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

Im folgenden Teil 2 wird ein Nachweiskonzept für den Betongurt im Öffnungsbereich vorgestellt. Es basiert auf den im Teil 1 erläuterten Ergebnissen der umfangreichen rechnerischen und experimentellen Untersuchungen. Das Nachweiskonzept sieht entsprechend den verschiedenen im Versuch beobachteten Versagensarten drei Querkraftnachweise für den Betongurt vor, wobei die Querkrafttragfähigkeiten in Anlehnung an die bekannten in DIN 1045‐1 angegebenen Formeln nachgewiesen werden. Damit kann auch die festgestellte lokale Wirkung der Kopfbolzendübel als Querkraftbewehrung berücksichtigt werden. Die Ermittlung der einwirkenden Querkräfte des Betongurts erfolgt anhand der Steifigkeiten des oberen und unteren Teilträgers und der Steifigkeit des Betongurts. On the Shear‐Bearing Capacity of the Concrete Slab of Composite Beams in the Region of Large Web Openings – Part 2: Design Concept In part 2 of the report, a concept for the design of the concrete slab in the region of web openings is presented. It is based on the results of the extensive experimental und numerical investigations which are described in. Resulting from the different occurring failure modes of the concrete slab, three critical shear‐bearing capacities have to be considered. These shear‐bearing capacities are calculated according to the formulas of DIN 1045‐1. In this way, the effect of the headed studs acting as local shear reinforcement can be included. The shear forces of the concrete slab are calculated depending on the stiffness of the top and bottom chord, as well as by the stiffness of the concrete slab.     

Versuche zur Tragfähigkeit von Ankerplatten mit einbetonierten Kopfbolzendübeln in schmalen Stahlbetonstützen

Müssen große Lasten von Stahl‐ in Betonbauteile eingebracht werden, sind Ankerplattendetails mit aufgeschweißten Kopfbolzendübeln oft praktikable Lösungen. Dies gilt auch für die Befestigung von Stahlträgern an Stützen aus Stahlbeton. Hier können die Ankerplatten z. B. bauseits an der Schalung befestigt und mit dem Ortbeton einbetoniert werden. Die Dimensionierung dieser Einbauteile kann, wie auch die Berechnung von nachträglich installierten Befestigungsmitteln, derzeit nach Europäischen Technischen Zulassungen (ETA) erfolgen. Im Unterschied zu nachträglich installierten Befestigungen ist für die Ankerplatte mit einbetonierten Kopfbolzendübeln eine rechnerische Nutzung der Tragfähigkeit der Bewehrung möglich. Allerdings führen die diesbezüglichen Regelungen – im Vergleich zu den in den Versuchen ermittelten Tragfähigkeiten – rechnerisch zu stark eingeschränkten Tragfähigkeiten. Dies beruht einerseits auf der Reduktion der Tragfähigkeit wegen geringer Randabstände und andererseits auf der stark eingeschränkten Nutzbarkeit der Bewehrung. Im folgenden Beitrag werden Versuchsergebnisse vorgestellt, welche den Einfluss der Betondruckfestigkeit, der Verankerungslänge, der Lastexzentrizität sowie der Bewehrungsmenge und ‐position auf das Versagensgeschehen und die Tragfähigkeit zeigen. Results of Experimental Investigations on the Load‐Bearing Capacity of Steel Anchor Plates with in Concrete Encased Headed Studs in Reinforced Narrow Concrete Columns Anchor plates with welded shear studs are often used to transfer high loads from steel to reinforced concrete elements. This is for example the case for the fixation of steel beams to reinforced concrete columns. The anchor plates are fixed on site on the formwork and cast in‐place in the concrete. The design is calculated according to European Technical Approvals like the design of post‐installed anchors. In contrast to post‐installed fastenings, the utilisation of the reinforcement of in concrete encased headed studs is theoretically possible. But the regulations of the ETAs lead to great reductions in the analysed load‐bearing capacities compared to the capacities, obtained in tests. These tests have been conducted to investigate the load bearing behaviour and failure modes of anchor plates, especially in narrow reinforced concrete columns. In the following article the results of the experimental investigations are presented, which show the influence of concrete compression strength, shear stud length, load eccentricity as well as amount and position of reinforcement.     

