Zusammenfassung Die Nachfrage nach CO 2 ‐armem Betonstahl im Bauwesen steigt kontinuierlich. Am Beispiel der Badischen Stahlwerke zeigt sich, unter welchen Voraussetzungen emissionsarmer Stahl bereits heute entsteht – und warum weitere CO 2 ‐Reduktionen zwar technisch möglich sind, unter den aktuellen Rahmenbedingungen aber anspruchsvoll bleiben.
Zusammenfassung Mit der bauaufsichtlichen Einführung der neuen DIN‐1045‐Reihe, insbesondere der DIN 1045‐2:2023, und dem kommenden neuen Eurocode 2 mit Nationalem Anhang haben sich die Randbedingungen für Beton mit rezyklierten Gesteinskörnungen deutlich weiterentwickelt. Für Planende stellt sich damit die Frage, unter welchen Randbedingungen diese Betone als Regelanwendung eingesetzt und bemessen werden können. Der Beitrag ordnet die Anwendung in den Betonklassen BK‐N, BK‐E und BK‐S ein. Er zeigt, dass Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung innerhalb der geregelten Grenzen nach dem neuen Eurocode 2 bemessen werden kann und keine pauschalen Abminderungen der mechanischen Kennwerte erforderlich sind. Zugleich werden noch bestehende Grenzen bei Spannbeton, bestimmten Expositionsklassen benannt und anhand ausgewählter Praxisbeispiele veranschaulicht.
Zusammenfassung Der Bausektor ist für etwa 37 % der weltweiten CO 2 ‐Emissionen verantwortlich, wobei allein die Herstellung von Beton, Stahl und Aluminium rund 6 % verursacht. Da die eingesetzten Materialmengen maßgeblich in der Entwurfsphase festgelegt werden, ist die Entwicklung von Strategien für eine ressourceneffiziente Bemessung von zentraler Bedeutung. Dabei ist das in DIN EN 1990:2021 definierte Zuverlässigkeitsniveau zwingend einzuhalten. Ein vielversprechender Ansatz ist die Identifikation vorhandener Sicherheitsreserven und ihre Nutzung durch optimierte Teilsicherheitsbeiwerte. Moderne zuverlässigkeitstheoretische Methoden ermöglichen deren präzise Kalibrierung, wie sie die neue DAfStb‐Richtlinie zur probabilistischen Herleitung von Sicherheitsbeiwerten empfiehlt. Dies wird anhand des neuen Teilsicherheitsbeiwerts für Querkraft ( γ V = 1,40) in DIN EN 1992‐1‐1:2025+NA1 veranschaulicht. Darüber hinaus können Sicherheitsreserven durch höhere Qualitätsstandards in der Bauausführung oder der Betonherstellung entstehen. Die vereinfachten Verfahren in Anhang A von DIN EN 1992‐1‐1:2025 zur Nutzung dieser Sicherheitsreserven können die tatsächliche Zuverlässigkeit jedoch überschätzen. Daher besteht weiterhin Forschungsbedarf zur Bereitstellung qualitätsabhängiger, optimierte Teilsicherheitsbeiwerte, um die Ressourceneffizienz von Stahlbetonbauteilen weiter zu steigern.
Abstract Der Freivorbau von Spannbetonbrücken steht sinnbildlich für den technischen Fortschritt und die Ingenieurbaukunst der Nachkriegszeit. Beispiele wie die Lahnbrücke Balduinstein (1950–1951), die Nibelungenbrücke Worms (1951–1953) oder die weniger bekannte Neckarbrücke Neckarrems (1951–1952) markieren nicht nur Meilensteine der Bautechnikgeschichte, sondern spiegeln auch die gesellschaftlichen und technologischen Herausforderungen jener Zeit wider. Mit modernen Diagnostik‐ und Monitoringmethoden eröffnen sich heute neue Möglichkeiten, diese baukulturell bedeutsamen Ingenieurbauwerke über ihre ursprünglich geplante Lebensdauer hinaus zu erhalten. Das Beispiel der Nibelungenbrücke zeigt, wie innovative Ansätze in Kombination mit interdisziplinärer Zusammenarbeit zwischen Baulastträgern, Denkmalpflegern, Planern und Wissenschaft zu nachhaltigen Erhaltungsstrategien führen können. Der Beitrag spannt den Bogen von der historischen Entwicklung der Spannbetonbrücken im Freivorbau über die modernen, forschungsnahen Methoden des Bauwerkserhalts bis hin zur essenziellen Rolle einer engen Kooperation aller Beteiligten, um Spannbetonbrücken als Zeugnisse baukultureller Entwicklung langfristig zu bewahren.
