Biegetragfähigkeit von textilbetonverstärkten Stahlbetonplatten

Textilbeton (TRC) ist eine sehr effektive Methode zur Verstärkung von Stahlbetonkonstruktionen. An der TU Dresden wurden im Rahmen des SFB 528 umfangreiche Forschungen zum Einsatz von Textilbeton zur nachträglichen Biegeverstärkung bestehender Beton‐ und Stahlbetonbauteile durchgeführt. Die experimentellen Untersuchungen erfolgten im Regelfall an textilbetonverstärkten kleinformatigen Stahlbetonplatten mit Spannweiten von 1,60 m und Plattendicken von 0,10 m. Parallel zu diesen Versuchen erfolgte die Entwicklung von Berechnungsmodellen, mit denen unter anderem die maximale Biegetragfähigkeit der verstärkten Bauteile vorhergesagt werden kann. Der vorliegende Aufsatz beschreibt experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Überprüfung der Übertragbarkeit der bisher gewonnenen Ergebnisse auf großformatige Stahlbetonplatten mit Spannweiten von 6,75 m und Plattendicken von 0,23 m. Durch die Verwendung textiler Hochleistungsbewehrungen aus Carbon auf Basis von so genannten Heavy‐Tow‐Garnen wurden sehr hohe Verstärkungsgrade realisiert. Die Ergebnisse zeigen signifikante Steigerungen der Tragfähigkeiten im Vergleich zu unverstärkten Referenzplatten. Dadurch konnte die sichere Anwendung von Biegeverstärkungen aus Textilbeton auch für Bauteile mit großen Spannweiten und großen Verstärkungsgraden gezeigt werden. Gleichzeitig wurde bei vergleichbarem Lastniveau mit zunehmendem Verstärkungsgrad eine deutliche Verringerung der Durchbiegungen nachgewiesen. Die experimentell ermittelten Tragfähigkeiten sind mit dem vorgestellten Berehnungsansatz zur überschläglichen Biegebemessung textilbetonverstärkter Stahlbetonplatten gut nachvollziehbar. Bending Capacity of Reinforced Concrete Slabs Strengthened with Textile Reinforced Concrete Textile Reinforced Concrete (TRC) is a very effective method to strengthen reinforced concrete constructions. The SFB 528 of the TU Dresden has been carrying out vast research concerning the use of TRC for a subsequent bending strengthening of existing concrete and reinforced concrete components. As a rule the experiments TRC strengthened small format reinforced concrete slabs with span widths of 1.60 m and thicknesses of 0.10 m were used. Parallel to these tests calculation models were developed enabling a prediction of the maximum bending load carrying capacity of the strengthened units among others. The paper describes the experimental and theoretical research for checking the transferability of the results gained until now onto large‐size reinforced concrete slabs with span widths of 6.75 m and thicknesses of 0.23 m. Through the use of high performance textile reinforcements based on carbon Heavy‐Tow‐Yarns very high reinforcement degrees were realized. The results show significant increases of the load carrying capacity compared to the unstrengthened reference slabs. Thus the safe use of bending strengthening out of TRC for components with large span widths and high reinforcement degrees could be proven. At the same time we were able to demonstrate considerably lower deflection with growing reinforcement degrees. The experimentally determined load bearing capacity can be well comprehended with the introduced calculation models of the bending measurement of TRC strengthened reinforced concrete slabs.     

Tragverhalten und Dauerhaftigkeit einer schlanken Textilbetonbrücke

Auf der Schwäbischen Alb wurde eine ältere Fußgängerbrücke aus Stahlbeton durch eine neue Brücke aus Textilbeton ersetzt, die durch die Kombination von textilbewehrtem Beton und einer Vorspannung ohne Verbund eine außergewöhnliche Schlankheit erreicht. Bei einer Betondeckung von nur 1,5 cm für die Bewehrung aus technischen Textilien war ein im Vergleich zu Stahlbetonbauteilen ungewöhnlich filigraner mehrstegiger Plattenbalkenquerschnitt als Überbau ausführbar. In dem vorliegenden Beitrag werden Untersuchungen zu den Werkstoffen, zum Tragverhalten und zur Dauerhaftigkeit vorgestellt. Das Tragwerk, die Bemessung und Konstruktion sowie insbesondere das Schwingungsverhalten sind Gegenstand eines separaten Beitrags in diesem Heft. Load‐Bearing Behavior and Durability of a Slender Textile Reinforced Concrete Bridge An older pedestrian bridge was replaced by a new bridge made of textile reinforced concrete (TRC) in Southern Germany. A remarkable slenderness was achieved by using a combination of TRC and an unbounded prestressing. The concrete cover of only 1,5 cm makes it possible to design an uncommonly slender Tbeam with seven webs and which is used as superstructure. The article deals with the experimental investigations of the material properties, load‐bearing behaviour and durability. The design and construction, especially the dynamic behaviour, of the bearing structure is described in a separate article in this issue.     