Berechnung des Abhebens von verankerten Flüssigkeitsbehältern unter Erdbebeneinwirkung

Die horizontalen Einwirkungen aus Erdbeben können bei Flüssigkeitsbehältern zum Abheben des Bodenblechs führen. Damit verbunden sind zusätzliche Axialkräfte in der gegenüberliegenden Behälterwand und Verformungen des Bodenblechs. Insbesondere die Verdrehungen des Bodenblechs sind oftmals kritisch für den Nachweis der Erdbebensicherheit. Verankerungen können das Abheben wirkungsvoll begrenzen, wobei z. B. Ringfundamente oder Mikropfähle die in den Ankerbolzen auftretenden Zugkräfte aufnehmen. Im vorliegenden Beitrag wird die Wirkung der Verankerung am Gesamtsystem von Behälterwand und Bodenblech untersucht. Dieses wird mit ebenen FE‐Schalenelementen unter Berücksichtigung nichtlinearen Materialverhaltens für die Ankerbolzen modelliert. Der dynamische Druck des verankerten Behälters aus horizontaler Erdbebenanregung wird inkrementell als statische Last aufgebracht und mit dem statischen und dynamischen Flüssigkeitsdruck aus vertikaler Erdbebenanregung überlagert. In jedem Lastschritt wird iterativ das Abheben des Tankbodens berechnet. Die Ergebnisse werden den Angaben des EC 8, Teil 4, Anhang A gegenübergestellt. Uplift analyses of anchored liquid storage tanks under earthquake excitation. Horizontal earthquake excitations may lead to an uplift of the base plate of liquid storage tanks. The uplift results in additional axial forces on the opposite site of the tank wall and rotational deformations in the base plate. Especially the rotation of the tank base plate is critical for the verification of the earthquake resistance. Anchorages can effectively restrict the uplift while ring foundation or piles bear the appearing tensile forces. In the present paper the effect of anchorages is analysed on the overall system of tank wall and base plate. The tank shell is modelled by flat shell elements. The anchor bolts are considered as spring elements with nonlinear material behaviour. The dynamic pressure of the anchored tank due to horizontal excitation is applied incrementally to the tank shell. The uplift and the material nonlinearity are considered by iterative calculations at every load step. The results are compared with the specifications of EC 8, part 4, appendix A.     

Ein elasto‐plastisches Materialmodell zur realistischen Berechnung der Verformungen mechanisch überhöhter Stahl‐ und Verbundträger

Zur anteiligen Kompensation der Verformungen von Stahl‐ und Verbundträgern werden diese häufig überhöht eingebaut. Wird die Überhöhung durch eine mechanische Beanspruchung (Boxen) aufgebracht, so besitzt der Stahlträger bereits im Einbauzustand plastische Dehnungen. Wie von Grages in [3] gezeigt, führt dies bei der Rückbelastung zu einer Abnahme der Steifigkeit. Dieses Phänomen ist auch als Bauschinger‐Effekt [2] bekannt und kann bei praktischen Verformungsberechnungen zu einer Unterschätzung der tatsächlich auftretenden Deformationen führen. In dem aktuellen Aufsatz wird ein ratenunabhängiges elasto‐plastisches Materialmodell mit linearer und nichtlinearer isotroper sowie nichtlinearer kinematischer Verfestigung vorgestellt, welches eine realistische Abschätzung der Verformungen erlaubt. Das gezeigte Materialmodell ist durch die geringe Anzahl an Eingangsparametern sehr einfach anwendbar. Eine gezielte Anpassung der einzelnen Parameter wird in anschaulicher Form dargestellt. Die Qualität des Modells wird anhand der Nachrechnung von in [3] durchgeführten Versuchen überprüft. An elasto‐plastic material model for realistic calculation of the deformations of mechanical cambered steel‐ and composite girders. Steel and composite girders are often cambered before they are embedded into structures to compensate deflections. In case of a mechanical pre‐deformation via a hydraulic press the steel girder contains plastic strains before assembly. As shown by Grages [3] this leads to a reduction of stiffness and strength during reverse loading. This phenomenon is also known as the Bauschinger‐Effect [2] and may lead to an underestimation of the real deformation during a structural analysis. In this paper a rate‐independent elastoplastic material model with linear and nonlinear isotropic as well as nonlinear kinematic hardening is introduced which allows a realistic estimation of deformations. The material model presented can be easily applied due to its low number of parameters. A straightforward algorithm to adjust the single parameters is described. The quality of the model is verified by a recalculation of experimental data from [3].     

