Die Bedeutung und Nachfrage an der Holz-Beton-Verbundbauweise nimmt aufgrund einer Vielzahl an Vorteilen gegenüber dem reinen Holzund Stahlbetonbau immer weiter zu. Die Bemessung von Holz-Beton- Verbundkonstruktionen ist aktuell nicht normativ geregelt, sondern wird auf der Grundlage von bauaufsichtlichen Zulassungen und Bauartgenehmigungen durchgeführt. Dabei kommen die unterschiedlichsten Typen an Verbindungsmitteln zum Einsatz, wie beispielsweise stiftförmige Verbindungsmittel und Kerven. Kontinuierliche Verbindungsmittel wie die Verbunddübelleiste im Stahl-Beton-Verbundbau wurden bisher nicht im Holz-Beton- Verbundbau verwendet. Verbunddübelleisten haben sich als sehr leistungsfähige Verbundmittel mit einer hohen Tragfähigkeit und einfacher Herstellung herausgestellt, deren Bemessung in der AbZ Z-26.4-56 2018 geregelt ist. Zur Entwicklung eines Bemessungskonzeptes für ein den Verbunddübelleisten ähnliches Verbundmittel für den Holz-Beton-Verbundbau sind klassischer Weise experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung der Tragfähigkeit durchzuführen. Neben den oftmals zeitaufwendigen und kostenintensiven Versuchen haben viele Untersuchungen an verschiedensten Verbundmitteln gezeigt, dass sich numerische Untersuchungen in Form von Finite- Elemente-Modellen dafür eignen das Tragverhalten abzubilden und die erforderliche Anzahl an Versuchen zur Abdeckung der verschiedenen Parameter zu reduzieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein kontinuierliches Verbundmittel für die Holz-Beton-Verbundbauweise entwickelt und es wurde mittels experimenteller und numerischer Untersuchungen ein Bemessungskonzept erarbeitet. Zur Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens wurden Versuche unter Längsschub- und Zugbeanspruchung durchgeführt. Anhand dieser Versuche konnten Finite-Elemente-Modelle kalibriert werden und darauf aufbauend numerische Untersuchungen zum Tragverhalten unter kombinierter Zug- und Schubbeanspruchung durchgeführt werden. Da viele numerische Untersuchungen an Verbundmitteln in der Vergangenheit eine hohe Sensibilität bei der Variation der Materialparameter der Betonmodelle gezeigt haben, wurde eine separate Untersuchung zu den Besonderheiten von Verbundmitteln im Beton bei der numerischen Simulation herausgearbeitet und entsprechende Lösungsansätze gegeben. Auf Grundlage der experimentellen und numerischen Untersuchungen konnten die für das neue Verbundmittel spezifischen Tragmechanismen identifiziert, in einem abschließenden Trägerversuch bestätigt und in ein Bemessungsmodell überführt werden. Durch den kombinierten Einsatz von experimentellen und numerischen Untersuchungen konnte das Tragverhalten des neuen Holz-Beton- Verbundsystems umfassend beschrieben und ein für die Praxis anwendbares Bemessungskonzept entwickelt werden. Diese Arbeit soll damit neben dem Bemessungskonzept einen Beitrag für die Anwendung numerischer Verfahren bei der Untersuchung des Tragverhaltens von Verbundmitteln im Beton leisten.