Textilbeton verstärkte Platten unter Brandbelastung

Im Rahmen experimenteller Untersuchungen wurden Stahlbetonplatten hergestellt, mit verschiedenen textilen Bewehrungen verstärkt, durch Belastung bis 125% Gebrauchslast vorgeschädigt und anschließend unter Gebrauchslast mit einer Brandbelastung nach der Einheitstemperaturkurve (ISO‐834, Cellulosic curve) beaufschlagt. Alle Platten hielten der Brandbelastung bei gleichzeitiger Biegebeanspruchung mehr als 60 Minuten stand und zeigten weder Betonabplatzungen noch andere optische Schädigungen auf. Die für dieses überraschend positive Ergebnis verantwortlichen Mechanismen werden diskutiert, sind aber noch nicht vollständig verstanden. Eine Schlüsselrolle spielt dabei vermutlich das gute Rissverhalten von Textilbeton und interne Lastumlagerungen zwischen Textil‐ und Stahlbewehrung. Textile Reinforced Concrete Strengthened Slabs under Fire Loading Within an experimental study steel reinforced concrete slabs were produced and strengthened with different types of textile reinforcements. They were than pre‐damaged with 125% service load and subsequently exposed to fire loading (ISO‐834, Cellulosic curve) under simultaneous service load. The tests lasted up to 60 minutes with no specimen failed. The slabs did not show any visual damage nor concrete spalling. We discuss the presumably reasons for that surprisingly positive test result, although mechanisms are not yet fully understood. The excellent crack control of TRC and load redistribution between textile and steel reinforcement as well as load redistribution in the slabs are assumedly key mechanisms that contribute to the excellent fire resistance.     

Auswirkungen der Matrixzusammensetzung auf die Dauerhaftigkeit von Betonen mit textilen Bewehrungen aus AR‐Glas

Verbundmaterialien aus Feinbetonen mit textiler Bewehrung aus alkaliresistentem Glas (AR‐Glas) können ausgeprägten zeitabhängigen Veränderungen hinsichtlich des mechanischen Leistungsvermögens unterliegen. Für eine zielsichere Anwendung solcher Werkstoffe im Bauwesen sind genaue Kenntnisse über die Höhe und die Ursachen dieser Leistungsverluste unabdingbar. In diesem Artikel werden anhand von Ergebnissen aktueller Untersuchungen entscheidende Mechanismen für die Alterungsprozesse dargestellt, die aus der Zusammensetzung der Feinbetone resultieren. Dazu wurden aus verschiedenen Betonzusammensetzungen, die sich maßgeblich in ihrer Hydratationskinetik und Alkalität unterschieden, textilbewehrte Dehnkörper hergestellt und nach beschleunigter Alterung geprüft. Dehnkörper aus Feinbeton mit hoher Alkalität (das Bindemittel bestand nur aus CEM I) zeigten dramatische Einbußen bei Zugfestigkeit und Bruchdehnung. Das Leistungsvermögen von Proben aus Feinbetonen mit puzzolanisch abgepufferter Bindemittelzusammensetzung und gleichzeitig reduziertem Portlandzementklinkeranteil zeigte sich dagegen weitgehend unbeeinflusst von Alterungsprozessen. Mit Hilfe von beidseitigen Garnauszugversuchen an beschleunigt gealterten Feinbetonproben wurden die für das unterschiedliche Materialverhalten verantwortlichen Degradationsmechanismen aufgeklärt. Neben der mechanischen Prüfung wurde dazu auch die Interphase zwischen Fasern und umgebendem Feinbeton mit bildgebenden und analytischen Verfahren charakterisiert. Die festgestellten Einbußen im Leistungsvermögen des Garn‐Matrix‐Verbundes konnten überwiegend auf die Neubildung von ungünstig strukturierten Hydratationsprodukten in der Interphase Filament‐Matrix bzw. in Filamentzwischenräumen zurückgeführt werden. Die Morphologie dieser Phase wird maßgeblich von der Bindemittelzusammensetzung bestimmt. Korrosion des AR‐Glases als Schadensursache kann unter ungünstigen Umständen auch eine große Rolle spielen, ist aber bei geeigneter Matrixformulierung von untergeordneter Bedeutung. Effect of Matrix Composition on the Durability of Concretes Reinforced with Glass Fibre Fabric The mechanical performance of composites made of finegrained concrete and textile reinforcement can worsen markedly with increasing age if alkali‐resistant glass (AR‐glass) is used as the reinforcing material. For reliable practical applications of textile‐reinforced concrete, precise knowledge as to the extent and causes of such degradation is indispensable. This paper discusses important aging mechanisms resulting from the composition of fine‐grained concrete. Tensile tests on composites made of different concrete compositions distinguished from one another by their hydration kinetics and alkalinity were performed before and after accelerated aging. Composites made of concrete with high alkalinity showed dramatic losses of tensile strength and strain capacity. In contrast the mechanical performance of composites whose binders had reduced Portland cement clinker content plus added puzzolana was hardly affected by the accelerated aging. To clarify the mechanisms of degradation, yarn pullout tests were performed on specimens of equal matrix composition and age. Additionally, the morphology of the interphase between matrix and fibre was characterised using direct microscopic examination and analytical methods. The new formation of unfavourably structured products of hydration in the filament‐matrix interphase and/or in the empty spaces between filaments was found to be the main reason for the performance losses observed. The morphology of these hydration products is determined to a great extent by the binder composition. Under unfavourable conditions corrosion of AR‐glass can occur as well and lead to distinct composite damage. However, if the formulation of the binder is proper, bulk glass corrosion is of minor importance.     

Aussagekraft von Chloridwerten aus Betonbauwerken hinsichtlich der Korrosionsgefährdung

In diesem Beitrag werden die Einflüsse der Probennahme, der Aufbereitung der Proben sowie der chemischen Analysen auf die Ergebnisse der Chloridwerte dargestellt. Des Weiteren wird auf die Parameter, die die Chloridkorrosion der Bewehrung beeinflussen, Bezug genommen. Die Missverständnisse hinsichtlich “kritischer Grenzchloridwerte” werden erörtert. Zum Schluss wird der Umgang mit den Chloridwerten und der Korrosionsgefährdung der Bewehrung unter Berücksichtigung der maßgebenden Parameter aus Sicht des Sachverständigen dargelegt. Significance of Chloride Contents in Concrete Structures in Terms of Corrosion Risk This report illustrates the impact of sampling and the treatment of the samples as well as the chemical analysis on chloride content. Furthermore, parameters that influence chloride corrosion are discussed. Misunderstandings concerning critical chloride content are also clarified. Finally, the handling of chloride content, impacting parameters and the possibility of corrosion are demonstrated from an expert perspective.     

