02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
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Item Open Access Simulation of cracking and failure of concrete structures(1990) Cervenka, Vladimir; Eligehausen, RolfThe computer simulation of the cracking process in concrete structures is performed by means of the program system SBETA. The program is based on nonlinear hypo-elastic constitutive model, which covers all important, experimentally derived material properties, namely, cracking, nonlinear stress-strain law in compression, softenning in compression and tension, biaxial failure function, etc. The nonlinear fracture mechanics is included by means of the fictitious crack model and smeared crack approach. Two examples of computer simulation of concrete fracture are shown. In the first example, the failure mode of a pull-out test is presented. In the second example, the process of the crack development and shear failure of a reinforced concrete beam is simulated.Item Open Access Warmbeton : Mischungsentwicklung mit verbesserter Übertragbarkeit in den Realmaßstab(2019) Schließer, Agnes; Garrecht, Harald (Prof. Dr.-Ing.)Warmbeton vereint tragende und wärmedämmende Eigenschaften in einem Baustoff. Damit ist die monolithische Ausführung von Außenwänden und der Verzicht auf eine zusätzliche Wärmedämmschicht möglich. Die Entwicklung und Verbesserung solcher Baustoffe wird von der klimaschutzpolitischen Forderung nach einem annähernd klimaneutralen Gebäudebestand in Deutschland gefördert. Findet die Entwicklung neuer Betone ausschließlich im Labor statt, sind unter den dort herrschenden optimalen Bedingungen sehr gute Betoneigenschaften einstellbar. Für eine erfolgreiche Übertragung in den Realmaßstab ist bereits von Beginn der Mischungsentwicklung an auf ein robustes Frischbetonverhalten zu achten, das über die Betrachtung der Packungsdichte abzuschätzen ist. Wird ebenfalls frühzeitig der von Mischerbautyp und -größe abhängige Energieeintrag in die Mischung betrachtet, ist die Übertragung vom Labor- auf den Produktionsmischer bei nahezu gleichbleibender Betongüte möglich. Unter Berücksichtigung dieser Einflussgrößen gelang die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit eines Warmbetons auf einen Bemessungswert von lediglich 0,125 W/(m·K). In der vorliegenden Arbeit werden Mischungsentwicklung und Betoneigenschaften zusammengefasst.Item Open Access Befestigungen mit Verbundankern. [Teil 1](1984) Eligehausen, Rolf; Mallée, Rainer; Rehm, GallusSeit 1975 wurden Verbundankersysteme verschiedener Firmen bauaufsichtlich zugelassen, wobei die Systeme hinsichtlich der Zusammensetzung des Mörtels praktisch identisch sind. Diese Zulassungsbescheide regelten die Verwendung von Einzelankern sowie Ankerpaaren mit Ankern in der aus Lastspannungen erzeugten Druckzone von Beton- und Stahlbetonbauteilen. Die Anwendungsbedingungen wurden u. a. aus den beschriebenen Versuchen abgeleitet und sind ausführlich erläutert. Weitere wichtige Informationen über das Tragverhalten von Verbundankern mit großen Rand- und Achsabständen unter Kurzzeit-, Dauer- und Ermüdungsbelastung sowie bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen (Trocken- oder Naßlagerung) und bei erhöhten Temperaturen sind zu entnehmen. Zwischenzeitlich wurden wesentliche neue Erkenntnisse über das Tragverhalten von Verbundankern bei engen Rand- und Achsabständen sowie von Verankerungen in Rissen gewonnen, die bei der Neufassung der Zulassung berücksichtigt wurden. Diese Neufassung enthält auch wesentliche Vereinfachungen für die Bemessung von Befestigungen mit Verbundankern. In diesem Beitrag wird das Tragverhalten von Verbundankern unter Kurzzeitbelastung beschrieben und es wird auf Langzeiteinflüsse eingegangen. Weiterhin werden die in den Neuzulassungen festgelegten Anwendungsbedingungen erläutert.Item Open Access Numerical and experimental study of concrete structures exposed to impact and fire(2018) Ruta, Daniela; Ožbolt, Joško (Prof. Dr.