CarboLight Bridge - eine ultraleichte Konstruktion aus kohlefaserverstärktem und infraleichtem Beton

Der Demonstrator für das SPP 1542 sollte die Erkenntnisse der Teilprojekte „Querschnittsadaption für stabförmige Druckbauteile“ und „Leichte Deckentragwerke aus geschichteten Hochleistungsbetonen“ aufgreifen und widerspiegeln. Zudem sollte ein Tragwerk verwendet werden, dessen Kraftfluss für jeden Betrachter deutlich erkennbar ist und dessen Erscheinung dem Prinzip form follows force folgt. Da das Deutschen Museum in München im Zuge der Modernisierung zukunftsfähigen Innovationen mehr Raum bieten möchte, ergab sich die Möglichkeit, eine Ausstellungsbrücke in der Abteilung Brückenbau zu errichten. Das Deutsche Museum zählt zu den weltweit anerkanntesten Institutionen für Naturwissenschaft und Technik und gehört mit jährlich ca. 1,5 Millionen Besuchern zu den meistbesuchten Museen in Deutschland [1]. Für den Demonstrator steht ein ca. 9,5 m langer und ca. 2,0 m tiefer Bereich zwischen zwei Wänden zur Verfügung. Die Ausstellungsbrücke sollte in einer Höhe von ca. 3,50 m installiert werden, um diese sowohl von unten als auch von der in gleicher Höhe benachbarten Besucherbrücke von Jörg Schlaich [2] betrachten zu können. [Aus. Einleitung]The demonstrator for SPP 1542 should take into account and reflect the findings of the SPP projects “Cross-section adaptation for bar-shaped compression components” and “Lightweight floor structures made of layered high-performance concretes”. In addition, a structure was to be designed where the flow of force is clearly recognisable to any observer from the external shape and whose design follows the principle of form follows force. Since the Deutsches Museum in Munich wants to of er more space to future-oriented innovations in the course of modernisation, the opportunity came up to erect an exhibition bridge in the bridge construction department. The Deutsches Museum is one of the world’s most renowned institutions for natural science and technology and, with around 1.5 million visitors a year, one of the most visited museums in Germany [1]. An area approx. 9.5 m long and approx. 2.0 m deep between two walls was available for the demonstrator. The exhibition bridge was to be installed at a height of approx. 3.50 m so that it could be viewed from below as well as from the neighbouring visitor bridge by Jörg Schlaich [2] at the same height. [Off: Introduction

Koordination des SPP 1542

Leicht Bauen mit Beton − was zuerst wie ein Paradoxon erscheint, ist der Titel des DFG-Schwerpunktprogramms (SPP) 1542 [2]. Das SPP wurde über zwei Förderperioden finanziert. Aufgrund zahlreicher Projektverlängerungen – der letzte mit Mitteln des SPP fi nanzierte Demonstrator wurde im Sommer 2021 fertiggestellt – erfolgt der Projektabschluss nun erst im März 2022.Lightweight construction with concrete (in short: Concrete light) – what at first seems like a paradox is the title of the DFG Priority Programme (SPP) 1542 [2]. The SPP was funded over two grant periods. Due to numerous project extensions – the last SPP demonstrator was completed in summer 2021 – the project will now end in March 2022

Vorwort

Aus dem Vorwort: „Bereits vor 50 Jahren zeigte ein Forscherteam um Donella und Dennis Meadows am MIT in einer vom Club of Rome initiierten Studie mögliche Zukünfte der Weltwirtschaft unter Einbeziehung der globalen Wirkung von Industrialisierung, Bevölkerungswachstum, Unterernährung, Ausbeutung von Rohstoffreserven und Zerstörung von Lebensraum auf. Heute – ein halbes Jahrhundert später – haben diese Szenarien nichts an Aktualität verloren. Sie sind vielmehr verstärkt ins Bewusstsein gerückt. Themen wie globale Ressourcenknappheit, Klimaveränderung, Bevölkerungswachstum, Verantwortung und Generationengerechtigkeit im ökologischen, ökonomischen und sozialen Sinne sind heute allgegenwärtig und prägen weite Bereiche unseres Lebens und Arbeitens. Das Prinzip der Nachhaltigkeit, erstmals 1713 von Hans Carl von Carlowitz schriftlich formuliert, gehört heute zur Vision und Philosophie fast jedes Unternehmens und ist wesentlicher Bestandteil von Wissenschaft und Bildung....”from the preface: „As early as 50 years ago, a team of researchers around Donella and Dennis Meadows at MIT showed possible futures of the world economy in a study initiated by the Club of Rome, taking into account the global impact of industrialisation, population growth, malnutrition, exploitation of raw material reserves and destruction of living space. Today – half a century later – these scenarios have lost none of their relevance. On the contrary, they have become more prominent. Topics such as global resource scarcity, climate change, population growth, responsibility and intergenerational fairness in the ecological, economic and social sense are omnipresent today and influence wide areas of our life and work. The principle of sustainability, first formulated in written form by Hans Carl von Carlowitz in 1713, is now part of the vision and philosophy of almost every company and is an essential ingredient of science and education....