Rissbildung und Zugtragverhalten von mit Fasern verstärktem Stahlbeton am Beispiel ultrahochfesten Betons

Wegen des Problems möglicher Inhomogenitäten der Faserverteilung/‐ orientierung ist der Einsatz von Fasern als alleinige Bewehrung im konstruktiven Ingenieurbau auf wenige Anwendungsgebiete beschränkt (z. B. Aufnahme von Zwangbeanspruchungen). Unter Zugbeanspruchung lässt sich zudem mit den in der Praxis für normalfeste Betone gebräuchlichen Fasergehalten nach der Erstrissbildung kaum ein verfestigendes Verhalten erzielen. Kombiniert man jedoch Stabstahlbewehrung und Faserbewehrung zu einem stahlfaserverstärkten Stahlbeton, so addieren sich die Vorteile beider Verbundwerkstoffe gleichermaßen. Besonders bei erhöhten Anforderungen an die Rissbreite (Größenordnung: unter 0, 1 mm) kann durch gemischte Bewehrung aus Stabstahl und Fasern eine wesentliche Verbesserung gegenüber Stahlbeton erzielt werden. Im Teil 1 dieses Beitrags wurden die für das Verständnis der unterschiedlichen Wirkungsweisen der beiden Bewehrungselemente “Stabstahl” und “Fasern” erforderlichen mechanischen Zusammenhänge dargestellt. Im Teil 2 erfolgt eine Überprüfung der abgeleiteten Beziehungen anhand experimenteller Untersuchungen an gemischt bewehrten Zugelementen aus ultrahochfestem Beton (UHPC). Für UHPC erreicht die Thematik besondere Aktualität, da aus Gründen der Duktilität der Einsatz von Fasen bei diesen Betonen die Regel ist. Der Nachweis der Begrenzung der Rissbreite bei kombinierter Bewehrung wird zudem an zwei Rechenbeispielen veranschaulicht. Crack Formation and Tensile Behaviour of Concrete Members Reinforced with Rebars and Fibres exemplified by Ultra‐High‐Performance Concrete. Part 2: Experimental Investigations and Examples of Application Due to the problem of possible inhomogeneities of fibre distribution/orientation the use of fibres as sole reinforcement is limited in engineering practice to few applications (e. g. coverage of stresses due to constraints). In addition, it is hardly possible to obtain strain hardening after first crack formation with fibre contents commonly used for normal strength concretes. However, if steel fibre reinforcement is used in combination with bar reinforcement, the advantages of both components are additive in the composite material. Especially for enhanced requirements concerning the crack width (order of magnitude: 0.1 mm), with combined reinforcement of rebars and fibres an essential improvement compared to reinforced concrete can be achieved. In part 1 of this contribution the mechanical relationships required for the understanding of the different behaviours of the two reinforcing elements “rebars” and “fibres” have been presented. In part 2 the derived relationships are validated on the basis of experimental investigations on tensile members with combined reinforcement made of ultra‐high‐performance concrete (UHPC). For UHPC the topic is of special interest, because fibres are added to these concretes generally to improve ductility. The crack width control with combined reinforcement is furthermore illustrated by means of two examples.     

Raumakustische Zielgrößen und Maßnahmen zur Optimierung der kognitiven Leistungsfähigkeit sowie des akustischen Komforts in Mehrpersonenbüros

Lärm zählt zu den häufigsten Quellen von Beschwerden an Büroarbeitsplätzen. Insbesondere Gespräche von Mitarbeitern werden als störend erlebt. Darüber hinaus beeinträchtigt Bürolärm die Leistungsfähigkeit und das Befinden der Angestellten. Richtlinien und Normen berücksichtigen kaum die besondere Bedeutung sprachlicher Hintergrundgeräusche. Der Speech Transmission Index (STI), ein Maß für die Verständlichkeit von Sprache, wird aktuell als geeignete physikalische Führungsgröße zur Gestaltung offener Büroumgebungen diskutiert. Im Rahmen einer laborexperimentellen Untersuchung wird der Zusammenhang zwischen der Darbietung von Hintergrundschallen mit unterschied licher Sprachverständlichkeit (STI) und der kognitiven Leistungsfähigkeit sowie dem empfundenen akustischen Komfort von Probanden untersucht. Dabei zeigt sich ein starker Zusammenhang zwischen der Sprachverständlichkeit und Maßen kognitiver Leistungsfähigkeit sowie akustischem Komfort. Der STI kann daher als eine geeignete physikalische Führungsgröße zur Gestaltung offener Büroumgebungen betrachtet werden. Room acoustical set values and measures for optimization of cognitive performance and acoustic comfort in open‐plan offices. Noise is among the most frequently mentioned sources of complaint in open‐plan offices. Particularly conversations of colleagues are perceived as being annoying. In addition office noise is known to impair employees’ cognitive performance and wellbeing. Standards and norms hardly account for the special role of background speech. The Speech Transmission Index (STI), a measure of speech intelligibility, is assumed to be a suitable physical set value for the acoustical design of open‐plan offices. The results of a laboratory experiment are presented investigating the relationship between presentation of background speech varying in STI and cognitive performance as well as perceived acoustic comfort. A strong relationship between speech intelligibility and cognitive performance as well as acoustic comfort is found. Therefore the STI can be assumed to be a suitable physical set value for the acoustic design of open‐plan office.     