Entwicklung eines baupraktischen Näherungsverfahrens zur Beurteilung der Zuverlässigkeit von Massivbrücken auf der Grundlage der Ergebnisse von Bauwerksüberprüfungen

Im vorliegenden Teil 2 des Beitrags wird die Entwicklung des baupraktischen Näherungsverfahrens für die Beurteilung der Zuverlässigkeit von Massivbrücken im Rahmen der RI‐EBW‐PRÜF vorgestellt. Wesentlicher Inhalt ist dabei die Modellierung der Modellunsicherheit Bauwerksprüfer, da die Bewertung der Mängel und Schäden an einem Brückenbauwerk durch den jeweiligen Bauwerksprüfer einen entscheidenden Einfluss auf die Zustandsbewertung hat. Zudem wird auf die Dimensionsanalyse von Grenzzustandsfunktionen näher eingegangen, da damit bei geschickter Normierung eine allgemein gültige Anwendung des Verfahrens erreicht werden kann. Die Anwendung des Verfahrens erfolgt mit einem Software‐Tool, das abschließend vorgestellt wird. In Teil 1 des Beitrags wurden die Grundlagen des Verfahrens sowie die Entwicklung der veränderten stochastischen Material‐ und Geometrieparameter infolge Schädigung behandelt. Development of an Approximation Procedure for a Structural Reliability Assessment of Reinforced Concrete Bridges on the Basis of the Results from Bridge Inspection Part 2 of the paper shows the development of the approximation procedure for the reliability assessment of reinforced concrete bridges according to RI‐EBW‐PRÜF. An essential part of this is the development carried out by the model uncertainty bridge inspector, as the respective bridge inspector's individual assessment of the damage of a bridge has a decisive influence on the condition evaluation. Furthermore, the dimensional analyses of ultimate limit states are shown, as the general use of the developed methodology can be achieved with an ingenious standardization. The application of the procedure with the developed software tool is presented in conclusion. Part 1 of the two papers describes the basics of the methodology and shows the development of the stochastic models for the material and geometry parameters which have changed as a result of damage.     

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.     

Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonträgern

Auch nach vielen Jahren teilweise intensiver Forschung wird die Bestimmung des Querkraftwiderstands von Stahl‐ und Spannbetonträgern in der Fachwelt weiterhin rege diskutiert. Dies liegt einerseits an der Komplexität des Problems, andererseits an der Weiterentwicklung von Bauweisen und Baustoffen sowie den veränderten Fragestellungen. Im vorliegenden Beitrag wird ein dreistufiges Vorgehen präsentiert, das die Bemessung, die Überprüfung und die detaillierte rechnerische Beurteilung von Bauteilen unter Querkrafteinwirkung umfasst. Im Zentrum stehen die Verallgemeinerten Spannungsfelder, die sich insbesondere für die vertiefte Untersuchung und die generelle Überprüfung eines Tragwerks eignen. Die entsprechenden Festlegungen sind durch Versuche gut abgesichert und so aufbereitet, dass sie sich für die Anwendung in der Ingenieurpraxis eignen. Die auf dieser Grundlage ermittelten Querkraftwiderstände werden denjenigen nach den Normen DIN 1045‐1 und Eurocode 2 gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass eine Überprüfung der Normvorschriften angebracht wäre. Generell soll der Beitrag zur Diskussion und weiteren Entwicklung der nationalen und internationalen Normen beitragen. Shear Strength of Structural Concrete Beams Even after many years of in‐depth research, the determination of shear strength of structural concrete beams is still in discussion. The reasons for that are, on the one hand, the complexity of the problem and, on the other hand, further developments of structural systems and building materials as well as new questions arising from the evaluation of existing structures. In this contribution a structured procedure including design, detailed analysis and elaborate assessment of structural concrete members subjected to shear is presented. The focus is on the Generalized Stress Field Approach which particularly enables a profound analysis and a general evaluation of a structure. The corresponding definitions are well supported by experimental results and arranged to be easily used in practical application. Shear strengths calculated on the basis of this method are compared to results according to DIN 1045‐1 and Eurocode 2. It shows that a re‐evaluation of the code provisions is well appropriate. Basically, this contribution may be regarded as a contribution to the discussion about the development of national and international codes.     