Zusammenfassung In den vergangenen Jahren haben sich Hybridtürme zur Standardlösung für Onshore‐Windenergieanlagen in Deutschland etabliert. Der obere Teil dieser Türme besteht aus Stahlrohrsektionen, der untere aus Betonsegmenten. Die übereinandergestapelten Fertigteile werden durch externe Spannglieder verbunden. Die horizontalen Fugen zwischen den Segmenten werden üblicherweise trocken und glatt ausgeführt. Aus Transportgründen werden die Kreisringsegmente durch zusätzliche Vertikalfugen in kleinere Komponenten unterteilt. Die Lastübertragung in den Horizontalfugen derartiger Turmstrukturen ist jedoch noch nicht vollständig verstanden. Um diese Lücke zu schließen, wurden zunächst theoretische Berechnungsansätze vorgestellt. Anschließend erfolgten experimentelle Untersuchungen an einem Turmausschnitt aus drei übereinandergestapelten Betonsegmenten im Maßstab 1:10 unter kombinierter Belastung aus Vorspannung und Torsion. Es wurde nachgewiesen, dass vertikale Fugen die Normalspannungsverteilung in den trockenen Horizontalfugen erheblich beeinflussen. Im Bereich der Vertikalfugen wurden ausgeprägte Spannungskonzentrationen festgestellt. Aktuelle Bemessungsansätze gehen in Bauteilfugen jedoch stets von einer gleichmäßigen Spannungsverteilung aus und bilden demnach die tatsächliche Lastübertragung in den trockenen Segmentfugen unter kombinierter Belastung nur unzureichend ab.
Abstrakt Stützen in Parkbauten sind stark chloridexponierte Bauteile, zusätzliche Maßnahmen zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit sind daher erforderlich. Je nach gewählter Schutzmaßnahme können im Verlauf der Nutzungsdauer Kosten eingespart werden. Nun stellt sich die Frage, wie sich verschiedene Schutzmaßnahmen auf die klimawirksamen Emissionen des Bauteils auswirken. Am Beispiel einer Stütze mit bewehrtem Fundament unter Pflasterbelag werden anhand einer Ökobilanzierung in der Wirkungskategorie Global Warming Potential (GWP) verschiedene Ausführungsvarianten untersucht. Dabei werden Varianten mit herkömmlichem Bewehrungsstahl B500B in Kombination mit Oberflächenschutzsystemen sowie Stahl mit erhöhtem Korrosionswiderstand 1.4003 (Top12 Stahl der Steeltec AG) verglichen. Die Ergebnisse werden berechneten Lebenszykluskosten gegenübergestellt und baupraktisch eingeordnet.
Zusammenfassung Die Betonbauweise steht vor der Aufgabe, ihre CO 2 ‐Emissionen deutlich zu reduzieren und gleichzeitig die Anforderungen an Sicherheit, Dauerhaftigkeit und Wirtschaftlichkeit zu erfüllen. Vor dem Hintergrund der europäischen und nationalen Klimaschutzziele hat der Deutsche Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) das Ziel formuliert, die Betonbauweise bis 2045 klimaneutral zu gestalten und mit der Roadmap „Nachhaltig bauen mit Beton“ einen strategischen Handlungsrahmen geschaffen. Die Umsetzung erfolgt durch Forschungs‐, Normungs‐ und Regelwerksprojekte, die Nachhaltigkeitsaspekte systematisch in Planung, Bau, Nutzung und Instandhaltung von Betonbauwerken integrieren. Erste Ergebnisse wurden bereits fertiggestellt und veröffentlicht, weitere sind in der Bearbeitung oder Vorbereitung. So bildet die Roadmap die Grundlage für die kontinuierliche und praxisnahe Weiterentwicklung eines nachhaltigen Betonbaus und wird laufend an neue technische und regulatorische Anforderungen angepasst.
