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Mehrschichtige Stahlbetonwandtafeln bestehen aus einer Trag- und Vorsatzschale aus Stahlbeton sowie einer innenliegenden Dämmschicht. Die als Fassade fungierende Vorsatzschale ist in der Regel nichttragend und dient als Wetterschutzschicht für die Wärmedämmung sowie zur Gestaltung des Gebäudes. Trotz der nichttragenden Funktion werden diese Fassaden massiv ausgeführt, da die innenliegende Bewehrung vor Korrosion geschützt werden muss. Das widerspricht dem Trend zu immer größeren, filigranen Sichtbetonfassaden, die ein Minimum an Fugen aufweisen. Durch innovative Entwicklungen im Bereich der Betontechnologie sowie in der Verankerungstechnik wird der Bau von filigranen, unbewehrten, energieeffizienten und nachhaltigen Architekturbetonfassaden mit wenigen Zentimetern Bauteildicke als Vorsatzschale von mehrschichtigen Stahlbetonwand-tafeln ermöglicht. Dieses Potential eröffnet sich durch die Verwendung von Ultrahochleistungsbetonen, die sich unteranderem durch ihre hohe Zug- und Biegezugfestigkeit auszeichnen. Durch Verbindungsmittel aus glasfaserverstärktem Kunststoff wird die Fassade mehrfach statisch unbestimmt befestigt. Aufgrund des vergleichsweise geringen Elastizitätsmoduls können die sonst kritischen Belastungen infolge Zwangs reduziert werden.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines abgesicherten Bemessungskonzeptes um unbewehrte, punktgestützte Fassaden als Vorsatzschicht in mehrschichtigen Stahlbetonwandtafeln bemessen zu können. Dabei liegt der Fokus auf der Berücksichtigung von Zwangseinwirkungen, Expositionen und geometrischen Einflüssen. Es werden umfangreiche, kleinmaßstäbliche Versuche durchgeführt, um den Maßstabseffekt, den Einfluss der Tragrichtung, des verwendeten Gesteins sowie Expositionen infolge Temperatur, Feuchtigkeit und Frost-Tau-Wechseln auf den Materialwiderstand zu untersuchen. In Großversuchen werden ausgewählte Expositionen sowie geometrische Parameter am Gesamtsystem erforscht. Weiterhin wird der Einfluss der lokalen und globalen Steifigkeit der Unterkonstruktion analysiert. In einem nächsten Schritt erfolgen die numerische Simulation des Fassadensystems und die Modellverifizierung anhand der Ergebnisse der Großversuche. Mithilfe einer Parameterstudie wird der Einfluss einer globalen und lokalen Steifigkeitsänderung der Unterkonstruktion untersucht. Ein weiterer Fokus liegt auf der Spannungsverteilung im Bereich einspringender Bauteilecken.
Die Ergebnisse münden in einem Bemessungskonzept und Konstruktionsregeln für die Fassadenplatte, Verbindungsmittel sowie die Verankerung. Für die Fassade wird ein Biege- und Normalkraftnachweis eingeführt. Die Verbindungsmittel werden auf Biegung und Zug, Schub und Stabilität nachgewiesen. Hinsichtlich der Verankerung wird ein Zug-, Querzug- und Drucknachweis geführt. Das Bemessungskonzept basiert auf einer Kombination der Bemessung von Glas- und Betonwerksteinfassaden, beinhaltet Geometriefaktoren wie im Holzbau und berücksichtigt erstmalig und planmäßig auch Zwangseinwirkungen. Die Berechnungsmodelle werden anhand der Versuchsergebnisse plausibilisiert. Ein semiprobabilistisches Teilsicherheitskonzept mit der Bestimmung des Teilsicherheitsbeiwertes für UHPC (engl. Ultra High Performance Concrete) sowie ein Resttragfähigkeitsnachweis runden die Arbeit ab.
High performance fiber-reinforced concrete (HPFRC) has been frequently investigated in recent years. Plenty of studies have focused on different materials and types of fibers in combination with the concrete matrix. Experimental tests show that fiber dosage improves the energy absorption capacity of concrete and enhances the robustness of concrete elements. Fiber reinforced concrete has also been illustrated to be a material for developing infrastructure sustainability in RC elements like façade plates, columns, beams, or walls. Due to increasing costs of the produced fiber reinforced
concrete and to ensure the serviceability limit state of construction elements, there is a demand to analyze the necessary fiber dosage in the concrete composition. It is expected that the surface and length of used fiber in combination with their dosage influence the structure of fresh and hardened concrete. This work presents an investigation of the mechanical parameters of HPFRC with different polymer fiber dosage. Tests were carried out on a mixture with polypropylene and
polyvinyl alcohol fiber with dosages of 15, 25, and 35 kg/m3 as well as with control concrete without fiber. Differences were observed in the compressive strength and in the modulus of elasticity as well
as in the flexural and splitting tensile strength. The flexural tensile strength test was conducted on two different element shapes: square panel and beam samples. These mechanical properties could
lead to recommendations for designers of façade elements made of HPFRC.
The level of energy consumption in renovation activities of buildings has huge advantages
over the demolition of old buildings and the construction of new structures. Such renovation activities
are usually associated with the simultaneous strengthening of their elements, such as externally
bonded carbon fibre reinforced polymer (CFRP) lamellas or sheets on vertical and horizontal surfaces
as structural reinforcements. This means the process of refurbishing a building, as well as the
raw materials themselves have a significant impact on CO2 emissions and energy consumption.
This research paper demonstrates possibilities of replacing state of the art, highly energy-intensive
CFRP lamellas with basalt fibre reinforced plastics as energy-efficient structural reinforcements for
building constructions. The mechanical and thermal properties of basalt fibre reinforced polymer
(BFRP) composites with variable matrix formulations are investigated. The article considers macroand
microstructures of innovative BFRP. The investigations focus on fibre–matrix interactions with
different sizing formulations and their effect on the tensile strength, strain as well as modulus
of elasticity.