-Ing. habil.)During their service life concrete and reinforced concrete structures may be exposed to extreme loading conditions such as fire, explosions, impact, earthquakes and terroristic attacks. In particular situations, as in case of chemical industries where the probabilities of explosions are relatively high, combination of extreme loadings represents a major risk. To assure safety conditions in terms of cost and lives losses for the involved structure as well as for the surrounding buildings, it is important to take into account the effect of multi-hazard phenomena. The aim of this work is to study the dynamic concrete behaviour after thermal exposure analyzing the change of the material state and structural response, by means of experimental tests and numerical analysis. In the literature, few studies can be found on the behaviour of concrete and RC structures subjected to coupled thermal and dynamic loads. The results of the study are also useful to extend the experimental and numerical database available in the literature. Experimental and numerical investigations on fire exposed plain concrete (compact tension specimen) and full scale reinforced concrete structures (slabs and frames) under high loading rates are presented and discussed.Item Open Access Computer simulation of anchoring technique in reinforced concrete beams(1990) Cervenka, Vladimir; Pukl, Radomir; Eligehausen, RolfThe load transfer in reinforced concrete structures by means of anchoring elements is very common in modern concrete technology. Anchoring elements are often inserted in the bottom surface of a structure and the load is transfered by tensile action of the concrete. In case of shear failure, the anchores are located in the most exposed tensile zone of beams. The shear failure can be thus influenced by anchoring elements. This effect was analysed by means of the finite element program SBETA, which is based on the nonlinear-elastic constitutive model. The comparison with experiments for several loading configurations was made. In the second part a computer simulation of similar experiments was conducted.Item Open Access Computer simulation: splitting tests of concrete thick-walled rings(1992) Pukl, Radomir; Schlottke, Bernd; Ozbolt, Josko; Eligehausen, RolfTwo non-linear program systems are used for a computer simulation of splitting failure of thick-walled concrete rings under internal radial pressure. Results of the numerical analyses for plane stress models, axisymmetrical model and 3D model are compared with available experimental data and empirical formulas. It is shown, that the behavior observed in experiments can be simulated, using advanced material models, namely the non local microplane model and SBETA material model based on the crack hand theory. With increasing outer radius of the ring, a size effect can be observed.Item Open Access Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen unter beliebiger Querbelastung in ungerissenem Beton(2005) Hofmann, Jan E.; Eligehausen, Rolf (Prof. Dr.-Ing.)In der vorliegenden Arbeit wurde das Tragverhalten von Verbunddübeln unter beliebiger Querbelastung anhand theoretischer, numerischer und experimenteller Untersuchungen untersucht. Die Ergebnisse beschränken sich dabei auf Verankerungen ohne Rückhängebewehrung im ungerissenen Beton. In Abschnitt 2 wurden zunächst die bisherigen Untersuchungen verschiedener Autoren zusammengefasst und das CC-Verfahren für die Bemessung querbelasteter Verankerungen vorgestellt. Ergänzend hierzu wurden Versuche am Bauteilrand und in der Bauteilecke durchgeführt, bei denen ein Versagen infolge Betonausbruch auf der lastabgewandten Seite auftrat. Die Ergebnisse zeigen, dass das CC Verfahren auch für diese Fälle angewandt werden kann, wenn die zentrische Zugtragfähigkeit am Bauteilrand und in der Bauteilecke entsprechend abgemindert wird. Die bisherigen Versuche wurden anschließend in Abschnitt 3 in einer Datenbank zusammengefasst und ausgewertet und den vorhandenen Forschungsbedarf abzugrenzen. In Abschnitt 4 wurde ein auf der linear elastischen Bruchmechanik, der elastischen Bettung und der Theorie der Querpressung basierendes Berechnungsmodell für Befestigungen unter Querlast entwickelt. Mit diesem Modell ist es möglich die Bruchlast, die theoretische Erstrisslast, den Rissverlauf sowie eine idealisierte Last-Verschiebungskurve für die Versagensart Betonkantenbruch