Aspekte der Sanierung und Verstärkung von Betonbauteilen:
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Dresden
Institut für Massivbau
2015
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Inhalt I
Inhalt
1 Einleitung 1
1 1 Problemstellung 1
1 2 Zielsetzung 2
1 3 Inhaltliche Übersicht 3
2 Stützenverstärkung mit TRC 4
2 1 Motivation 4
2 2 Stand des Wissens zu Verstärkungsmethoden für Stützen 5
221 Spritzbetonverstärkung 5
2211V erstärkungssystem 5
2212 Ergebnisse experimenteller Untersuchungen 7
222 Verstärkung durch FVK-Sheets 9
2221 Verstärkungssystem 9
2 2 22 Ergebnisse experimenteller Untersuchungen 11
223 Verstärkung mit textilbewehrtem Mörtel (TRM) / Textilbeton (TRC) 12
2231 Verstärkungssystem 12
2232 Ergebnisse experimenteller Untersuchungen 13
2 3 Stand des Wissens zu Ingenieurmodellen für verstärkte Stützen 16
231 Modell für Spritzbeton 16
2311 Modell von Eibl, Bachmann amp; Fath [49] 16
2312 Modell von WÖRNER [164] 17
2313 Modell von Schäfer amp; Bäätjer [136] 19
2314 Modell von Krause [75] 21
2315 Modell von Kerkeni amp; Hegger [73] 24
2316 Weitere Modelle für Spritzbeton 25
232 Umschnürungsmodelle für FVK-Sheets 27
2321 Allgemeines 27
2322 Modell von Wang [156] 27
2323 Modell nach fib-Bulletin 14 [54] 29
2324 Modell nach Niedermeier [103] bzw DAfStb-RiLi VBgB [24] 32
233 Modelle für textilbewehrten Mörtel (TRM) / Textilbeton (TRC) 33
2331 Modell von Triantafillou et al [150] 33
2332 Modell von Ombres [106] 34
2333 Modell von Ortlepp amp; Curbach [110] 35
2334 Modell von Ortlepp, Lorenz amp; Curbach [112] 37
2335 Modell von Ortlepp, Schladitz amp; Curbach [113] 39
2 4 Stand des Wissens zu mehraxialer Festigkeit von Beton 41
Ortlepp, R : Aspekte der Sanierung und Verstärkung von Betonbauteilen
II
Inhalt
241 Grandbegriffe zur Beschreibung der mehraxialen Festigkeit 41
242 Brachkriterien 47
2421 1-Parameter-Modelle 47
2422 2-Parameter-Modelle 48
2423 3-Parameter-Modelle 48
2424 4-Parameter-Modelle 49
2425 5-Parameter-Modelle 51
2426 Weitere Modelle 52
2427 Untersuchungen zu Spannungs-Dehnungs-Beziehungen 52
243 Anwendungsbereich für umschnürte Stützen 53
2 5 Modellvorschläge 54
251 Additiver Ansatz 54
252 Modell zur Beschreibung des Normalkraftanteils der
Verstärkungsschicht 55
253 Modell zur Beschreibung der Umschnürangswirkung der
Verstärkungsschicht basierend auf mehraxialen Bruchkriterien 57
2531 Formulierungen zur Ermittlung der Umschnürungsspannung 57
2532 Beton unter mehraxialer Drackbeansprachung nach DIN EN 1992-1 -1 64
2533 Mathematische Beschreibung des Drackmeridians 66
2534 Umschnürungsmodell basierend auf dem Mehraxial-Ansatz von
Speck amp; Curbach [146] 69
2535 Umschnürungsmodell basierend auf dem Mehraxial-Ansatz aus dem
MC2010 [55] 70
2 6 Experimentelle Untersuchungen 70
261 Allgemeines 70
262 Einfluss der Stützengeometrie im Lasteinleitungsbereich 71
2621 Materialien 71
2622 Probekörpergeometrien und Untersuchungsparameter 74
2623 Versuchsaufbau 76
2624 Versuchsergebnisse 77
263 Einfluss der Altbetonfestigkeit 86
2631 Hintergrund der Untersuchungen 86
2632 Versuchsprogramm 87
2633 Ergebnisse 87
264 Tragfähigkeit der Feinbetonschicht unter Drackbeansprachung 89
2641 Allgemeines 89
2642 Materialien und Probekörpergeometrien 89