Hochleistungsleichtbeton unter mehraxialer Druckbeanspruchung: Eine experimentelle Analyse

In dieser Arbeit wird das Tragverhalten von Leichtbeton unter mehraxialer Druckbeanspruchung behandelt. Zu diesem Zweck wurden zahlreiche Versuche mit verschiedenen Hochleistungsleichtbetonen in einer Triaxial-Prüfmaschine durchgeführt. Als Leichtzuschlag wurde Blähton verwendet. Die hergestellten Betone können in Festigkeitsklassen zwischen LC 35/38 und LC 80/88 eingeordnet werden. Bei den Hauptversuchen wurden vor allem die Bruchbilder, die Bruchfestigkeiten und die Prüfkörperverformungen registriert und analysiert. Im Rahmen der Auswertung der Versuche werden die Einflüsse von Matrix und Art des Leichtzuschlages auf die Bruchwerte und auf das Ver-formungsverhalten der Leichtbetone herausgearbeitet. Parallelen und Unterschiede zu bekannten Forschungsergebnissen an Leichtbetonen und zu Beton mit Normalzuschlägen werden aufgezeigt. Für die mathematische Beschreibung der Bruchwerte werden Näherungsfunktionen für zweiaxiale und für dreiaxiale Druckspannungskombinationen vorgeschlagen.In this research the behaviour of lightweight concrete under multiaxial compression was investigated. Therefore more than 500 single tests were performed in a triaxial testing machine. The high performance lightweight aggregate concretes can be classified in Strength classes between LC 35/38 and LC 80/88. The main focuses in the evaluation of the experiments were the crack pattern, the fracture strength and the deformations. Especially the influences of type of matrix and type of lightweight aggregate on the fracture values and on the deformation behaviour of lightweight were identified. Parallels and differences to known research on lightweight concretes and concrete with normal aggregates were identified. For the mathematical description of the ultimate loads approximations were proposed for biaxial and triaxial compressive stress combinations

Hochleistungsleichtbeton unter mehraxialer Druckbeanspruchung: Eine experimentelle Analyse

In dieser Arbeit wird das Tragverhalten von Leichtbeton unter mehraxialer Druckbeanspruchung behandelt. Zu diesem Zweck wurden zahlreiche Versuche mit verschiedenen Hochleistungsleichtbetonen in einer Triaxial-Prüfmaschine durchgeführt. Als Leichtzuschlag wurde Blähton verwendet. Die hergestellten Betone können in Festigkeitsklassen zwischen LC 35/38 und LC 80/88 eingeordnet werden. Bei den Hauptversuchen wurden vor allem die Bruchbilder, die Bruchfestigkeiten und die Prüfkörperverformungen registriert und analysiert. Im Rahmen der Auswertung der Versuche werden die Einflüsse von Matrix und Art des Leichtzuschlages auf die Bruchwerte und auf das Ver-formungsverhalten der Leichtbetone herausgearbeitet. Parallelen und Unterschiede zu bekannten Forschungsergebnissen an Leichtbetonen und zu Beton mit Normalzuschlägen werden aufgezeigt. Für die mathematische Beschreibung der Bruchwerte werden Näherungsfunktionen für zweiaxiale und für dreiaxiale Druckspannungskombinationen vorgeschlagen.In this research the behaviour of lightweight concrete under multiaxial compression was investigated. Therefore more than 500 single tests were performed in a triaxial testing machine. The high performance lightweight aggregate concretes can be classified in Strength classes between LC 35/38 and LC 80/88. The main focuses in the evaluation of the experiments were the crack pattern, the fracture strength and the deformations. Especially the influences of type of matrix and type of lightweight aggregate on the fracture values and on the deformation behaviour of lightweight were identified. Parallels and differences to known research on lightweight concretes and concrete with normal aggregates were identified. For the mathematical description of the ultimate loads approximations were proposed for biaxial and triaxial compressive stress combinations

