Simulation und Regelung von Resonanzversuchsständen zur Untersuchung der Bauteilermüdung (BuchPlus: Buch + E-Book/PDF)

Infolge der Forderung nach immer schlankeren Stützen und zugleich einer erhöhten Lastaufnahme ergeben sich konstruktive Anpassungen im Anschlussdetail zwischen Stütze und Flachdecke. Die Flachdecken aus normalfestem Beton in Ortbetonbauweise müssen an den hochtragfähigen Stützenstrang angeschlossen werden, ohne die vertikale Lastdurchleitung im Anschlusspunkt negativ zu beeinflussen. Dadurch kann die zur Verfügung stehende Lasteinleitungsfläche von der Deckenplatte in die Stütze verändert werden und eine reduzierte Lasteinleitungsfläche, die als Lochrandstützung bezeichnet wird, die Folge sein. Hierzu wurden experimentelle und numerische Untersuchungen an lochrandgestützten Platten durchgeführt, um die Tragfähigkeit im Hinblick auf den Durchstanzwiderstand erfassen zu können. Darauf aufbauend wurden mittels FEM-Simulationen Bemessungsvorschläge für die rechnerische Nachweisführung des Durchstanzwiderstands hergeleitet.

Ein- und Zweifamilienhäuser sind in Deutschland die meistgefragte Wohnform, obwohl Ökologen und Stadtplaner seit Längerem die Schwachpunkte der Typologie wie den hohen Flächenbedarf anmahnen. Entgegen diesen Kritikpunkten zeigen andere Studien auch ökologisches Potenzial auf. Beispielsweise können Hausgärten bei entsprechender Gestaltung zum Erhalt der Biodiversität beitragen. Vor diesem Hintergrund analysiert die Dissertation die Potenziale der Typologie Ein- und Zweifamilienhaus und untersucht die Umsetzbarkeit eines positiven Fußabdrucks auf Basis des Cradle-to-Cradle(C2C)-Prinzips. Als Betrachtungsgegenstand dienen Ein- und Zweifamilienhäuser in Holzfertigbauweise. Dabei stehen die Themen Kreislauffähigkeit von Materialien, Rückbaupotenziale, Innenraumluftqualität, Wasserkreisläufe, Nutzung erneuerbarer Energien und Förderung von Biodiversität im Vordergrund. Die Umsetzbarkeit eines positiven Fußabdrucks wird anhand von Fallstudien untersucht. Diese umfassen C2C-inspirierte Einfamilienhäuser sowie Ein- und Zweifamilienhäuser in Holzfertigbauweise mit Nachhaltigkeitszertifikat. Für eine vertiefte Analyse der Themen Kreislauffähigkeit von Materialien und Rückbaupotenziale werden der Rückbau und die Versetzung von je einem Gebäude in Holzfertigbauweise begleitet sowie ein Außenwandelement in Holztafelbauweise demontiert.

Für den Entwurf und die praxisorientierte Bemessung von Bauteilen aus mesogradiertem Beton, bei dem der Innenraum mittels Einbringen von Hohlkörpern aufgelöst wird, ist die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen Tragverhalten und Festigkeit in Abhängigkeit von der Porenstruktur ausschlaggebend. Mit der vorliegenden Dissertation wurde anhand von Versuchen an Probekörpern und FE-Analysen der Frage nachgegangen, wie sich die Probekörperfestigkeit (Druckfestigkeit und E-Modul) einer Scheibe aus Normalbeton infolge von eingebrachten Löchern (Porosität) und den sich dadurch ergebenden Lochfeldern verändert. Durch die beiden entwickelten Modifikationen kann eine aufwendige Herstellung von Lochfeldern mit unterschiedlicher Porosität entfallen. In der FE-Analyse erübrigt sich die Modellierung der Löcher. Stattdessen kann eine Scheibe mit modifizieren "Materialparametern" (Homogenisiertes Modell) verwendet werden.