Abstract This paper proposes a new prestressed method for flexural strengthening of reinforced concrete bridges, which consists of casting a layer of ultra‐high performance fibre reinforced concrete with embedded iron‐based shape memory alloy (Fe‐SMA) bars over an existing reinforced concrete bridge deck. The system makes use of smart alloys’ ability to generate internal stresses, therefore actively unloading the parent structure upon installation. To evaluate the feasibility and performance of the new system, experiments were conducted on large‐scale 2.5 m cantilever slabs involving sequential testing stages, in which the slabs were first loaded to service levels to induce a cracked state prior to strengthening. The performance of the novel system was compared to non‐prestressed alternatives. Distributed fibre optical sensors were installed along the reinforcing steel bars, and digital image correlation was used, for strain and crack monitoring, respectively. While all strengthening methods more than doubled the load‐bearing capacity of the slabs, the prestressed method also significantly improved their performance under service loads. Following the activation of the Fe‐SMA bars, which were heated up to 200°C using resistive heating, the preloading deflections fully recovered, with existing cracks closing by more than 50 %, and the stresses in the internal steel were substantially reduced.
Abstrakt Bei der Revitalisierung des ehemaligen Karstadt‐Warenhauses in zentraler Lage von Neumünster stand früh die Frage im Raum, wie sich möglichst viel der bestehenden Tragstruktur erhalten lässt. Der aus den 1950er‐ bis 1970er‐Jahren stammende Stahlbetonskelettbau zeigte nach Entkernung, Schadstoffsanierung und Teilabbrüchen erhebliche Defizite hinsichtlich Standsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit. Zusätzlich erschwerten fehlende Bestandsunterlagen und lokal unzureichende Betonfestigkeiten die rechnerische Bewertung der Konstruktion erheblich. Anstelle eines weitreichenden Abrisses wurde dafür ein innovatives Gesamtkonzept entwickelt: umfangreiche Voruntersuchungen, Materialanalysen und gezielte Probebelastungen an repräsentativen Bauteilen sollten vorhandene Tragreserven nachweisen und den Erhalt der Konstruktion ermöglichen. Dieser Beitrag zeigt, wie die Stahlbetontragwerke in Kombination mit konventionellen Nachweisen erhalten blieben und wie Bauzeit, Kosten sowie CO 2 ‐Emissionen reduziert wurden, ohne die neue Nutzung des Gebäudes einzuschränken.
Abstrakt Die Verwendung faserverstärkter Kunststoffe (FVK) als stabförmige Bewehrung für Betonbauteile gewinnt im Bauwesen zunehmend an Bedeutung. Wesentliche Vorteile sind die Korrosionsbeständigkeit, das geringe Eigengewicht und die hohe Zugfestigkeit. Zahlreiche Studien haben sich mit der Tragfähigkeit FVK‐bewehrter Betonbauteile unter Zug‐, Biege‐ und Querkraftbeanspruchung befasst. Im Gegensatz dazu wurde das Verhalten unter Torsion bislang nur in einem vergleichsweise geringen Umfang untersucht. Im deutschsprachigen Raum liegen hierzu keine Untersuchungen und kein Bemessungsansatz vor. Vor diesem Hintergrund wurde zunächst die international verfügbare Literatur zur Torsionstragfähigkeit von FVK‐bewehrten Betonbauteilen recherchiert und ausgewertet, um bestehende Erkenntnisse zum Torsionsverhalten zu analysieren und zusammenzufassen. Darauf aufbauend wurde eine Datenbank mit den recherchierten Versuchen erstellt und anschließend wurden eigene experimentelle Torsionsversuche durchgeführt. Abschließend wurden die eigenen Versuche und die Datenbank ausgewertet und auf Grundlage der erzielten Erkenntnisse und Ergebnisse ein Berechnungsansatz für die Torsionstragfähigkeit von Betonbalken mit stabförmiger FVK‐Bewehrung erarbeitet. Der Berechnungsansatz baut auf dem bekannten Fachwerkmodell nach EC2 auf und berücksichtigt die durch die FVK‐Bewehrung hervorgerufenen spezifischen Auswirkungen auf das Torsionstragverhalten.