Anforderungen an die Wärmedämmung der Gebäudehülle: ein Vergleich zwischen EnEV 2009 und EnEV 2007

Im Hinblick auf die Anforderungen an die Dämmung der Gebäudehülle hat sich ein Wechsel der Bezugsgrößen und Abhängigkeiten von der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2007 zur EnEV 2009 vollzogen. Deshalb ist ein direkter Vergleich der beiden Vorschriften, zumindest bei Neubauten, nicht ohne weiteres möglich. Im folgenden Artikel wird die Möglichkeit eines allgemein gültigen Vergleichs der beiden Anforderungsniveaus untersucht. Daraus lassen sich für den Planer Schlüsse im Hinblick auf die Einhaltung der Anforderungen und deren Auswirkung auf den Entwurf und die Konstruktion ziehen. Abschnitt 1 behandelt dabei den Neubau von Wohngebäuden, Abschnitt 2 den Neubau von Nichtwohngebäuden und Abschnitt 3 die Bestandsgebäude. Comparison of the heat insulation requirements for building envelopes between EnEV 2007 and EnEV 2009. The heat insulation requirements for building envelopes depending on reference values and various conditions have been changed from EnEV 2007 (German Building Energy Conservation Ordinance) to EnEV 2009. Therefore, a direct comparison of both regulations is not possible, especially for new buildings. In this article the possibility of a generally valid comparison of both requirement levels is examined. Conclusions for the design of residential buildings, commercial buildings and refirbishment of existing buildings are given.     

Über die Querkrafttragfähigkeit des Betongurts von Verbundträgern im Bereich von großen Stegöffnungen

Wird bei Stahlverbundträgern der Steg des Stahlträgers durch große Öffnungen geschwächt, übernimmt in diesem Bereich der Betongurt einen Großteil der Querkraft. Die Analyse des sich dabei einstellenden Lastabtragungsmechanismus und die Ermittlung der Querkrafttragfähigkeit des Betongurts waren die Hauptthemen eines am Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion der Technischen Universität Kaiserslautern durchgeführten Forschungsprojektes, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wurde. Im folgenden Teil 1 des Aufsatzes werden die umfangreichen experimentellen und rechnerischen Untersuchungen und deren Ergebnisse dargestellt, wobei der Lastabtragungsmechanismus und die Versagensformen im Öffnungsbereich im Vordergrund stehen. Im Teil 2, der im nachfolgen Aprilheft erscheint, wird das darauf basierende Nachweiskonzept für den Betongurt vorgestellt. On the Shear‐Bearing Capacity of the Concrete Slab of Composite Beams in the Region of Large Web Openings – Part 1: Experimental und Numerical Investigations If the web of a composite beam is weakened by a large opening, the concrete slab carries most of the shear force in this region. The analysis of the load bearing mechanism and the determination of the shear‐bearing capacity were the main topics of a research project which was carried out at the Technical University of Kaiserslautern and was supported by the German Research Foundation (DFG). In the following part 1 of the report, the extensive experimental und numerical investigations as well as their results are presented. Special attention is paid to the load carrying mechanism and the failure modes. In part 2, which will follow in the April issue, the according concept for the design of the concrete slab is presented.     

Bemessungs‐ und Ausführungshinweise für Aufbeton auf Brückenfahrbahnplatten

Durch die ständige Erhöhung der Verkehrsbelastungen in den letzten Jahrzehnten und durch die Verwendung moderner Fahrzeugrückhaltesysteme sind ältere Brücken häufig nicht mehr in der Lage, ohne Verstärkungsmaßnahmen den Anforderungen des modernen Straßenverkehrs zu genügen. Eine bewährte Methode, die Tragfähigkeit einer Brücke zu erhöhen, besteht darin, auf das entsprechend vorbehandelte Rohtragwerk eine bewehrte Platte, welche mit dem Bestand kraftschlüssig verbunden ist, zu betonieren. Für die Bemessung sind der Eurocode und die in den europäisch technischen Dübelzulassungen (ETA) angegeben Bemessungsvorschriften (ETAG, TR, ...) anzuwenden. Der Anwender steht vor einer Fülle von breit gefächerten Wahlmöglichkeiten innerhalb dieser Vorschriften. Auf Basis der Erkenntnisse von mehreren Versuchsprogrammen gibt in Österreich die RVS 15.02.34 Anweisungen für die Fugenvorbereitung, die Rezeptur und den Einbau des Aufbetons und für die zugehörige Interpretation des Eurocodes und der Dübelbemessungsvorschriften bei der Bemessung der Schubfuge. Design and Detailling of Concrete Overlays Due to a permanent increase of traffic loads during the last decades and due to installation of modern vehicle restraint systems older bridges are often overloaded and thus have to be strengthened. Casting a concrete overlay on the existing structure is a state of the art method in order to increase the bearing capacity. The key is to prepare the interface in a way that no slip will occur between old and new concrete when forces are transferred over the interface. Mandatory for designing the concrete overlay is the Eurocode and in the European Technical Approvals (ETA) for dowels referred design guidelines (ETAG, TR, ...). However, the designer has to choose within a lot of options. On the basis of several research programs the RVS 15.02.34 gives recommendations for the preparation of the old concrete, the composition of the new concrete, casting and curing as well as choosing the associated options of the Eurocode within the structural design and detailing of the interface.     