Grundlagen und Entwicklung von stochastischen Modellen zur Beurteilung der Schädigung von Massivbrücken auf der Grundlage der Ergebnisse von Bauwerksüberprüfungen

In zwei Beiträgen wird ein auf der Zuverlässigkeitstheorie basierendes probabilistisches Verfahren für eine schnelle Bewertung der Tragfähigkeit eines geschädigten Stahlbetonbrückenbauwerks vorgestellt. Es ersetzt keine statische Nachberechnung, unterstützt jedoch den Bauwerksprüfer noch während der Prüfung gemäß DIN 1076 und lässt eine schnelle Entscheidung über die Art und Weise einer ggf. erforderlichen Nutzungseinschränkung noch vor einer Nachberechnung zu. Mit dem Verfahren ist es möglich, eine verbesserte Bewertung über die Auswirkung von Schäden und Mängeln an Stahlbetonbrücken auf deren Tragfähigkeit im Rahmen einer handnahen visuellen Bauwerksprüfung zu erreichen. Teil 1 behandelt die Grundlagen des Verfahrens sowie die Entwicklung der veränderten stochastischen Material‐ und Geometrieparameter infolge Schädigung. In Teil 2 wird die Modellunsicherheit “Bauwerksprüfer” sowie das baupraktische Näherungsverfahren für eine Anwendung im Rahmen der RI‐EBW‐PRÜF vorgestellt. Basics and Development of Stochastic Models for a Structural Reliability Assessment of Reinforced Concrete Bridges on the Basis of the Results from Bridge Inspection A probabilistic method based on the reliability theory allows a quick assessment of the load bearing capacity of damaged reinforced concrete bridges. The aim is to support the bridge inspection engineer during the bridge inspection according to DIN 1076 and not to replace a static recalculation. It should allow a quick decision as to whether or not a restriction of the crossing traffic is necessary. With this method it is possible to achieve a better assessment of the influence of damages on reinforced concrete bridges which are seen in a visual bridge inspection. Part 1 of the two papers describes the basics of the methodology and shows the development of the stochastic models for the material and geometry parameters which have changed as a result of damage. In Part 2 the model uncertainty for the bridge inspector and the practical use in accordance with the RI‐EBW‐PRÜF are shown.     

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.     

Zum Querkraftwiderstand bei Leichtbetonbalken ohne Querkraftbewehrung

In diesem Beitrag wird über Biegeschubversuche mit Leichtbetonbalken ohne Querkraftbewehrung berichtet, die ein ausgeprägtes Nachbruchverhalten aufwiesen. Die Versuchsergebnisse der Leichtbetonbalken werfen die Frage auf, ob die Querkraftbemessung in der neuen DIN 1045‐1 in der Lage ist, hoch spröde Betone wie ALWAC (All Lightweight Aggregate Concrete) hinreichend sicher zu erfassen. In diesem Zusammenhang wird näher auf den Maßstabseffekt eingegangen. Es wurde ein Modell für das Tragverhalten von Biegeschubbalken nach Auftreten des Biegeschubrisses entwickelt, das auf der Kinematik von miteinander verbundenen Festkörpern anstelle von Fachwerkstäben beruht. Ein Ansatz der Tragkapazität im Nachbruchbereich für die Praxis wird nicht empfohlen. Shear Strength of Lightweight Concrete without Shear Reinforcement This paper presents results of shear beam tests with lightweight concrete and without shear reinforcement exhibiting a distinct post peak behavior. The shear test results raise the question whether the shear design in DIN 1045‐1 can also cover very brittle concrete types as ALWAC (All Lightweight Aggregate Concrete) with a sufficient safety level. The size effect in shear beams is discussed. A model for the load bearing behavior after formation of the inclined crack based on the kinematics of a set of rigid bodies is developed. A consideration of the additional load capacity in the post peak range in design formulas is not recommended.     