Abstrakt Bisher wurden Neubauteile aus Carbonbeton überwiegend in Fertigteilwerken und unter Laborbedingungen hergestellt. Erfahrungen mit Carbonbeton unter Verwendung von Ortbeton sind insbesondere für den Einbau von gitterförmiger Carbonbewehrung nur begrenzt vorhanden. Eine maßgebliche Hemmschwelle für eine breite Anwendung im Ortbeton stellt das anspruchsvollere Anforderungsprofil der Bauteilfertigung auf der Baustelle dar: Klima, Transport und Einbauprozesse erfordern deutlich robustere Betonmischungen, um das Verbundverhalten zwischen Carbonbewehrung und Beton nicht nachteilig zu beeinflussen. In diesem Beitrag werden Kurzzeitverbunduntersuchungen an Carbonbetonproben auf Basis von klinkereffizienten Transportbetonen vorgestellt, anhand derer die verschiedenen Einflüsse einer Vor‐Ort‐Betonage bewertet werden sollten. Dafür wurden drei leichtverdichtende und pumpfähige Transportbetonrezepturen der Druckfestigkeitsklasse C50/60 mit unterschiedlichen klinkerreduzierten Zementen entwickelt und mit zwei Carbongittern kombiniert. Die Herstellung der Verbundprobekörper erfolgte sowohl unter Laborbedingungen als auch bei hohen und niedrigen Umgebungstemperaturen sowie vergleichsweise kurzen und langen Verarbeitungszeiten in zwei Transportbetonwerken. Die Ergebnisse zeigen, dass Carbonbeton auch unter anspruchsvolleren Bedingungen erfolgreich realisiert werden kann. Gleichzeitig ergeben sich sinnvolle Anwendungsgrenzen bzgl. der Einbaukonsistenzen und der Gittergeometrien.
Abstrakt Für den breiten Einsatz von Carbonbeton in der Baupraxis sind Fügetechniken zum kraftschlüssigen Verbund vorgefertigter Bauteile erforderlich. Neben mechanischen Verbindungsmitteln, wie Dübel und Bolzen, kommen hierfür vor allem Epoxidharzklebstoffe und mineralische Mörtelklebstoffe zum Einsatz, wobei letztere eine nachhaltigere Alternative darstellen. Eine zentrale Herausforderung aller Systeme liegt im zerstörungsfreien Lösen der Verbindungen am Ende der Nutzungsdauer. Der vorliegende Beitrag greift diese Problematik auf und untersucht den Einsatz alternativer Zemente als schaltbare Klebstoffe für Carbonbetonbauteile. Die Korrosionsbeständigkeit der Carbonbewehrung ermöglicht in diesem Kontext neue Materialkombinationen, die im herkömmlichen Stahlbeton nicht praktikabel sind. Erstmals wird Sorelzement, ein chloridhaltiger Magnesiazement, als schnell erhärtender mineralischer Klebstoff für Carbonbeton untersucht. Darüber hinaus wird dessen selektive Auflösung in der Klebefuge durch ein saures Milieu erprobt – nach dem Prinzip „Debonding on Demand“. Dieser Beitrag beschreibt den Entwurf eines Klebstoffs auf Basis von Sorelzement hinsichtlich Verarbeitbarkeit, Erhärtungszeit und Lösbarkeit. Die Leistungsfähigkeit wird durch Haftzugversuche validiert und abschließend werden mit Sorelzement vergossene Vollstöße zwischen Carbonbetonfertigteilen im großformatigen Vier‐Punkt‐Biegeversuch getestet, um die Übertragung auf praxisrelevante Bauteilabmessungen zu erproben.
Abstrakt Die in diesem Beitrag erläuterte Vorgehenswese beschreibt eine Methode, die Kippstabilität von Stahlbeton‐ und Spannbetonträgern mithilfe einer geometrisch und physikalisch nichtlinearen Berechnung nachzuweisen. Bezüglich der physikalischen Nichtlinearität wird ein konsequenter Ansatz zur Ermittlung der Dehn‐, Biege‐ und Torsionssteifigkeiten vorgestellt. Auf Grundlage der gültigen Eurocodes wird die Tragfähigkeits‐ und Verformungsberechnung konkretisiert und eine Vorgehensweise zur Ermittlung der Kriechverformungen erläutert. Die Berechnungsergebnisse werden durch Versuchsnachrechnungen validiert und für die Anwendung in der Praxis aufbereitet.