Das Schwerpunktprogramm 1542 – die erste Förderperiode im Überblick

Das Schwerpunktprogramm 1542 − Leicht Bauen mit Beton − wird seit nunmehr drei Jahren von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Der vorliegende Beitrag gibt einen kurzen Abriss, wie es zur Einrichtung des SPP 1542 kam, und einen Überblick über Struktur, Koordinierung, Schwerpunktaktivitäten sowie Öffentlichkeitsarbeit in der ersten Förderphase

Leicht bauen mit Beton: Forschung im Schwerpunktprogramm 1542, Förderphase 1

Vor 42 Jahren veröffentlichte der Club of Rome das Buch „Die Grenzen des Wachstums". In der Studie wurde ein Szenario entworfen, das sich ereignen könnte, wenn wir unser Verhalten auf globaler Ebene nicht änderten. Ich war 16 Jahre alt und habe das Buch förmlich verschlungen. 40 Jahre später erschien der Bericht „2052 – Eine globale Prognose für die nächsten 40 Jahre“. Seine Lektüre hat mich nicht minder gefesselt. Nach wie vor und mit kaum weniger Schärfe und Deutlichkeit stehen die Themen globale und Generationengerechtigkeit im ökologischen, ökonomischen und sozialen Sinne auf der Agenda der Menschheit. Gefragt sind langfristige Perspektiven für eine Entwicklungspolitik, die zugleich umweltschonend ist. Nachhaltigkeit – ein Prinzip, das erstmals 1713 von dem Sachsen Hans Carl von Carlowitz schriftlich formuliert wurde – gehört heute zur Vision und Philosophie fast jedes Unternehmens, prägt Wissenschaft und Bildung. Wollen wir unseren ökologischen Fußabdruck auf der Erde eingrenzen, müssen wir mit ihren Ressourcen schonender umgehen, die CO2- Emission senken, andere Wege gehen. Die Bedeutung einer nachhaltigen Entwicklung als Leitbild für die Zukunft ist international unbestritten. Das Bauwesen gehört weltweit zu den wachstumsstärksten Branchen und nimmt eine besondere Stellung ein, weil es wesentliche Bedürfnisse des Menschen wie Wohnen und infrastrukturelle Ansprüche befriedigt. Damit verbunden sind große wirtschaftliche und für die Umwelt relevante Aufwendungen. Umweltschutz im Bauwesen impliziert oft ökologisches Bauen, Sparen von Heizenergie oder den Einsatz von Materialien, die die Gesundheit der Bewohnerinnen und Bewohner nicht gefährden. Doch die ökologische Bedeutung des Bausektors erwächst vor allem aus dem Verbrauch von Ressourcen und Energie, der Verarbeitung und dem Transport von Baumaterialien sowie dem Umgang mit Bauabfällen. Welchen Beitrag können wir zum Thema Nachhaltigkeit leisten? Es ist an der Zeit,einen Paradigmenwechsel im Bauwesen herbeizuführen. Das heißt: leichter, effizienter, intelligenter bauen, ressourcenschonend denken und handeln. Einerseits geht es um Ästhetik, eine filigranere und variantenreichere Formensprache für Betonbauten bei gleicher Festigkeit und Steifigkeit. Andererseits geht es um Effizienz – leichter bauen spart Material. Das wiederum reduziert vor allem im Herstellungsprozess, aber auch beim Transport und bei der Verwendung von Beton und Zement den Energieaufwand und den CO2-Ausstoß. Diese Herausforderungen gehen wir aktiv an. Vor drei Jahren haben sich Bauingenieure, Architekten, Maschinenbauer und Mathematiker aus ganz Deutschand im Schwerpunktprogramm Leicht Bauen mit Beton zusammengefunden, um Grundlagen für das Bauen der Zukunft mit Beton zu erforschen. Die Ergebnisse der 1. Förderphase sind in diesem Band dargestellt. Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Einrichtung des Schwerpunktprogramms 1542, die Unterstützung und die Förderung. Ausdrücklich danken möchten wir auch den Gutachterinnen und Gutachtern, die durch ihre Tätigkeit das Schwerpunktprogramm mit gestaltet haben

Experimental Investigations on Temperature Generation and Release of Ultra-High Performance Concrete during Fatigue Tests