Die Rissbildung in Stahlbetonbauteilen ist systemimmanent und stellt keinen Mangel dar, sofern die am Bauteil auftretenden Risse auf unschädliche Breiten begrenzt sind. Die Begrenzung der Rissbreite kann dabei im Allgemeinen durch planerisch-konstruktive, betontechnologische und ausführungstechnische Maßnahmen zielgerichtet gesteuert werden. Die derzeit in Deutschland bauaufsichtlich eingeführten Regelwerke DIN EN 1992-1-1 und DIN EN 1992-1-1/NA enthalten Berechnungskonzepte, um Rissbreiten und Rissabstände etwaig auftretender Risse im Rahmen der Bemessung näherungsweise rechnerisch vorauszubestimmen. Bei flächenartigen Bauteilen mit mehrlagig, kreuzweise angeordneter Bewehrung aus großen Stabdurchmessern (d. h. Ø > 32 mm), wie sie beispielsweise in hochbeanspruchten dicken Sohlplatten zum Einsatz kommen können, stellt sich die Frage, ob die am Bauteil auftretenden Risse mit Hilfe der in DIN EN 1992-1-1 und in DIN EN 1992-1-1/NA enthaltenen Berechnungskonzepte realitätsnah vorauszubestimmen sind. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund in Frage zu stellen, dass die den aktuellen normativen Nachweisen zugrundeliegenden Bemessungsformeln vorwiegend an zentrisch bewehrten Versuchsquerschnitten mit „kleinen“ Stabdurchmessern (üblicherweise Ø6 mm bis Ø14 mm) hergleitet wurden. Zur Bewertung der Übertragbarkeit wurden im Rahmen dieser Arbeit umfangreiche experimentelle Untersuchungen zum Rissverhalten mehrlagig bewehrter Bauteile mit Variation zahlreicher Einflussfaktoren der Rissbildung (z. B. Stabdurchmesser, Querbewehrung, Oberflächenbewehrung) durchgeführt. Das im Rahmen dieser Bauteilversuche feststellbare Trag- und Verformungsverhalten mehrlagig bewehrter Bauteile wurde im Anschluss durch numerische Untersuchungen mit dem nicht linearen Finite-Elemente Programm Atena verifiziert. Auf Grundlage einer Gegenüberstellung von statistisch ausgewerteten Versuchswerten und den Ergebnissen einer Nachrechnung nach DIN EN 1992-1-1 und DIN EN 1992-1-1/NA und weiteren ausgewählten Ingenieur- und Bemessungsmodellen, wurde die Zuverlässigkeit der rechnerischen Vorhersagegenauigkeit der aktuellen Bemessungsmodelle detailliert überprüft. Als ein Ergebnis bleibt festzu-halten, dass Modifikationen der Bemessungsgleichungen nach DIN EN 1992-1-1/NA für Querschnittskonzeptionen mit mehrlagig, kreuzweise angeordneter Bewehrung zwingend zu empfehlen sind, um eine realitätsnähere, auf der sicheren Seite liegende rechnerische Vorhersage der zu erwartenden Rissbreiten sicherstellen zu können. Zudem zeigt sich, dass bei fehlender Oberflächen-bewehrung insgesamt keine zuverlässige Berechnung der Rissbreite nach DIN EN 1992-1-1/NA auf der Bauteiloberseite erfolgen kann. Für das Bauteilinnere konnte dagegen festgestellt werden, dass die Versuchsergebnisse in den nach DIN EN 1992-1-1/NA zu erwartenden Größenordnungen liegen. Die aus der ei¬genen Versuchsnachrechnung gewonnenen Erkenntnisse zur Vorhersagegenauigkeit zeigen, dass sich für die vorliegend untersuchten Querschnittskonzeptionen insgesamt das Bemessungsmodell nach prEN1992-1-1 hinreichend gut eignet.

Daylight is important for the well-being of humans. Therefore, many office buildings use large windows and glass facades to let more daylight into office spaces. However, this increases the chance of glare in office spaces, which results in visual discomfort. Shading systems in buildings can prevent glare but are not effectively adapted to changing sky conditions and sun position, thus losing valuable daylight. Moreover, many shading systems are also aesthetically unappealing. Electrochromic (EC) glass in this regard might be a better alternative, due to its light transmission properties that can be altered when a voltage is applied. EC glass facilitates zoning and also supports control of each zone separately. This allows the right amount of daylight at any time of the day. However, an effective control strategy is still required to efficiently control EC glass. Reinforcement learning (RL) is a promising control strategy that can learn from rewards and penalties and use this feedback to adapt to user inputs. We trained a Deep Q learning (DQN) agent on a set of weather data and visual comfort data, where the agent tries to adapt to the occupant’s feedback while observing the sun position and radiation at given intervals. The trained DQN agent can avoid bright daylight and glare scenarios in 97% of the cases and increases the amount of useful daylight up to 90%, thus significantly reducing the need for artificial lighting.