Das Bauen mit Stahlbeton in Berlin begann 1886 auf Grundlage eines französischen Patentes von 1880. Einführend werden Randbedingungen, welche die Einführung des Bauens mit Eisenbeton begleiteten und prägten, erläutert. Darunter findet sich auch eine ausführliche Auseinandersetzung mit der Entwicklung lokaler Eisenbeton-Bauunternehmen. Im Fokus der Untersuchung stehen die realisierten Konstruktionen. Basierend auf einer umfangreichen Quellenrecherche wird eine signifikante Anzahl von in Berlin gebauten Tragwerken mit dem Schwerpunkt auf den ingenieurtechnischen Anforderungen und gefundenen Tragwerkslösungen genauer untersucht. Im Ergebnis werden die Ereignisse in Berlin mit anderen Städten verglichen. Die Existenz und Beschaffenheit historischer Tragwerke – nicht nur in Berlin – erfordert eine genaue Kenntnis ihrer Geschichte, für einen substanzschonenden und nachhaltigen Umgang mit ihnen. In diesem Sinn werden interessante Tragwerke mit ihren besonderen Ausführungslösungen dokumentiert. Zudem besteht Gelegenheit, sich auch über Berlin hinaus detailliert mit den Anfängen des Stahlbetonbaus auseinanderzusetzen.

Leichtbaukonstruktionen stehen im Verdacht, bauphysikalisch und bauklimatisch nicht die gleiche Leistungsfähigkeit wie massive Baukonstruktionen aufzuweisen. Ziel dieser Arbeit ist es aufzuzeigen, dass leichte Gebäudehüllen aus Textilbeton hygrothermisch mindestens gleichwertig zu konventionellen Gebäudehüllen sind. Nachteilige Aspekte des Leichtbaus auf das Raum- und Oberflächenklima oder die Dauerhaftigkeit sollen damit widerlegt werden. Zudem soll übergeordnet geklärt werden, ob Textilbetonfassaden einen Beitrag zum nachhaltigen Bauen leisten können. Es wurde eine Textilbetonfassade entwickelt, die in den meisten bauphysikalischen Eigenschaften konventionellen Baukonstruktionen überlegen oder mindestens gleichwertig ist. Dabei wurden ausgewählte Anforderungen an die Bauphysik und Architektur untersucht und mit denen konventioneller Baukonstruktionen verglichen. Die vorliegenden Ergebnisse bilden die Grundlage, Fassaden zukünftig wesentlich leichter und damit architektonisch ansprechender auszuführen, als es mit konventionellen Baukonstruktionen der Fall wäre, ohne dabei die bauphysikalischen und bauklimatischen Eigenschaften des Bauwerks zu beeinträchtigen.

Herkömmliche Prüfverfahren zur Beurteilung des Tragverhaltens von Außenwandbekleidungen im Lastfall Windsog simulieren Sogbeanspruchungen lediglich statisch. Die Lasteinleitung erfolgt hierbei zudem meist über verformungsbehindernde Hilfsvorkehrungen. In diesem Werk erfolgt daher die Erforschung des realitätsnah ermittelten Windsogverhaltens von Wärmedämmverbundsystemen (WDVS). Hierfür wird vorwiegend ein neuartiger dynamischer Windsogversuch angewandt, in welchem sich bis zu 5 m² umfassende Prüfkörperaufbauten schlagartig mittels zyklisch wiederkehrendem Unterdruck realitätsnah untersuchen lassen. Basierend auf den experimentellen Untersuchungen wird ein numerisches Modell entwickelt. Im Modell werden die versuchstechnisch gewonnenen Erkenntnisse über das Trag- und Bruchverhalten verschiedener WDVS validiert und vertieft analysiert. Aufbauend auf den Erkenntnissen der durchgeführten Untersuchungen lässt sich der dynamische Windsogversuch bei der Erforschung und im Rahmen von Zulassungsverfahren von WDVS integrieren. Darauf basierend ließen sich zudem künftig bis¬herige Bemessungsstrategien und Anwendungsgrenzen von WDVS überarbeiten.

Die Vorspannung des Betons mit nichtmetallischer Bewehrung ist ein Bereich des Bauingenieurwesens, der zunehmend an Bedeutung gewinnt. Für Textilbewehrung, die aufgrund der geometrischen Form und Struktur für die Vorspannung besonders herausfordernd ist, stellt die Technologie der chemischen Vorspannung, bei der Quellzemente anstelle mechanischer Vorrichtungen zur Einleitung von Spannungen verwendet werden, eine alternative Lösung dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Quellbetonelemente mit Textilbewehrung auf uniaxiales Zugverhalten, auf Verbund- und Biegeverhalten untersucht. Die Messungen der Dehnungen über die Zeit und die Untersuchungen des Verhaltens der Probekörper bestätigten, dass die chemische Vorspannung von Bauteilen mit Textilbewehrung erreichbar ist. Die eingeleiteten Spannkräfte und der Einfluss der Vorspannung auf den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit mit Schwerpunkt auf der Risslast wurden quantifiziert. Prestressing of concrete with non-metallic reinforcement is an emerging field in structural engineering. For textile reinforcement, because of its geometrical form and structure, a chemical prestressing technology where expansive cement is used to induce stresses instead of mechanical devices, comes as an alternative yet promising method. The behaviour of expansive concrete members with carbon textile reinforcement was experimentally assessed in uniaxial tensile, pull-out and flexural tests. Measurements of expansion in time and results of subsequent loading tests have confirmed that chemical prestressing of elements with textile reinforcement can be realized. The introduced prestressing forces were quantified and the influence of prestressing on serviceability limit state with a focus on cracking load was analysed.