Zur Auswahl eines geeigneten Verfahrens für die Berücksichtigung der Mitwirkung des Betons auf Zug

Die Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Berücksichtigung der Mitwirkung des Betons auf Zug sollte nach DIN 1045‐1:2001‐07, 8.5.1 (9), in Abhängigkeit von der jeweiligen Bemessungsaufgabe getroffen werden. In den Erläuterungen zu DIN 1045‐1 wird im Heft 525 des DAfStb als einziges Verfahren nur die Verringerung der Betonstahldehnung mit einer modifizierten Spannungs‐Dehnungslinie für Betonstahl erläutert. Verfahren, die mittlere wirksame Betonzugspannungen in der Betonzugzone berücksichtigen, werden erwähnt aber nicht erläutert. Mit den Ergebnissen nachgerechneter Moment‐Verkrümmungs‐Werte von Stahlbetonröhren aus drei Versuchen mit unterschiedlichen Längskräften wird gezeigt, dass die Mitwirkung des Betons auf Zug mit dem Verfahren nach Heft 525 DAfStb nur bei reiner Biegung befriedigend erfasst wird. Bei Biegung mit Längskraft werden besser mittlere wirksame Betonzugspannungen berücksichtigt. Es werden vier unterschiedliche Ansätze für die Betonzugspannungen besprochen. On the selection of an adequate method for considering the contribution of concrete in tension. The selection of an adequate method for considering the contribution of concrete in tension should according to DIN 1045‐1:2001‐07, 8.5.1 (9), be chosen with respect to the particular design problem. The explanations to DIN 1045‐1 in book 525 from DAfStb describe only one method, the method which reduces the steel strain taking a modified stress‐strain relationship into account. Methods that consider mean effective concrete stresses in tension are mentioned but not explained. The results of recomputed moment‐curvature values from three tests with different longitudinal forces show that the method in book 525 DAfStb covers the contribution of concrete in tension only for reinforced concrete members without longitudinal forces. For members with longitudinal forces methods with mean effective concrete stresses give better agreements. Four different assumptions for the concrete stresses in tension are discussed.     

Zum Tragverhalten von Verbunddübeln – Teil 1: Tragverhalten unter statischer Belastung

Verbunddübel stellen eine sehr tragfähige und robuste Verbindung auch bei hochfesten Betonen zwischen Stahlbauteilen und Betonquerschnitten dar. Die Herstellung des Stahldübels ist dabei einfach und wirtschaftlich. Mittels Verbunddübelleisten lassen sich neue Querschnitte für den konstruktiven Ingenieurbau entwickeln. Halbierte Walzprofile, die mit der speziellen Geometrie der Verbunddübel geschnitten wurden, werden als außenliegende Bewehrung im Verbundbau eingesetzt. In zwei Teilaufsätzen wird die Bemessung der Verbunddübel für unterschiedliche Randbedingungen und Belastungsarten erläutert. Der erste Beitrag befasst sich mit der Technologie der Verbunddübel, deren Tragverhalten und der Bemessung der Verbindung unter ruhender Belastung. Das Ermüdungsverhalten ist Schwerpunkt in einem zweiten Aufsatz. Die Problemstellung wird ausführlich erläutert und ein Bemessungsvorschlag auf Grundlage des Strukturspannungskonzeptes vorgestellt. Load bearing behaviour of composite dowels – Static loads (part I). Composite dowels realise a high load bearing capacity for connections between concrete and steel. The technology establishes a short time and cost‐effective production process. Using composite dowels for shear transmission new and innovative cross‐sections can be designed. Halved rolled sections which have been cut along with a specific dowel geometry are applied as external reinforcement. The publication is divided into two parts describing design of composite dowels for different boundary conditions and load cases. Foremost the technology, their load bearing behaviour, the design concepts for composite dowels for static loads are highlighted. The behaviour under cyclic load, will be introduced in a second part. The fatigue behaviour will be explained in detail and design concepts based upon the hot spot stress will be given.     

Zur Ermittlung der Normalkraft‐Verlängerung und Moment‐Krümmung‐Beziehungen der Stahlbetonbauteile im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkei

Die Nachweise zur Begrenzung der Verformungen von Stahlbetonbauteilen sind infolge der Verwendung von Baustoffen höherer Festigkeiten immer wichtiger geworden, oft sogar maßgebend. Eine Verdopplung der Betondruckfestigkeit eines normalen Betons ruft eine etwa 20%ige Erhöhung des E_c‐Moduls hervor aber keine des Betonstahls, da E_s konstant ist. Dies und die dementsprechend schlanker gewordenen Stahlbetonbauteile führen zu größeren Verformungen – Verlängerungen, Durchbiegungen und/oder Verdrehungen – die deren Verhalten beeinträchtigen können. Die für die Ermittlung der Verformungen benötigten “Normalkraft‐mittlere Dehnungslinien”, bzw. “Moment‐mittlere Krümmungslinien” werden erläutert. About the Calculation of Displacements of Reinforced Concrete Members in the Serviceability Limit State The verification of reinforced concrete elements for the purpose of limiting deformations has become increasingly important, often even decisive, as a result of the use of higher strength materials. A doubling of the compressive strength of a normal concrete causes an increase of about 20% in the E_c‐module, and none of reinforcing steel, because E_s is constant. This and, accordingly, the slender reinforced concrete elements lead to larger deformations – elongations, deflections and/or rotations – which may affect their behaviour. The determination of “axial tensile force – mean strain diagrams”, respectively “bending moment – mean curvature diagrams”, needed for the calculation of the displacements, is explained.     