Verbundkonstruktionen aus Stahl und Beton haben sich in den letzten Jahrzehnten zu einer wirtschaftlichen und konkurrenzfähigen Bauweise im Hoch- und Brückenbau entwickelt. Eine wesentliche Rolle im Verbundbau nehmen dabei die Verbundmittel ein, an die hohe Anforderungen hinsichtlich der Tragfähigkeit und der Verformbarkeit gestellt werden. Am Fachgebiet Stahlbau der TU Kaiserslautern wurden Versuche zur Trag- und Verformungsfähigkeit randnaher Betondübel in Abscher- und Ausziehversuchen durchgeführt. Der Einsatz der Betondübel in innovativen Verbundkonstruktionen ist trotz noch fehlender normativer Regelwerke von weiter steigendem Interesse. Betondübel können in neuartigen Verbundkonzepten auch in einer randnahen Lage eingesetzt werden. Dadurch lassen sich Querschnitte materialgerecht und kostengünstig in optimierter Verbundbauweise herstellen und verbauen. Eine geringere seitliche Betondeckung der Betondübel kommt neben den Plattenbalkenquerschnitten in Konstruktionen vor, in welchen die Verbundleiste liegend eingebaut wird. Solche parallel zur Betongurtebene positionierte Betondübelleisten sind z. B. in Slim-Floor- oder modernen Klimadecken in Sandwichverbundbauweise denkbar. Das Trag- und Verformungsverhalten einer Betondübelleiste, welche in Verbundkonstruktionen in Kombination mit einer schlanken Betonplatte liegend integriert wird, wurde aufgrund ihrer randnahen Lage genauer betrachtet. Die ersten Untersuchungen hierzu zeigen, dass die Verbunddübelleisten, nach dem die Spalt- und Rückhängerisse entstehen, mit Kantenbruch versagen. Wenn ausreichend Bewehrung vorhanden ist, führen die primären Spalt- und Rückhängerisse nicht zum Versagen. Der Einsatz einer Wendelbewehrung in den Verbundübelleisten steigert das Trag- und Verformungsvermögen deutlich. Es existiert zwar noch keine einheitliche normative Regelung zur Anwendung und Bemessung der Verbunddübel, häufig als Puzzleleiste bezeichnet, jedoch wurde aktuell eine Zulassung Z-26.4-56 2013 erarbeitet, welche die Anwendung der Verbunddübelleisten, kurz VDL, möglich macht. Die Anwendungsgrenzen sind dabei zu beachten. Darüber hinaus wird derzeit in mehreren Forschungsarbeiten daran gearbeitet, die Verwendung der puzzleartigen Verbundmittel zu erleichtern, indem einheitliche Anwendungs- und Bemessungsregeln dieser in die Eurocodes eingepflegt werden sollen. Diese Arbeit soll ebenfalls dazu beitragen, die Versagensmechanismen der am Rand eingebauten Puzzleleisten zu erforschen und ein für die Anwender handhabbares Bemessungskonzept zu erarbeiten. Die ersten Erkenntnisse sollen eine Grundlage für ein in der Zukunft gültiges Bemessungs- konzept bilden. Anhand der Abscherversuche wurde der Einfluss der Randnähe untersucht. Darüber hinaus wurden numerische Untersuchungen vorgenommen. Die FE-Modelle wurden insbesondere zur Analyse des Lastabtrags der randnahen Betondübel verwendet. Darüber hinaus wurde eine Parameterstudie durchgeführt, welche die Variation der Materialien und geometrischen Größen der FE-Modelle beinhaltete. Aufbauend auf den experimentellen und numerischen Beobachtungen und theoretischen Überlegungen wurde ein Ingenieurmodell für Verbunddübelleisten mit und ohne Wendelbewehrung entwickelt. Das Modell wird abschließend auf das Bemessungsniveau überführt.