zu bestimmen. Hierfür sind jedoch unterschiedliche ebene Rissprobleme zu lösen für die in der Literatur nur bedingt Lösungen angegeben sind. Um die zugehörigen Spannungsintensitätsfaktoren dieser ebenen Rissprobleme zu ermitteln wurden diese mit Hilfe numerischer Berechnungen und der COD-Methode bestimmt. Für eine ausführliche Parameterstudie wurde das entwickelte bruchmechanische Modell in einem Programm umgesetzt, so dass für die Berechnung einer Verankerung nur die Eingabe der wichtigsten Randbedingungen erforderlich ist. Um das in Abschnitt 4 entwickelte bruchmechanische Modell für beliebige Anwendungsfälle zu verifizieren wurden numerische (Abschnitt 5) und experimentelle (Abschnitt 6) Untersuchungen mit Einzel- und Gruppenverankerung am Bauteilrand und in der Bauteilecke durchgeführt. In der Regel wurden sowohl die Rissbilder als auch die Bruchlasten brauchbar durch das bruchmechanische Modell erfasst, wenn die Verankerungen infolge Betonkantenbruch versagten. Die wichtigsten Ergebnisse der bruchmechanischen, numerischen und experimentellen Untersuchungen sind im folgenden zusammengefasst: - Der Einfluss des Durchmessers und der Verankerungstiefe nimmt mit zunehmendem Randabstand ab. - Die Bruchlasten steigen an, wenn der Lasteinleitungsbereich eingespannt ausgebildet wird. Dieser Einfluss ist von der Dübelsteifigkeit abhängig und für größer werdende Verhältnisse hef / dnom geringer. - Der Einfluss der Bauteilecke und des Achsabstandes s2 wird durch das CC Verfahren brauchbar erfasst. - Wird für die Tragfähigkeit einer Dübelgruppe die doppelte Betonkantenbruchlast der vorderen Dübelreihe angenommen, muss diese für Verhältnisse s1/c1 < 0,75 abgemindert werden, da die Last hauptsächlich über die hinteren Dübel abgetragen wird. In den numerischen Berechnungen ist für Verankerungen mit s1/c1 < 0,7 daher am vorderen Dübel kein Riss sichtbar. - Bei Verankerungen mit hintereinander liegenden Dübeln und Lochspiel wird die Bruchlast des hinteren durch die Rissbildung des vorderen Dübels beeinflusst. Für Verhältnisse s1/c1 > 2,0 entspricht die Gruppentragfähigkeit der Betonkantenbruchlast der hinteren Dübelreihe. Für Verhältnisse s1/c1 < 2,0 muss die Tragfähigkeit der hinteren Dübel linear abgemindert werden, bis die Bruchlast der vorderen Dübel erreicht wird. - Der Einfluss der Bauteildicke wird durch das CC-Verfahren leicht überschätzt. - Für parallel zum Rand belastete Verankerungen hängt die Bruchlast stark von der zu erwartenden Pressung vor den Bolzen und dem Verhältnis von Spaltkraft zu Zugkraft ab. Die theoretischen und experimentellen Untersuchungen zeigen, dass diese hauptsächlich vom Durchmesser, dem Randabstand und der Betondruckfestigkeit abhängt. - Versuche mit Verbunddübeln, die entgegen den Rand belastet werden zeigen, dass diese stets infolge Betonausbruch auf der lastabgewandten Seite versagen. - Die Ergebnisse zu Verankerungen unter Torsionsbelastung zeigen, dass die Bruchlast des senkrecht zum Rand belastet Ankers nicht durch den entgegen den Rand belasteten Anker beeinflusst wird, auch wenn dieser deutlich höher Lasten aufnimmt. - Der Bruchrisswinkel einer Verankerung ist vom Randabstand, dem Dübeldurchmesser sowie den Achs- und Eckabständen abhängig. Für große Durchmesser und kleine Randabstände wird dieser flacher ebenso wie für kleine Achs- und Eckabstände. - Bei Verankerungen mit hintereinander angeordneten Dübeln ist für kleine Verhältnisse s1 /c1 der Rissverlauf am vorderen Dübel steiler (40° bis 60°) als der einer entsprechenden Einzelverankerung (30° bis 40°).Item Open Access Behavior and testing of fastenings to concrete for use in seismic applications(2006) Hoehler, Matthew Stanton; Eligehausen, Rolf (Prof. Dr.