Bemessung,Anwendung und Qualitätssicherung von Stahlfaserspritzbeton im Tunnelbau

Die Spritzbetonbauweise hat sich im Tunnelbau seit Jahren bewährt. Spritzbeton wird als unbewehrter Beton, in Verbindung mit Bewehrung sowie als Stahlfaserspritzbeton eingesetzt. Bei den meisten Tunnelschalen aus Stahlfaserspritzbeton werden Stahlfasern derzeit nur als konstruktive Bewehrung verwendet. Die Faserzugabe führt zu einer nennenswerten Erhöhung der Bruchenergie und somit zu einer höheren Zähigkeit des sonst spröden Materials und damit zu einer höheren Sicherheit. Stahlfaserspritzbeton kann auch anstelle von Spritzbeton mit statisch erforderlicher Mattenbewehrung eingesetzt werden. Die Bemessung erfolgt dann unter Berücksichtigung der Nachrisszugfestigkeit. Diese kann wie bei Stahlfaserbeton an Biegebalken ermittelt werden, die aus größeren Proben herausgesägt werden. Anhand von verschiedenen Beispielen werden die unterschiedlichen Anwendungen aufgezeigt und die dafür erforderlichen Prüfungen vorgestellt. Design, Execution and Quality Management of Steel Fibre Reinforced Shotcrete in Tunnels The shotcrete method has been proven for tunnel structures since years. Shotcrete can be used unreinforced, in combination with reinforcement meshes and with fibre reinforcement. At the moment most steel fibre shotcrete tunnel liners have non‐structural fibre reinforcement. However, the addition of fibres increases the fracture energy of the material and changes the shotcrete behaviour from brittle to ductile with higher reliability. Steel fibre shotcrete can also replace shotcrete with traditional mesh reinforcement. The verification of steel fibre shotcrete takes the post cracking tensile strength of the material into account. The tensile strength of the cracked fibre concrete can be derived from bending tests on beams cut out of a larger shotcrete sample. This paper presents the different types of executed shotcrete applications in tunnels and the necessary test methods.     

Biegeschubversuche an Stahlbetonbalken mit nachträglich eingemörtelter Querkraftbewehrung

Im vorliegenden Beitrag wird über Querkraftversuche an insgesamt zehn Stahlbetonbalken berichtet, von denen acht mit nachträglich eingemörtelten Bewehrungsstäben verstärkt wurden. Anzahl und Abstand der geneigten Bewehrungsstäbe sowie die verwendeten Verbundmörtel wurden variiert. Während am oberen Ende der Stäbe eine Verankerung im Bauteilinneren durch Verbund erfolgte, wurden für die Verankerung an der Tragwerksunterseite eigene Ankerkörper entwickelt. Die Versuche bestätigen die Wirksamkeit der Maßnahme, die keine Änderungen der Bauteilabmessungen erfordert und von der Tragwerksunterseite her durchgeführt werden kann. Im Zuge der Untersuchungen wurden auch grundlegende phänomenologische Erkenntnisse zur Querkraftabtragung von Stahlbetonbalken gewonnen, insbesondere was die Rissverzahnung entlang des Schubrisses, den Anteil der Dübelwirkung der Längsbewehrung sowie die Mitwirkung der Biegedruckzone betrifft. Bending Shear Tests on R/C‐Beams with Post‐Installed Shear Reinforcement A research project has been started to investigate a new method of strengthening beams with insufficient shear resistance by applying post‐installed reinforcement. 10 reinforced concrete beams have been tested in shear, number and location of the inclined rebars as well as type of injection mortar have been varied. The rebars were installed in mortar‐injected boreholes and anchored with metal plates at the accessible bar end. The test results confirmed that post‐installed rebars can significantly increase the beam shear resistance provided they are situated properly and adequate injection mortars used. Above that the evaluation of the different contributions to shear resistance like truss action, dowel action and shear strength of compression chord provides new findings on the general shear failure mechanism in RC structures.     