Abstrakt Stäbe aus faserverstärktem Kunststoff (FVK‐Stäbe) werden im Betonbau als nichtmetallische Bewehrung sowie als Verbindungsmittel in mehrschichtigen Stahlbetonfassaden eingesetzt. Bei Verbindungsmitteln ergibt sich die freie Länge aus der Dämmschichtdicke und den Einbindebereichen. Zur Bewertung des Einflusses der freien Länge auf die Drucktragfähigkeit werden Kurzzeit‐Druckversuche an glasfaserverstärkten (GFK)‐ und basaltfaserverstärkten (BFK)‐Stäben mit unterschiedlichen Durchmessern, Oberflächenprofilierungen und freien Längen ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Abnahme der Versagensdruckspannung mit zunehmender Prüfschlankheit. Zugleich ändern sich die beobachteten Versagensformen von lokal begrenztem Druckversagen über Schubknicken bis hin zu Ausknicken mit Längsspaltung. Zur Beschreibung der Versagensdruckspannung wird ein abschnittsweise formulierter Modellansatz vorgeschlagen. Der materialdominierte Referenzwert wird aus kurzen Proben abgeleitet und mit dem Ansatz nach Budiansky mechanisch eingeordnet. Der stabilitätsgeprägte Bereich wird über die Eulersche Knickspannung mit Knicklängenbeiwert erfasst. Der Ansatz beschreibt das Kurzzeittragverhalten unter Druckbeanspruchung auf Mittelwertniveau und ermöglicht die Bewertung des Einflusses freier Stablängen.
Abstrakt Aufgrund zunehmender Bautätigkeit und ihres wesentlichen Anteils an den globalen Treibhausgasemissionen stellt sich die Frage, wie die Treibhausgasemissionen von Tragwerken wirksam reduziert werden können. Eine Analyse auf Materialebene ist dabei essenziell, um die Emissionen der Baustoffe zu erfassen. Die isolierte Betrachtung von Baustoffen mittels Ökobilanzen, die lediglich auf Durchschnittswerten einzelner Materialien basieren, sind dafür nicht ausreichend, da die Streuung der Emissionen der Baustoffe damit nicht abgebildet wird. Damit wird das erhebliche Reduktionspotenzial innerhalb der jeweiligen Materialgruppen vernachlässigt, obwohl die gezielte Materialwahl im Tragwerk große Möglichkeiten zur CO 2 ‐Reduktion bietet. Auf die Materialwahl folgt der Entwurf, wobei der Fokus auf den Geschossdecken liegt, da diese den größten Hebel zur Reduktion der Emissionen im Tragwerk darstellen. Der Vergleich von Deckensystemen verdeutlicht, dass oft nicht die statischen Anforderungen maßgebend sind für die Dimensionierung von Tragwerken, sondern Komfortansprüche, die das Tragsystem nur inklusive Bodenaufbau erfüllen kann, wobei dieser Aufbau einen erheblichen Einfluss auf die Emissionen des Deckensystems hat. Das Potenzial zur Reduktion der Emissionen kann folglich nicht durch die isolierte Betrachtung von Materialemissionen oder der Tragstruktur ermittelt werden. Es sind jeweils ganzheitliche Vergleiche notwendig, um einen Entwurf materialeffizient und nachhaltig zu gestalten.