-Ing.)This dissertation investigates the behavior in concrete of cast-in and post-installed fastenings under earthquake conditions and provides background for the development of seismic qualification methods and performance assessment criteria for fasteners. Chapters 1 and 2 define the problem and provide the context for the research. Chapter 3 puts existing literature related to the behavior and testing of fasteners under earthquake conditions into a cohesive framework. This chapter also reviews and summarizes normative standards for the design and testing of fasteners for seismic applications. Chapter 4 investigates the conditions to which fasteners may be subjected during an earthquake so that realistic boundary conditions for testing can be established. It is shown that fasteners used to connect structural and nonstructural elements to a reinforced concrete structure experience both crack cycling and load cycling at dynamic rates during an earthquake. Based on theoretical considerations and numerical studies, this chapter establishes typical values for crack widths and the number of crack opening and closing cycles during an earthquake for use in fastener qualification tests. Cumulative damage based cycle counting methods are used to develop tension and shear load cycling time-histories for fasteners. Chapters 5, 6 and 7 present and discuss the results of experimental investigations of fastener behavior under seismic conditions. Chapter 5 deals with fastener performance in wide cycled cracks when full crack closure occurs, i.e. when the cracks are pressed closed as could occur during a moment reversal in a member. This chapter describes in detail the load-displacement response of various fastener failure modes during extreme crack cycling. Chapter 6 presents results from tests with pulsating tension loads. Tests with cast-in headed bolts are used to develop an equation to predict head slip during tension load cycling. Tests with post-installed fasteners investigate the performance of various load-transfer mechanisms during tension cycling at near-ultimate load. Chapter 7 focuses on the behavior of fasteners under high (earthquake relevant) loading rates. Under certain conditions some fasteners can exhibit a lower ultimate capacity at high loading rate than at quasi-static loading rate or may undergo a change in failure mode. Chapter 8 demonstrates that some existing design guidelines have an insufficient margin of safety to avoid brittle fastener failure. This chapter also shows that the deformation capacity of anchors designed for ductile steel failure can be controlled using the margin of safety between steel failure and brittle failure. Finally, Chapter 9 makes recommendations to improve qualification testing methods and assessment criteria for fasteners used for earthquake applications.Item Open Access Last-Verformungsverhalten von Mauerwerk im ebenen Spannungszustand(2019) Weber, Marius; Hofmann, Jan (Prof. Dr.)Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, ein Materialmodell für quasi-statisch monoton beanspruchte Mauerwerksscheiben im ebenen Spannungszustand zu entwickeln und in die nichtlineare Finite-Elemente- (NLFE-) Methode zu implementieren. Der erste Teil der Arbeit umfasst eine Darstellung des Kenntnisstands von eben beanspruchten Mauerwerksscheiben. Es wird das grundlegende Tragverhalten dargestellt, die experimentellen Untersuchungsmethoden aufgezeigt und die numerische Modellbildung erörtert. Bestehende NLFE-Modelle aus der Literatur werden vorgestellt und kritisch hinterfragt. Es wird die in dieser Arbeit verwendete numerische Simulationsstrategie beschrieben und auf die zentralen Aspekte der mechanischen Formulierung von allgemein beanspruchten Flächenelementen eingegangen. Im Hauptteil der Arbeit wird das entwickelte Materialmodell für Mauerwerksscheiben vorgestellt und dessen numerische Umsetzung im Rahmen der NLFE-Methode erläutert. Die Verifikation des NLFE-Modells erfolgt anhand der Nachrechnung von publizierten Bauteilversuchen. Zudem wird das entwickelte Materialmodell für Mauerwerksscheiben mit einem bestehenden Materialmodell für Stahlbetonbauteile verknüpft und in die NLFE-Methode implementiert. Das Materialmodell für die Stahlbetonbauteile wird erörtert sowie Versuche an Mischtragwerken aus Stahlbetonbauteilen und Mauerwerksscheiben nachgerechnet. Die Zusammenfassung, die Schlussfolgerungen und der Ausblick runden die Arbeit ab.Item Open Access Finite element based design of timber structures(2023) Töpler, Janusch; Schweigler, Michael; Lemaître, Romain; Palma, Pedro; Schenk, Martin; Grönquist, Philippe; Tapia Camú, Cristóbal; Hochreiner, Georg; Kuhlmann, Ulrike