2643 Ergebnisse 90
265 Möglichkeiten des Einsatzes von Hochmodulfasem 91
2651 Hintergrund der Untersuchungen 91
2652 Materialien und Versuchsprogramm 92
Ortlepp, R : Aspekte der Sanierung und Verstärkung von Betonbauteilen
Inhalt
III
2653 Ergebnisse 94
266 Effizienzsteigerung durch Kurzfasem in der Feinbetonmatrix 96
2661 Hintergrund der Untersuchungen 96
2662 Materialien und Versuchsprogramm 98
2663 Ergebnisse 102
267 Großmaßstäbliche Versuche an Stützen ohne Knickgefährdung 110
2671 Allgemeines 110
2672 Materialien und Probekörpergeometrien 110
2673 Versuchsaufbau 112
2674 Ergebnisse 113
2 7 Validierung der Modelle 119
271 Allgemeines 119
272 Additiver Ansatz mit Umschnürungsmodell basierend auf DIN EN
1992-1-1 [35] 119
273 Additiver Ansatz mit Umschnürungsmodell basierend auf Speck amp;
Curb ach [146] 123
274 Additiver Ansatz mit Umschnürungsmodell basierend auf ModelCode
MC2010 [55] 126
275 Resümee 128
2 8 Zur Frage der Lastpfadabhängigkeit 129
2 9 Zur Frage der Textiltragfähigkeit 135
2 10 Modellvorschlag zur Beschreibung der Umschnürungswirkung der
Verstärkungsschicht 136
2 10 1 Allgemeines 136
2 10 2 Kalibrierung der Modellparameter des Umschnürungsmodells 137
2 11 Validierung des additiver Ansatzes mit neuem Umschnürungsmodell 141
2 12 Schlussfolgerungen 146
2 13 Hinweise für zukünftige Zulassungsverfahren 148
3 Oberflächengeometrie und Kraftübertragung über raue Betonoberflächen 150
3 1 Motivation 150
3 2 Stand des Wissens und Problemstellung 151
321 Allgemeines 151
322 Was ist Rauigkeit? 156
323 Methoden zur Oberflächenmessung 166
3231 Allgemeines 166
3232 Mechanische Messverfahren - berührend 167
3233 Optische Messverfahren - berührungslos 169
3234 Weitere Messverfahren 171
3235 Verfahrensvergleich 171
324 Experimentelle Untersuchungen 172
Ortlepp, R : Aspekte der Sanierung und Verstärkung von Betonbauteilen
IV
Inhalt
3241 Allgemeines 172
3242 Einfluss der Fugenrauheit auf die Kraftübertragung 173
3243 Einfluss der Betonzusammensetzung auf die Kraftübertragung 185
3244 Einfluss des Messverfahrens auf die gemessenen Rauheitswerte 187
325 Theoretische Untersuchungen 193
3 3 Aussagekraft und Vergleichbarkeit von Rauheitsparametem bezügl der
Oberflächenrauheit 197
331 Weitere Auswertungen zum Einfluss des Messverfahrens auf die
gemessenen Rauheitswerte 197
3311 Messdaten aus Mellmann, Meinhold amp; Maultzsch [93], [94] 197
3312 Messdaten aus Schäfer, Block amp; Drell [138] 197
3313 Messdaten aus Zilch amp; Mainz [ 167] 199
3314 Messdaten aus Reinecke [130] 201
3315 Vergleichende Analyse der Messdaten 201
332 Vergleiche verschiedener Rauheitsparameter aus der Laser- bzw
Tastschnittmessung 204
3321 Allgemeine Überlegungen zu Parameterbeziehungen 204
3322 Messdaten aus Schäfer, Block amp; Drell [138] 205
3323 Messdaten aus Santos, Jülio amp; Silva [134] 207
3324 Messdaten aus Müller [102] 208
3325 Messdaten aus Zilch amp; Mainz [167] 209
3326 Vergleichende Analyse der Messdaten 210
3 4 Modellierung 211
341 Zielstellung 211
342 Voraussetzungen und Annahmen 212
3421 Allgemeines zur Modellierung 212
3422 Bestimmung repräsentativer Komvolumina 213
343 Erzeugung der Komverteilungen für die verschiedenen Sieblinien 220
344 Abtragtiefen 225