Das Bauwesen ist national wie international die Branche mit dem höchsten Ressourcenverbrauch und Abfallaufkommen. Aufgrund der zunehmenden Ressourcenverknappung und Umweltbelastung ist es geboten, Baustoffe in möglichst geschlossenen, mit der Umwelt verträglichen (konsistenten) Kreisläufen zu führen. Diesen Ansatz verfolgt das Urban Mining Design, indem das anthropogene Rohstofflager als "urbane Mine" gestaltet und bewirtschaftet wird. Hierfür muss die Kreislaufkonsistenz von Bauwerken als Entwurfsparameter begriffen werden. In diesem Buch wird eine Systematik vorgestellt, mit der die Kreislaufkonsistenz von Baukonstruktionen und Gebäuden in der Neubauplanung gemessen und bewertet werden kann: der Urban Mining Index. Hierfür wurden Parameter definiert, die die Materialität und die Konstruktion, aber auch die Wirtschaftlichkeit des selektiven Rückbaus abbilden, der Voraussetzung für die Rückgewinnung sortenreiner Wertstoffe ist. Die zirkulären Baustoffe beziffern mit ihrem Anteil an der Masse aller im Lebenszyklus des Bauwerks verbauten Materialien das Gesamtergebnis: den Urban Mining Indicator.

Aus den Spannungs-Dehnungslinien von kraftgeregelten Druckschwellversuchen lassen sich die Dissipationsenergiewerte bestimmen. Diese Dissipationsenergie ist für die Erwärmung der Probekörper infolge der zyklisch-mechanischen Beanspruchung verantwortlich. Auf Basis der festgestellten Korrelation zwischen der Probekörpererwärmung und der Schädigungsentwicklung wird nun die direkte Korrelation zwischen der Dissipationsenergie und der Rissentwicklung untersucht. Es zeigt sich, dass sich die Verläufe der mit jedem Lastwechsel dissipierten Energie analog zu den bereits bekannten Verläufen anderer Messparameter und Schädigungsindikatoren in drei Phasen aufteilen lassen. Aus der Auswertung der bis zum Versagen eines Probekörpers kumulierten Dissipationsenergie resultiert ein funktionaler Zusammenhang zur jeweiligen Bruchlastwechselzahl. Sämtliche Auswertungspunkte, die durch die Bruchlastwechselzahlen und den bis zum jeweiligen Versagen kumulierten Dissipationsenergiewerten beschrieben werden, liegen auf einer Kurve, die als Versagenskurve bezeichnet wird. Darauf aufbauend wird in dieser Arbeit ein neuer Schädigungsparameter eingeführt und ein neues Schädigungsmodell beschrieben.

Feuchtigkeit und feuchtebezogene Prozesse sind die Hauptursachen für Schäden an Baustoffen und Infrastruktur. Daher ist eine Bestimmung des Feuchtegehalts von großer Wichtigkeit. Diese Arbeit präsentiert eine Methode zur präzisen, zerstörungsfreien Bestimmung von Feuchtigkeit mit Magnetresonanz (NMR) in Aufsatztechnik. Es wird ein Verfahren zur Ableitung einer verallgemeinerten Korrelationsfunktion entwickelt, die nicht nur die Anfangsamplitude, sondern auch den Relaxationszerfall mit dem Feuchtegehalt verknüpft. Weiterhin wird am Beispiel unterschiedlicher Estriche gezeigt, dass unter Zuhilfenahme moderner Simulationsmodelle das Abtrocknungsverhalten quantitativ simuliert und für die Zukunft vorhergesagt werden kann. Auf Basis dieser Ergebnisse kann beispielsweise der Zeitpunkt der Belegereife frühzeitig vorausgesagt werden, was eine bessere Planung von Bauprojekten ermöglicht.