Tragverhalten an Gurtdickensprüngen geschweißter Biegeträger

Gurtdickensprünge und Zusatzlamellen zählen zu den stahlbaulichen Standardausführungen zur Anpassung der Biegetragfähigkeit von Brückenträgern an veränderliche Momentenverläufe. Durch die lokale Steifigkeitsänderung im Querschnitt entstehen an solchen Verstärkungen Zusatzbeanspruchungen, welche durch die klassische baustatische Behandlung nach der Balkentheorie nicht im Detail erfasst werden können. Im Beitrag wird zum einen gezeigt, dass in den Halsnähten zwischen Steg und Gurtblech hohe lokale Schubbeanspruchungen sowie Querbeanspruchungen – auch in Stegebene – entstehen. Zum anderen entstehen in den Gurtblechen zufolge der Exzentrizität der Gurte lokale Biegebeanspruchungen in erheblicher Größe. Des Weiteren hat dies im Druckbereich auch Auswirkungen auf die lokale Beulstabilität. Obwohl diese Effekte grundsätzlich seit langem bekannt sind, hat deren korrekte Erfassung in den letzten Jahren zufolge der Tendenz zur Verwendung deutlich dickerer und breiterer Gurtbleche – bei gleichzeitiger Zunahme der verwendeten Stahlfestigkeiten und Ausnutzungsgrade – stark an Bedeutung gewonnen. Da jedoch die genannten Effekte in der praktischen baustatischen Berechnung üblicherweise nur pauschal erfasst werden können, wird anhand konkreter Beispiele ein realistisches Bild der tatsächlich auftretenden Beanspruchungen und der sich daraus ergebenden Konsequenzen auf die Gebrauchstauglichkeit, Ermüdungs‐ und Beulfestigkeit der Bauteile gegeben. Load carrying behaviour at flange thickness transitions in welded girders. Flange thickness transitions and cover plates constitute two of the most common constructional details used to adapt the flexural resistance of bridge girders to variable bending moment distributions. The sudden change of stiffness distribution within the cross‐section at these details causes additional local forces and stresses that cannot be properly taken into account by classical beam‐theory calculations. The study presented in this paper shows that on the one hand, the longitudinal welds between web and flange plates are subjected to additional longitudinal shear forces, as well as transversal forces in the web plate's plane. On the other hand, the usually eccentric disposition of the flange plates causes considerable local bending stresses in these plates. The latter also affects the buckling strength of the flange plates when these are loaded in compression. Although these effects have been known in principle for some time, their correct inclusion in practical calculations has gained significance over the last years due to the prevailing trend towards the use of thicker plates of higher steel grades designed with higher stress utilizations. The inclusion of these effects in current design procedures is, at present, treated with rather pragmatic approaches; therefore, the objective of this paper is to illustrate the realistic stresses in flange thickness transitions by means of case studies, and to discuss the effects that these stresses have on the serviceability, fatigue and buckling strength of the girders.     

Erdbebenertüchtigung des Feuerwehrgebäudes in Basel durch schwimmende Lagerung

Kürzlich wurde das Hauptgebäude der Berufsfeuerwehr Basel‐Stadt aus dem Jahre 1943 auf spezielle Erdbebenlager aus Gummi und auf Gleitlager gestellt. Es handelt sich um die erste derartige Erdbebenertüchtigung eines bestehenden Gebäudes nördlich der Alpen. Im Vergleich zu einer konventionellen Verstärkung waren die Baukosten bedeutend geringer, und es war keine temporäre Ausquartierung des Betriebes in ein teures Provisorium erforderlich. Zudem ist die resultierende Erdbebensicherheit erheblich größer und die Schadensanfälligkeit bei schweren Erdbeben wesentlich geringer als es bei einer konventionellen Verstärkung der Fall wäre. Seismic upgrading of the fire brigade building in Basel by base isolation. Recently, the main building of the professional fire brigade of the city and canton Basel‐Stadt built in the year 1943 was placed on special seismic elastomeric bearings and on sliding bearings. This is the first such seismic upgrading of an existing building in the north of the Alps. Compared to a conventional strengthening the buildingcosts were significantly smaller, and no temporary transfer of the operation into an expensive provisional building was necessary. Moreover, the resulting seismic safety is considerably higher and the vulnerability to a severe earthquake essentially smaller than in case of a conventional strengthening.     

Europäische Ansätze für Energieeffizienz‐Monitoring auf der Basis von Energieausweis‐Daten