345 Auszuwertende Kenngrößen und modelltechnische Umsetzung 228
3451 Allgemeines 228
3452 Bestimmung der Ausgleichsebene ta 229
3453 Parameter Profilkuppenhöhe Rp 231
3454 Parameter Rautiefe R 232
3455 Parameter Rauheitsfaktor r (wahre Oberfläche) 232
3456 Parameter Schubrauheitsfaktor rs 235
3457 Parameter schubinduzierter bezogener Normalzug rh 238
346 Einfluss gebrochener Zuschlagkömer 239
3 5 Ergebnisse der Modellierung 244
351 Auswirkungen der stochastischen Verteilung der Zuschlagkömer 244
352 Auswirkungen der Ausgleichsebene 245
ÖRTLEPP, R : Aspekte der Sanierung und Verstärkung von Betonbauteilen
353 Auswirkungen der abgestuften Sieblinien 246
354 Einfluss des Größtkoms 248
3541 Parameter Profilkuppenhöhe Rp bzw Rautiefe R 248
3542 Parameter Rauheitsfaktor r (wahre Oberfläche) 249
3543 Parameter Schubrauheitsfaktor rs 252
3544 Parameter schubinduzierter bezogener Normalzug rh 253
3545 Zusammenhänge zwischen den Parametern 254
355 Einfluss der Feinkörnigkeit der Sieblinie 258
3551 Parameter Profilkuppenhöhe Rp bzw Rautiefe R 258
3552 Parameter Rauheitsfaktor r (wahre Oberfläche) 259
3553 Parameter Schubrauheitsfaktor rs und schubinduzierter bezogener
Normalzug rh 260
3554 Zusammenhänge zwischen den Parametern 262
356 Einfluss gebrochener Zuschlagkömer 264
3561 Allgemeines 264
3562 Parameter Profilkuppenhöhe Rp bzw Rautiefe R 264
3563 Parameter Rauheitsfaktor r (wahre Oberfläche) 265
3564 Parameter Schubrauheitsfaktor rs 268
3565 Parameter schubinduzierter bezogener Normalzug rh 268
3566 Zusammenhänge zwischen den Parametern 269
3 6 Resümee 271
4 Zusammenfassung und Ausblick 273
5 Literatur 275
6 Anhang 289
Anhang 1 Stützenverstärkung mit TRC (Kapitel 2) 291
A11 Geometrieuntersuchungen 291
A12 Einsatzmöglichkeiten von Hochmodulfasem 298
A13 Effizienzsteigerung durch Kurzfasem 299
Anhang 2 Oberflächengeometrie und Kraftübertragung (Kapitel 3) 301
A21 Ausgewertete Messdaten aus der Literatur 301
A211 Auswertung der Messdaten von Schäfer, Block amp; Drell [138] 301
A212 Auswertung der Messdaten von Müller [ 102] 305
A213 Auswertung der Messdaten von Zilch amp; Mainz [ 167] 313
A22 Vergleich der Rauheitsparameter Rp und Rz 317
Ortlepp, R : Aspekte der Sanierung und Verstärkung von Betonbauteilen
VI
Inhalt
A23 Skripte zur Programmierung der Rauheitssimulation 319
A231 Erste Fortran-Routine für die Komerzeugung 319
A232 Optimierte Fortran-Routine für die Komerzeugung der kleinsten
Komfraktion 323
A233 Fortran-Routine zur Erzeugung der Schnittebenen (Abtragtiefen) 329
A234 Fortran-Routine zur Ermittlung von Oberflächenparametem 332
A24 Übersicht der erzeugten Komvolumina für alle Sieblinien 335
A241 Sieblinie A64 335
A242 Sieblinie A32 338
A243 Sieblinie Al 6 341
A244 Sieblinie A08 344
A245 Sieblinie B64 347
A246 Sieblinie B32 348
A247 Sieblinie B16 349
A248 Sieblinie B08 350
A249 Sieblinie C64 351
A24 10 Sieblinie C32 352
A24 11 Sieblinie C16 353
A24 12 Sieblinie C08 354
A25 Ergebnisse der Auswertung 355
A251 Sieblinie A64 355
A252 Sieblinie A32 360
A253 Sieblinie A16 363
A254 Sieblinie A08 366
A255 Sieblinie B64 371
A256 Sieblinie B32 372
A257 Sieblinie B16 373
A258 Sieblinie B08 374
A259 Sieblinie C64 375
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