A transition from conventional centralized to hybrid decentralized systems has been increasingly advised recently due to their capability to enhance the resilience and sustainability of urban water supply systems. Reusing treated wastewater for non-potable purposes is a promising opportunity toward the aforementioned resolutions. In this study, we present two optimization models for integrating reusing systems into existing sewerage systems to bridge the supply–demand gap in an existing water supply system. In Model-1, the supply–demand gap is bridged by introducing on-site graywater treatment and reuse, and in Model-2, the gap is bridged by decentralized wastewater treatment and reuse. The applicability of the proposed models is evaluated using two test cases: one a proof-of-concept hypothetical network and the other a near realistic network based on the sewerage network in Chennai, India. The results show that the proposed models outperform the existing approaches by achieving more than a 20% reduction in the cost of procuring water and more than a 36% reduction in the demand for freshwater through the implementation of local on-site graywater reuse for both test cases. These numbers are about 12% and 34% respectively for the implementation of decentralized wastewater treatment and reuse.

Im Rahmen der Weltklimakonferenz in Paris 2015 haben 197 Staaten ein gemeinsames Abkommen getroffen, das die Begrenzung der Erderwärmung um maximal 1,5 °C vorsieht. Dieses gemeinsame Ziel ist jedoch nur durch eine massive Verringerung des Treibhausgasausstoßes zu erreichen. Dabei bietet insbesondere der Wärmebereich ein großes Potential, den Ausstoß von Treibhausgasen signifikant zu senken. Entsprechend notwendig sind Technologien und Ansätze, die zu einer Reduzierung des Treibhausgasausstoßes führen. Ein Ansatz könnte die Verwendung bislang ungenutzter industrieller bzw. gewerblicher Abwärme sein, indem diese gezielt auf den bestehenden Abwasservolumenstrom übertragen wird. Somit wird die Abwassertemperatur maßvoll angehoben, ohne dabei die Abwassermenge zu verändern. Stromabwärts kann das gezielt erwärmte Abwasser vom Nutzer über die etablierte Technik einer Abwasserwärmenutzungsanlage entnommen werden. Ziel dieser Arbeit ist es, diesen Ansatz weitergehend zu untersuchen und die Chancen und Risiken der Verteilung und Verwendung bislang ungenutzter industrieller und gewerblicher Abwärme über die bestehende Kanalisation aufzuzeigen und zu modellieren. Dazu werden biologische, chemische und physikalische Einwirkungen und deren Auswirkungen auf den Kanalbetrieb und die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage analysiert. Die sich daraus ergebenden Einflüsse auf den Kanalbetrieb, die Kanalsubstanz, den Wärme¬transport und die folgende Wärmeentnahme sind im Modell berücksichtigt. Folglich ermöglicht das Modell – in Abhängigkeit von den vorliegenden Rahmenbedingungen – eine Aussage, ob eine auftretende Sulfidproblematik (Bildung von Schwefelwasserstoff) wahrscheinlich ist, wie hoch die Wärmeverluste über die Fließstrecke sind und wie viel Wärme letztlich dem Nutzer zur Verfügung gestellt werden kann. Abschließend wird das im Rahmen dieser Dissertation entwickelte Modell zur Modellierung der Verteilung ungenutzter industrieller und gewerblicher Abwärme über die Abwasserkanalisation an einem Beispiel angewendet. Es kann dabei gezeigt werden, dass dieser Ansatz der (Ab)Wärmeverteilung über die bestehende Abwasserinfrastruktur sowohl für die Industrie als auch für den Nutzer einer Abwasserwärmenutzungsanlage vorteilhaft ist. Durch die industrielle bzw. gewerbliche Kühlung über die bestehende Abwasserinfrastruktur wird die Temperatur dieser Wärmequelle (Abwasser) der nachfolgenden Abwasserwärmenutzungsanlage erhöht, wodurch die Effizienz gesteigert werden kann. Somit wird der Ausstoß von Treibhausgasen sowohl auf Seiten der (Ab)Wärmequelle als auch der Wärmesenke reduziert, wodurch dieser Ansatz einen Bau¬stein zum Erreichen der Klimaschutzziele darstellen kann.