Das DATAMINE‐Projekt wurde angesichts des Bedarfs nach konkreten Daten über den tatsächlichen energetischen Zustand des europäischen Gebäudebestands und die bestehenden Potentiale zur Energieeinsparung und CO2‐Emissionsminderung ins Leben gerufen. Diese Daten sollen längerfristig helfen, das politische Instrumentenbündel (ordnungsrechtliche, steuerliche, Förder‐Maßnahmen, Informationsvermittlung) so zu gestalten, dass es wirkungsvoll und kosteneffizient ist. Entsprechend dem DATAMINE‐Konzept basieren die Informationen auf Energieausweisen, die gemäß EU‐Gebäuderichtlinie ausgestellt werden, sobald ein Gebäude gebaut, verkauft oder vermietet wird. Im Rahmen des DATAMINE‐Projekts wurden in zwölf Ländern Feldversuche mit größeren Gebäudedaten‐Sammlungen durchgeführt, jeder mit unterschiedlichen Analysezielen. Dabei nutzte jedes Land die gleiche Datenstruktur für die Sammlung seiner Energieausweis‐Daten, die im Vorfeld gemeinsam entwickelt worden war. Diese lässt sich auf die verschiedenen Zertifizierungssysteme anwenden, die die europäischen Länder auf Grund der Unterschiede in Informationsbedürfnissen, Gebäudearten und Klima entwickelt haben. Rund 19.000 Datensätze wurden im gemeinsamen DATAMINE‐Format gesammelt. In einem Ländervergleich konnten verschiedene Energieeffizienz‐Indikatoren gegenübergestellt werden. Das Ergebnis der Analysen ergibt einen genaueren Einblick in den aktuellen Stand der energetischen Modernisierung spezifischer Gebäudegruppen in den beteiligten Ländern. Schließlich wurden Schlussfolgerungen in Bezug auf die Entwicklung von Monitoringsystemen in jedem Land und auf EU‐Ebene gezogen. European attempt at energy performance monitoring based on data collections and certification schemes. The launch of the DATAMINE project has been driven by the need for concrete data on the actual energy performance of the European building stock as well as the potential energy savings and CO₂ reductions. In the longer term data can help develop tailored, cost‐efficient complementary measures to energy performance legislation, such as soft loans and tax incentives. DATAMINE aims to construct a knowledge base using the information on the energy performance certificates issued when buildings are constructed, sold or rented. In the framework of DATAMINE test projects were carried out on large samples of buildings in 12 countries, each with individual monitoring targets. In each country the same data structure was used for data collection which had been developed at the forefront. Full allowance is made for the Europe‐wide differences in certification schemes, since each country has a scheme tailored to its specific needs, building stock and climate. Around 19,000 datasets have been collected in the common DATAMINE format. Cross‐country analysis of the collected data was performed comparing different energy performance indicators. The result of the evaluation activities gives a clearer insight into the current state of refurbishment of specific building subsets in each country. Finally conclusions were drawn regarding the development of monitoring systems in each country and on EU level.     

Zwischen Genie und Utopie – Johann Wilhelm Schwedlers vergessener Alternativentwurf für die erste Kölner Rheinbrücke

Im Wettbewerb um den Bau der ersten Kölner Rheinbrücke erhielt der junge Berliner Ingenieur Johann Wilhelm Schwedler den Ersten Preis für einen Hängebrücken‐Entwurf, der auf einer Planung seines Bruders aufbaut und sich eng an die Vorgaben der Ausschreibung hielt. Da aber schnell klar wurde, dass die verlangte Hängebrücke mit Schifffahrtsöffnung den stetig wachsenden Anforderungen an eine Eisenbahnbrücke nicht genügen konnte, schuf Schwedler kurz darauf einen Alternativentwurf, bei dem er die Fahrbahn an abgestumpft linsenförmigen Trägern aufhing. Dieser Entwurf, der bisher unbekannt war und erst im Jahre 1900 publiziert wurde, steht in engstem Zusammenhang mit Schwedlers bahnbrechender, ebenfalls zunächst kaum wahrgenommenen Publikation der “Theorie der Brückenbalkensysteme” von 1851. In Köln entschied man sich 1853/54 für den Bau einer Gitterträgerbrücke nach dem Vorbild der Dirschauer Weichselbrücke. Als Schwedler Jahrzehnte später genau dort seinen letzten Großbau ausführen konnte, nahm er die Kölner Entwürfe auf; in statisch aktualisierter Form bildeten sie ein Dokument des Fortschritts im Brückenbau und ein gebautes Manifest zugunsten der theoretisch‐wissenschaftlich fundierten Ingenieurbaukunst, an deren Durchsetzung Schwedler maßgeblich beteiligt war. Of vision and genius – The forgotten alternative design by Johann Wilhelm Schwedler for the first Rhine Bridge at Cologne, Germany. The competition on the first Rhine crossing was won, with a suspension bridge construction, based on his brother's preparatory designs and closely following the rules, by young engineer Johann Wilhelm Schwedler from Berlin. But it soon became clear that the bridge, including an opening section, could not cope with the constantly rising demands of railway traffic, and Schwedler created an alternative design, consisting of lenticular trusses with a suspended track. This design, hidden for al long time and published only once in 1900, is closely linked with Schwedler's groundbreaking, but also first neglected publication on the “Theory of Bridge Truss Systems” in 1851. Some years later, a lattice truss bridge was built at Cologne, following the Weichsel bridge at Dirschau (1850–55). Decades later when Schwedler got the chance to build another large size bridge right there, he returned to the Cologne design of 1850. Structurally modernized, he made it a document to progress in bridge building and a manifesto for an Art of Engineering based on science and theory, the success of which was not to a small extent the work of Schwedler.     

Einheit von Wissenschaft und Kunst im Brückenbau: Hellmut Homberg (1909–1990) – Leben und Wirken (Teil I)

Am 5. September 2009 wäre Hellmut Homberg einhundert Jahre alt geworden. Dies ist Anlass, an sein vor allem den Brückenbau bereicherndes Wirken zu erinnern und ein, wenn auch nicht vollständiges, Werkverzeichnis zu erstellen. Das gilt sowohl für die unter seiner maßgebenden Mitwirkung entworfenen Brücken als auch für seine völlig neuartigen, die statischen Berechnungen in der Praxis erleichternden, streng theoretisch hergeleiteten und eine zutreffende Bemessung der Kreuzwerke und orthotropen Fahrbahnplatten ermöglichenden Tafel‐ und Tabellenwerke. Teil I schildert Homberg s beruflichen Weg und versucht, ein Porträt zu zeichnen; Teil II ist seinen theoretischen Untersuchungen gewidmet, und Teil III geht auf besondere Brücken ein, und. Harmony between science and art in bridge‐building: Hellmut Homberg (1909–90) – life and work (part I). Hellmut Homberg would have been 100 years old on 5 September 2009. This is an opportunity to look back on his work which so enriched the world of bridge‐building in particular, and also a chance to compile a catalogue of his work, albeit incomplete. This applies to the bridges in which he played an influential role in their design and also to his books of mathematical and design tables that enabled the accurate design of beam grids and orthotropic bridge decks. The tables with their rigorous theoretical background were at the time quite new and eased structural calculations in everyday practice. Part I describes Homberg's professional career and attempts to draw a portrait of the man; part II is devoted to his theoretical studies, and part III deals with particular bridges.     