Der Eurocode 2 für Deutschland – Auswirkungen auf den Betonfertigteilbau

Die europäische Harmonisierung der technischen Regelwerke im Bauwesen schreitet nicht nur bei den Produktnormen, sondern auch bei den Bemessungsnormen für den konstruktiven Ingenieurbau unaufhaltsam voran. Während die meisten europäischen Länder jedoch schon im Laufe des Jahres 2010 die Umstellung auf die europäischen Bemessungsnormen vollzogen haben, wird die Anwendung der Eurocodes in Deutschland erst 2012 verbindlich werden. Der folgende Beitrag befasst sich mit den Auswirkungen auf Betonfertigteile bei einer Bemessung nach Eurocode 2 Teil 1‐1 und Teil 1‐2 und gibt einen Überblick, wie sich die europäischen Produktnormen für Betonfertigteile in das neue Regelwerk einordnen lassen. The Eurocode 2 for Germany – Impacts on Precast Concrete Constructions The accelerating harmonization of European technical standards does not only concern the product standards, but also the standards for the design of structures. Whereas most European countries have implemented the European design standards during 2010, in Germany the application of the structural Eurocodes will be mandatory not until 2012. The following article deals with the impacts on precast concrete constructions resulting from the application of the new Eurocode 2 part 1‐1 and part 1‐2 also regarding the harmonized European standards for precast concrete products.     

Anwendung von Trapezblechstegen im Brückenbau

Trapezblechstege im Brückenbau kommen trotz der großen Vorteile, die diese Bauweise bietet, in Deutschland bisher nur an einem Pilotprojekt zur Anwendung. Durch die charakteristischen Eigenschaften des Trapezbleches entstehen konstruktive und wirtschaftliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Brückenbauweisen. Allerdings lassen die aktuell gültigen Regelwerke aufgrund fehlender Kenntnis zum Tragverhalten und mangelnder Erfahrung keine wirtschaftliche Ausbildung zu. Dies zeigt sich am Beispiel des Pilotprojekts. Die Ausbildung der Verbundfuge wurde hier nur sehr unbefriedigend gelöst und verdeutlicht somit die Notwendigkeit einfacher und praktikabler Verbindungsmöglichkeiten. Am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren der Universität Stuttgart wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Konstruktion und Entwurf ein von der Forschungsvereinigung für Stahlanwendung e. V. (FOSTA) finanziertes Forschungsvorhaben bearbeitet, bei dem unterschiedliche Verbundfugenausbildungen numerisch und experimentell untersucht wurden. Der folgende Beitrag beschränkt sich auf die Verwendung von Betondübeln als Verbundmittel und stellt hierfür ein einfaches Bemessungskonzept für die Verbundsicherung unter Längsschubbeanspruchung im Grenzzustand der Tragfähigkeit vor. The use of corrugated steel webs in bridge constructions – Load bearing behaviour of concrete dowels in combination with corrugated steel webs under longitudinal shear Studies of the load bearing behaviour under shear force of integrated connections at composite bridge girders using corrugated steel webs. Up to now there is only one project in Germany, where the application of corrugated steel webs has been practiced in the field of composite bridges. Due to the characteristics of the corrugated steel web this construction method has constructive and economic advantages. However there is a lack of experiences and standards to fully utilize these advantages and to allow an economic application. Especially the first project in Germany expose some critical points. The design of the joint between the concrete slab and the corrugated steel web is actually not satisfactory and shows the need for simpler and more practicable connection methods. At the Institute for Lightweight Structures and Conceptual Design at Universität Stuttgart and together with the Institute of Structural Design, a research project, financed by Forschungsvereinigung für Stahlanwendung e. V. (FOSTA) was made. Within this project different types of composite joints were experimentally and numerically analysed. This paper deals only with the investigations of concrete dowels as connectors. On the basis of these studies simple design rules for shear connection in the ultimate limit state were developed.     

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.     