Parkbauten aus Stahlbeton sind v. a. in den Wintermonaten chloridhaltigen Wässern ausgesetzt. Dringen die Chloride über Risse bis zum Bewehrungsstahl vor, so kann dies Bewehrungskorrosion auslösen. Ebenfalls korrosionsauslösend kann CO2 sein. Beides geht, sofern keine Schutzmaßnahmen getroffen werden, mit dem Verlust der Gebrauchstauglichkeit bis hin zur Gefährdung der Standsicherheit des Bauwerks einher. Eine mögliche Maßnahme zum Schutze des Bauwerks vor diesen korrosionsauslösenden Medien stellt der Oberflächenschutz mit polymeren Systemen dar. Aufgrund der Befahrung durch PKWs sind die Oberflächenschutzsysteme mechanischem Abrieb ausgesetzt, welchem sie nur eine gewisse Zeit widerstehen können. Der Nachweis der Verschleißbeständigkeit erfolgt normativ gegenwärtig mit Verfahren, die aus anderen Bereichen entliehen sind und die hier auftretenden Verschleißmechanismen nicht ansatzweise widerspiegeln. Im theoretischen Teil dieser Arbeit werden die verschiedenen Aufbauvarianten von Oberflächenschutzsystemen und deren Funktionsweise erörtert. Ebenfalls werden die normativen und nicht normativ geregelten Prüfverfahren hinsichtlich der wirkenden Verschleißmechanismen bewertet. Im anschließenden praktischen Teil werden die Entwicklung und Evaluierung der Tauglichkeit eines eigenen Prüfstandes vorgestellt. Zusätzlich erfolgt eine Abgrenzung des Prüfverfahrens zum BCA-Verfahren (normatives Prüfverfahren) und dem Bänziger Rad (Prüfstand der Sika Deutschland GmbH). Neben der Prüfung marktüblicher Beschichtungssysteme werden weitere Parameter hinsichtlich ihrer Verschleißbeständigkeit geprüft. Dazu zählen die umgebungsbedingten Einflüsse wie eine zusätzliche Wasserbeaufschlagung und Verunreinigungen der Oberfläche, die durch eine Splittbeaufschlagung dargestellt werden, sowie der produktspezifische Einfluss der Deckversiegelung. Es können sowohl Unterschiede zwischen als auch innerhalb eines Oberflächenschutzsystemes aufgezeigt werden. Neben der Durchführung der Verschleißversuche werden auch verschiedene Wege zur Dokumentation des Verschleißes entwickelt. Hiervon hervorzuheben ist die zerstörungsfreie Aufzeichnung des Verschleißes mittels eines 2D / 3D-Lasers. Weiterhin werden mechanische Werkstoffparameter ermittelt und deren Aussagekraft hinsichtlich einer Verschleißbeständigkeit bewertet. Die Ergebnisse der vorgenannten Forschungsvorhaben mündeten in einen beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen der Förderschiene "WIPANO - Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen" beantragten und inzwischen bewilligten Normungsantrag mit dem Titel „Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Bestimmung der Verschleißbeständigkeit von befahrenen Oberflächenschutzsystemen mit Hilfe des Parking Abrasion Test (PAT-Verfahren)“.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der analytischen, integralen und nichtlinearen Bemessung von Sandwichwänden mit Stahlbetonschalen unter vertikaler und horizontaler Belastung nach Theorie II. Ordnung und führt zu der Entwicklung eines in der Programmiersprache VBA implementierten Bemessungsprogramms. Das zugrunde liegende Bemessungskonzept ermöglicht eine Bemessung der Sandwichwand bei Berücksichtigung des versteifenden Einflusses ihrer Vorsatzschale. Somit können besonders bei schlanken und knickgefährdeten Sandwichwänden ihre Querschnittsabmessungen optimiert werden.