Exakte U‐Werte von Stahlbeton‐Sandwichelementen

Zur genauen Ermittlung der Wärmeverluste über die Hüllfläche eines Gebäudes unter stationären Randbedingungen ist — neben anderen Kennwerten — die möglichst exakte Bestimmung der Wärmedurchgangskoeffizienten (U‐Werte) der Fassadenflächen notwendig. Für Fassaden aus Stahlbeton‐Sandwichelementen ist der U‐Wert dabei aus den homogenen Einzelschichten in Verbindung mit den zusätzlichen Wärmeverlusten infolge der systembedingt vorhandenen Anker‐ und Fugensysteme zu bestimmen. üblicherweise werden dazu vereinfacht Pauschalzuschläge angenommen, die zwar das Berechnungsverfahren deutlich vereinfachen, jedoch zu verfälschten Ergebnissen und in der Regel darüber hinaus auch zu ökonomisch ungünstigen Ergebnisse führen. Vor diesem Hintergrund wird im Folgenden ein praxistaugliches Berechnungsverfahren vorgestellt, das die genaue Erfassung der Wärmeverluste aus Anker‐ und Fugensystemen sowohl für individuelle Elementkonfigurationen als auch für beliebig gestaltete Fassaden ermöglicht und damit zu exakten U‐Werten führt. Precise U‐values of precast concrete sandwich panels. For the exact determination of the heat losses over the building envelope with static boundary conditions it is necessary to determine — besides other parameters — the thermal transmittance (U‐value) of the exterior walls as accurate as possible. The U‐value of precast concrete sandwich panels is quantified on the one hand out of the homogeneous layering of the three sandwich components and on the other hand out of the additional thermal losses of different anchor and joint systems. Usually simplified additions are assumed, which obviously simplify the computation method but generally lead to economically unfavorable results. With this in mind, a practice‐suited computation method is presented which enables the exact examination of additional heat losses for anchor and joint systems for individual element configurations as well as the whole facade system and therefore leads to accurate U‐values.     

Erhöhung der Verbundtragfähigkeit von aufgeklebten CFK‐ oder Stahl‐Lamellen auf Stahlbetonkonstruktionen durch Bügelumschließungen

Bei Bauteilverstärkungen mit CFK‐Lamellen ist nach geltender Zulassung das Lamellenende durch eine äußere Umschließung durch Stahlbügel oder CF‐Gelege gegen eine Lamellenentkopplung (LEK) zu sichern. Durch die Entkopplungsbehinderung der Umschließung wird bei beginnender LEK ein passiver (selbstinduzierter) Anpressdruck aufgebaut, der eine traglaststeigernde Wirkung hat. In einem durch die DFG geförderten Forschungsvorhaben wurde die Traglaststeigerung durch unterschiedliche Umschließungsmaterialien und ‐geometrien untersucht und beschrieben sowie für die Bemessung ein Ingenieurmodell entwickelt. Anders als bei einbetonierter Bewehrung tritt bei einer Lamellenentkopplung sowohl eine Längs‐ als auch eine Querverschiebung der Lamelle auf, verursacht durch die anhaftenden Zuschlagskörner in der Klebstofffuge. Wird die abhebende Verschiebung der Lamelle durch Umschließungsbügel behindert, baut sich der passive Anpressdruck auf, was zu einer Steigerung der Lamellenzugkraft infolge der erhöhten Reibung im Riss führt. Es konnte ein direkter Zusammenhang zwischen dem Anpressdruck F_AP und der Lamellenzugkraft F_l gefunden und abgebildet werden. Increase of the Bond Capacitiy of Externally Bonded CFRPor Steel‐plates on RC‐Structures as the Result of External Enclosures Strengthening of concrete structures with externally bonded CFRP‐ or steel‐plates has become a well established strengthening method in many countries. In Germany building authority approvals demand that the end of a plate has to be provided by a glued external enclosure. Glued enclosures are primarily needed in order to increase the shear force capacity of a RC member. It is known, that a transverse enclosure of longitudinal CFRP‐plates has a positive effect on the buckling load of the latter, which is yet completely unknown. The aim of this work is to assess the increase of the buckling load caused by the enclosure. In the paper the dependency between the so‐called self‐induced contact pressure of an external enclosure with steel frames or laminated carbon fiber sheets and the longitudinal force of the CFRP‐ or steel‐plate is shown. The self‐induced contact pressure is the result of the vertical lifting of the plate towards the external enclosure due to the beginning of plate's debonding process. The test results show, that the increase of the plate‐force depends on the type and size of the external enclosure. In some tests up to twice of the ultimate load was optained. An engineering model is presented to take into consideration the effect for dimensioning.     