Smarter, more filigree, and resource-saving buildings are the aim of developments in the construction industry. In reinforced concrete construction, ultra-high strength concretes have been developed to achieve these goals. Due to their use and requirements, these highly pressure-resistant materials are increasingly exposed to cyclically occurring and high-frequency loads. Examples of this are applications in long-span bridges or wind turbines. Research into the fatigue behaviour of the new construction material is therefore very important for the standardization and practical introduction of the high performance material. In this article, we want to investigate the heating process of ultra-high performance concrete (UHPC) under fatigue stress in more detail. In previous investigations in this project, an influence of the heating on the fatigue strength could be determined. A systematic parameter study has defined decisive load configurations for a maximum heating process. The aim is now to better understand the heating process. For this purpose, the temperature generation rate and the temperature release, which probably influences the overall temperature development, are investigated. A test program with eight experiments gives information about the temperature release during the experiment and the heating rate with and without pre-damage in the sample. In addition, the causes of failure caused by temperature are investigated with additional insulated tests. The results are presented, discussed, and conclusions are drawn in the article. For instance, fatigue damage affects the rate of temperature increase, but not the thermal conductivity of the material. In the different configurations, the test specimens essentially overlap at the maximum temperature reached in the inner test specimen. In addition to the assumed influence of the temperature gradients in the cross section as a cause of premature failure due to additional constraint stresses, the maximum temperature in particular turns out to be decisive, independent of the gradient

Experimental Investigations on the Temperature Increase of Ultra-High Performance Concrete under Fatigue Loading

Leaner, more filigree, and resource-saving constructions are the development goal of the in the building industry. In reinforced concrete construction, a ultra-high strength concrete was developed to achieve these goals. Due to its use and requirements, this very pressure-resistant material is no longer only exposed to static loads. In applications such as wide-span bridges, machine foundations and wind turbines, the susceptibility to vibration is also significant. Research into the fatigue behavior of the new building material is therefore very important. In this article we will discuss the effect of heating up of high performance concretes under fatigue stress. The thesis is that warming up, which was already observed by several research groups, has an influence on the fatigue strength. Changes in the strength of the concrete or residual stresses generated by heating can lead to early failure. The aim is to find the reasons for the heating and the grade of influence on the fatigue strength. A systematic test program was developed to investigate the influencing parameters maximum stress level, frequency, and maximum grain size of the concrete. Thirty fatigue tests were carried out; the results will be presented here. The influence on the temperature increase as well as on the heating rate for the individual parameters will be discussed. The results show that all three discussed parameters have a significant influence on the temperature rise. Whereas the maximum temperature reached depends strongly on the frequency, the other two parameters mainly influence the heating rate

SFB/Transregio 280 zu Konstruktionsstrategien für Carbonbeton

Ein Blick in die Baugeschichte zeigt, dass sich in Abhängigkeit der vorhandenen Baumaterialien jeweils typische, sinnvolle Konstruktionsformen herausgebildet haben. Bereits vor mehr als 10.000 Jahren errichtete man Gebäude aus Ziegelmauerwerk [1]. Im antiken Rom erlebte der opus caementitium seine Glanzzeit [2]. Beide Materialien sind sehr druck-, aber wenig zugfest. Folglich findet man hauptsächlich druckbeanspruchte Strukturen wie Wände oder Kuppeln, für Decken wurde beispielsweise Holz genutzt. Für Naturbrücken aus zugfesten Pflanzenmaterialien hingegen sind Hängekonstruktionen prädestiniert. Mit Stahl und bewehrtem Beton können auch biegebeanspruchte Konstruktionen realisiert werden. Allerdings nimmt man hierbei in der Regel in vielen Tragwerksbereichen eine mangelhafte Materialausnutzung in Kauf. [Aus: Intention]A look at the construction history shows that typical, sensible forms of construction have developed depending on the building materials available. More than 10,000 years ago, buildings were already made of brickwork [1]. In ancient Rome, the opus caementitium experienced its heyday [2]. Both materials were very resistant to pressure, but had little tensile strength. Consequently, one mainly finds structures subject to compressive stress such as walls or cupolas; for ceilings, for example, wood was used. For natural bridges made of tension-resistant plant materials, on the other hand, suspended structures are predestined. With steel and reinforced concrete, structural elements subject to bending stress can also be realised. However, in many areas of such structures, insufficient utilisation of the material is accepted. [Off: Intention