Abstrakt Der Einsatz von Fertigteil‐Stahlbetonstützen im Hochhausbau liefert einen Beitrag zu verkürzten Bauzeiten, reduzierten Immissionen, hoher Ausführungsqualität sowie zu einer wirtschaftlichen Realisierung von dringend benötigtem Wohn‐ und Arbeitsraum. Als Fügestelle der Stahlbetonstützen hat sich der vermörtelte Druckstoß mit Stahlplatten zur Querdehnungsbehinderung durchgesetzt. An den Stumpfstoß müssen dabei hohe Anforderungen an die Qualität und Maßhaltigkeit gestellt werden, die über die üblichen Hochbautoleranzen nicht mehr abgedeckt sind. Neben einer hohen Qualität der Mörtelfuge sollten auch Spalte zwischen Längsbewehrung und Stahlplatte möglichst geringgehalten oder vermieden werden. Dies ist in der Baupraxis besonders bei hoch bewehrten Stahlbetonstützen oft nicht möglich. Im vorliegenden Beitrag wird daher der Einfluss von Spaltmaßen auf das Trag‐ und Verformungsverhalten von Stumpfstößen analysiert. Hierzu werden zwei kleinformatige Versuchsserien vorgestellt, an denen unterschiedliche Spaltmaße eingestellt und experimentell untersucht werden. Es kann gezeigt werden, dass Spalte zwischen Längsbewehrung und Stahlplatte maßgeblichen Einfluss auf das Verformungsverhalten gestoßener Stützen haben und die Traglasten reduzieren können. Abschließend werden mögliche Kompensationsmaßnahmen diskutiert, um Traglasteinbußen zu verhindern.
Abstrakt Zur experimentellen Untersuchung des Rissbildungsverhaltens von Carbonbetonverstärkungsschichten wurden großmaßstäbliche, drei Meter lange, vorgeschädigte Stahlbetonplatten in 4‐Punkt‐Biegeversuchen unter Nutzung digitaler Bildkorrelation analysiert. Variiert wurden der Bewehrungsgrad des Grundkörpers, die Lagenanzahl der Carbongitter sowie die Verbundeigenschaften der Stahlbewehrung. Die Ergebnisse zeigen ein günstiges Rissbildungsverhalten der Verstärkungsschicht mit im Vergleich zum reinen Stahlbeton geringeren Rissabständen und Rissbreiten. Die mittleren Rissabstände lagen im abgeschlossenen Rissbild zwischen 38 mm und 55 mm und entsprachen etwa dem Zwei‐ bis Dreifachen der Gitterweite der Carbonbewehrung. Bei höheren Lastniveaus näherten sich die Rissabstände in der Verstärkungsschicht und im Grundkörper an und lagen in einer vergleichbaren Größenordnung. Trotz hoher Carbondehnungen nahe der Bemessungsgrenzdehnung blieben die Rissbreiten deutlich unterhalb des Gebrauchstauglichkeitskriteriums von 0,4 mm. Ergänzend wurde eine erste rechnerische Abschätzung des Rissverhaltens auf Basis vereinfachender Annahmen durchgeführt, die insgesamt eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen zeigt.
Abstract Der vorliegende Beitrag behandelt die numerische Untersuchung zur Spannungsentwicklung eines innovativen Randbalkensystems infolge Betonerhärtung, welches in seiner Ausbildung seitlich am Tragwerk angeordnet ist und den Randbalken konsequent vom Fahrbahnaufbau entkoppelt. Durch diese Entkopplung kann der Randbalken unabhängig von den Arbeiten am Tragwerk hergestellt werden, wodurch die zeitliche Abfolge zwischen der Betonage des Tragwerks und des Randbalkens flexibel gestaltbar wird. Im Mittelpunkt der Untersuchung steht daher insbesondere der Einfluss unterschiedlicher Betonageabstände auf die Zwangspannungsentwicklung im Randbalken. Zur Abbildung der Temperatur‐, Dehnungs‐ und Spannungsentwicklung wird ein Finite‐Elemente‐Modell der Brücke und des angeschlossenen Randbalkens erstellt. Zur Validierung der Berechnungsergebnisse stehen Messdaten eines Prototypbauwerks zur Verfügung, an dem mittels eines verteilten faseroptischen Monitorings (DFOS) Temperatur‐ und Dehnungsverläufe während der Erhärtungsphase erfasst wurden. Auf Grundlage des validierten Modells wird anschließend der Einfluss des zeitlichen Abstands zwischen der Betonage des Tragwerks und der Herstellung des Randbalkens im Rahmen einer Parameterstudie untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zwangspannungen im Randbalken maßgeblich durch die Verformungsentwicklung des Tragwerks beeinflusst werden. Insbesondere der zeitliche Abstand zwischen der Herstellung des Tragwerks und des Randbalkens wirkt sich dabei wesentlich auf das Spannungsniveau im erhärtenden Beton aus.