Zum Durchstanzen von Flachdecken nach Eurocode 2

Die Regelungen zur Durchstanzbemessung im Eurocode 2 basieren im Wesentlichen auf den Modellvorstellungen in Model Code 90, der die Durchstanztragfähigkeit auf die Querkrafttragfähigkeit zurückführt. Nach Versuchsauswertungen ist diese Analogie für punktgestützte Platten jedoch nicht in jedem Fall zutreffend. Insbesondere für bügelbewehrte Platten ist bei der Bemessung nach Eurocode 2 ein Sicherheitsdefizit möglich, und es erscheint eine Anpassung der Bemessungsgleichungen zwingend erforderlich. Dieser Beitrag erläutert die Sicherheitsdefizite und schlägt verbesserte Bemessungsgleichungen vor. Punching of Flat Slabs according to Eurocode 2 The punching shear provisions according to Eurocode 2 are based on the design recommendations in Model Code 90 where no differentiation between shear and punching shear design is made. This approach is not fully confirmed by test results for flat slabs. In particular for flat slabs with stirrups as shear reinforcement some design provisions according to Eurocode 2 do not achieve the required safety level. Therefore adjustments to the design equations seem to be necessary. In this paper the Eurocode 2 provisions are critically reviewed and improved design regulations are proposed.     

Querschnittsberechnung von Stahlbetonstäben

Viele Tragwerke aus Stahlbeton lassen sich mit Hilfe von Stabelementen berechnen. Die Einfachheit der Anwendung eines Stabelements steht im Kontrast zur Komplexität der mechanischen und mathematischen Formulierung. Die gesamte Information des realen Stabkontinuums muss auf ein linienförmiges Element projiziert werden. Dies ist insbesondere bei einer nichtlinearen Berechnung eine große Herausforderung. Gilt die Erfassung der geometrischen Nichtlinearität als gelöst, existiert für die materielle Nichtlinearität bislang noch kein etabliertes, allgemein anerkanntes Verfahren für räumliche Stäbe aus Stahlbeton. Die materielle Nichtlinearität wird im Rahmen der Stabtheorie auf Querschnittsebene erfasst. In einer Querschnittsberechnung wird der Spannungs‐ und Dehnungszustand korrespondierend zu den Schnittgrößen bestimmt. Die Grundidee des hybriden Modells ist die Aufteilung des Querschnitts in Bereiche mit einaxialen bzw. zweiaxialen Spannungs‐ und Dehnungszuständen. Der zweiaxiale Bereich wird durch Membranelemente modelliert und beteiligt sich am Abtrag aller sechs Schnittgrößen, während sich der einaxiale auf die beiden Biegemomente und die Normalkraft beschränkt. Cross‐Sectional Analysis of Reinforced Concrete Beams – A Hybrid Approach Many reinforced concrete structures can be analysed using beam elements. The simplicity of the application of beam elements contrasts the complexity of the mechanical and mathematical formulation. The whole information of the beam continuum has to be projected on an one‐dimensional element. Especially regarding a non‐linear analysis this is a big challenge. The geometrical nonlinearity is regarded as solved. Considering material nonlinearity, however, no established, generally accepted model for spatial reinforced concrete beam elements exists so far. Within beam theory, the material nonlinearity is captured on cross‐sectional level. In a cross‐sectional analysis, the stress and strain state corresponding to sectional forces is determined. The hybrid approach is based on dividing the cross section in areas with uniaxial and biaxial stress and strain states. The biaxial area is modelled by membrane elements and contributes to all six sectional forces. The uniaxial area is restricted to normal force and bending moments.     

Betonplatten unter Stoßbelastung – Fallturmversuche

In dieser Arbeit werden Fallturmexperimente an Stahlbetonplatten vorgestellt, die an der Technischen Universität Dresden durchgeführt wurden. Es wurden dabei Fallhöhen von bis zu 9 m realisiert. Eine Motivation für diese Experimente war es, das Wissen über nachträgliche Verstärkung von Stahlbetonplatten gegen Steinschlag oder harten Fahrzeuganprall zu erweitern und Möglichkeiten einer nachträglichen Struktursicherung näher zu untersuchen. Die experimentelle Zielstellung war daher, den Einfluss von Stoßgeschwindigkeit, unterschiedlichen Verstärkungsarten und Betonfestigkeiten auf das lokale Materialverhalten und globale Tragverhalten von Platten zu untersuchen. Für zwei der insgesamt 15 Platten wurden zusätzlich zur Standardbewehrung Bügel eingebaut, um die Durchstanzfestigkeit der Platten zu erhöhen. Für einen Teil der Versuchsplatten wurden Stahl‐ bzw. Carbontextilien als nachträgliche Verstärkung verwendet. Dabei konnte festgestellt werden, dass eine derartige nachträgliche textile Verstärkung das komplette Durchschlagen des Impaktors verhindert und daher eine wirksame Schutzmaßnahme, beispielsweise für Steinschlaggalerien, darstellt. Concrete Slabs under Impact Load – Drop Tower Experiments Impact experiments on reinforced concrete slabs are presented in this work. In order to analyse the behaviour of concrete under high strain rates, an impact mass was dropped from the maximum height of 9 m onto quadratic concrete slabs with a side length of 1 m. The aim of this work was to enlarge knowledge about subsequent structure protection against rock fall or vehicle impact. With this intention, experimental studies on impact velocity, reinforcement techniques were done to determine the influence to local material behaviour and global structure behaviour. Supplemental steel stirrup reinforcement was added to two of the 15 concrete slabs to increase punching resistance. Subsequent textile reinforcement was applied on six concrete slabs using steel fabric reinforcement as well as carbon fabric reinforcement. As a main result of this study it is shown, that a subsequent textile reinforcement prevents the perforation of the slab. For this reason, textile reinforcement can, for example, be used for protection component in rock fall galleries.