previous test campaigns [2], [3], and [4]. The walls were constructed with unfilled thermally insulating clay units with a thermal conductivity of lambda = 0.09 W/(m . K). The current design rules for clay unit masonry according to DIN EN 1996-1-1/NA [5] are conservative compared to the presented test results for thermally insulating clay unit masonry.