Bauphysikalische, ökologische und ökonomische Bewertung von geförderten Sanierungskonzepten in Wien

In diesem Beitrag wird die Nachhaltigkeit von Gebäudesanierungen untersucht, wobei die Reduzierung des Energieverbrauchs das oberste Ziel ist, was mit bis zu 80 % erreicht werden kann. Während in anderen Großstädten Europas das Konzept der Flächensanierung praktiziert wurde und wird, wird in Wien die “sanfte Sanierung” propagiert und auch gefördert. Die Stadt Wien hat dafür verschiedene Sanierungskonzepte bei der Hand. In dieser Untersuchung werden die verschiedenen geförderten Sanierungskonzepte anhand eines realen Beispiels gezeigt und rechnerisch überprüft. Ein Vergleich der verschiedenen Konzepte beleuchtet die einzelnen Punkte der Sanierung: Energieeffizienz, Sanierungskosten, Belastung für den Eigentümer bzw. Mieter der Wohnungen und Belastung für den Fördergeber (Land Wien). Die Ergebnisse ausgeführter Sanierungskonzepte brachten folgende Erkenntnisse bzw. Problemstellungen: – die Sanierungsmaßnahmen kommen hauptsächlich den Mietern zugute, während der Kostenträger (Eigentümer) nur die Wertsteigerung als Nutzen hat; – mangelnde Bereitschaft der Bewohner zur Sanierung; – erhebliche Mehrkosten für Passivhaustechnik; – zu geringe höchstzulässige Gesamtsanierungskosten. Evaluation of retrofitting concepts and municipal sponsoring in Vienna. Major energy efficiency improvements can be achieved via building stock retrofit. While in some major cities in Europe, mostly large‐area building retrofit measures have been targeted; in Vienna a gradual thermal improvement of the building stock has been practiced. Thereby, a number of different instruments and programs have been promoted by the regional government. In the present contribution, a number of such programs are compared and evaluated based on the demonstrative case of a concrete example. Thereby, multiple related issues were addressed: energy efficiency, retrofit expenses, burden for the building owners and tenants, and burden for the funding agency (Municipal of Vienna). The results suggest: – the main beneficiary of retrofit programs are typically the tenants. The landlords benefit indirectly due to the appreciation of property value; – there is a certain lack of willingness on the side of the occupants toward thermal building retrofit measures; – achieving passive house standard in the course of retrofit measures cause significant additional costs; – permissible (fundable) maximum total retrofit expenses has been set too low.     

Das Druckgurtmodell für Stahlbetonbauteile

In den vergangenen Jahren wurden verschiedene auf die Bemessung von Stahl‐ und Spannbetonbauteilen ausgerichtete theoretische Modelle entwickelt. Heute stehen das Zuggurtmodell, das Modell der gerissenen (Steg‐)Scheibe und das Druckgurtmodell zur Verfügung, auf deren Grundlage Verformungsverhalten und Tragwiderstände umfassend beurteilt werden können. Auf das Druckgurtmodell wird im vorliegenden Beitrag detailliert eingegangen. Es berücksichtigt die Festigkeits‐ und Duktilitätssteigerung durch eine Umschnürungsbewehrung sowie die bruchmechanisch begründete Entfestigung des Betons und die damit einhergehende Verformungslokalisierung. Auf der Grundlage neuerer Versuchsergebnisse können für die komplexen Interdependenzen zwischen diesen Effekten plausible Beziehungen angegeben werden. Die mithilfe des Druckgurtmodells gewonnenen Erkenntnisse sind für die Baupraxis von Bedeutung: Das Verhalten von auf Druck beanspruchten Bauteilen (z. B. Druckplatten von Brückenquerschnitten, Stützen) lässt sich zuverlässig erfassen; darüber hinaus ergeben sich wichtige Hinweise für die konstruktive Durchbildung. Compression Chord Model for Structural Concrete In recent years, several theoretical models have been developed with the scope on the design of reinforced and prestressed concrete structures. Today, the tension chord model, the cracked membrane model and the compression chord model are available, with which the deformation behaviour as well as ultimate loads can be determined. In the present contribution the compression chord model is discussed in detail. The model takes the increase of strength and ductility due to a confining reinforcement into account and considers the softening as well as the localisation of deformations accompanying the fracture of concrete. On the basis of new test results plausible relations for the complex interdependencies between these effects are found. The results of the compression chord model are relevant for practical applications: The behaviour of compressed members (e.g. in bridge girders or columns) can be assessed reliably; moreover, hints for the detailing of reinforcement can be deduced.