Local thermal comfort plays a growing role in terms of occupant satisfaction and in the energy performance of a building. To improve thermal comfort of occupants, decentralized heating and cooling systems are getting more interest in the research community but also in the market. Some studies have also shown that they can reduce the heating and cooling demand of buildings. These systems can be for example, an office chair with heating and cooling function, a thermoelectric heating and cooling wall or even a table fan. Building simulation software is used to optimize the energy performance of buildings during the planning process, but just a few programs enable detailed comfort calculations. Programs which allow the usage of decentralized heating and cooling systems are totally missing. This dissertation presents a newly developed adaptive building controller for combined, central and decentralized systems inside the building simulation software ESP‐r. The building controller adapts the setpoint‐temperatures of the central heating and cooling system and regulates the usage of decentralized systems, based on the thermal sensation and comfort values of a virtual thermal manikin in the considered building zone. This work shall contribute to the application of detailed comfort values within building simulation, which is also necessary to consider decentralized heating and cooling systems like the thermoelectric movable partition or the office chair with heating and cooling function. The first step by the development of the adaptive controller, was the coupling of PhySCo, a "Physiology, Sensation and Comfort" model with the building simulation software Esp-r. The physiology model within PhySCo uses the values of room temperature, mean radiant temperature, air velocity, relative humidity, solar radiation as well as personal parameters such as clothing and activity level. The model calculates skin and core temperatures for 16 individual body parts under consideration of thermophysiological control mechanisms such as sweating, shivering, vasodilatation and vasoconstriction of the blood vessels. These values are used to calculate local and overall sensation and comfort values. Within the adaptive building controller, the local and overall sensation and comfort values are used to control the setpoint‐temperatures of the central heating and cooling system, as well as to regulate the decentralized heating and cooling systems. The adaptive building controller with a wide deadband, with setpoints of 18 to 26 °C was in simulation studies compared with a basic controller with a fixed and narrow setpoint range of 21 to 24 °C. The evaluation focused on the overall comfort values and on a possible reduction of the heating and cooling energy demand of the central system. The results showed, that the adaptive controller could keep the comfort values at the same level as the basic controller and reduced the heating demand at the same time noticeably. The cooling load could also be reduced compared to the basic controller, but the reduction was much smaller compared to the heating load.In the next step, the decentralized heating and cooling systems were added to the adaptive building controller. First the thermoelectric heating and cooling wall, followed by the office chair with heating and cooling function, then both systems were added to the adaptive controller and tested together. The results show clearly that by adding the decentralized heating and cooling systems, the comfort could get further improved and at the same time, the heating and cooling energy demand could get reduced. It was noticeable that during the summer simulation period, comfort was increased, though the increase was rather small. As an additional support, a fan was simulated, which increased the air velocity for the heat‐sensitive head. Thereby, the comfort could be further increased, thus the cooling of the central system was also reduced. In addition, an increase of the upper set point to 30 °C was possible without reducing the comfort level. The adaptive building controller enables a detailed comfort analysis within the building simulation software. It can also be used for the planning of decentralized heating and cooling systems and their effect on thermal comfort.

Structural resilience describes urban drainage systems’ (UDSs) ability to minimize the frequency and magnitude of failure due to common structural issues such as pipe clogging and cracking or pump failure. Structural resilience is often neglected in the design of UDSs. The current literature supports structural decentralization as a way to introduce structural resilience into UDSs. Although there are promising methods in the literature for generating and optimizing decentralized separate stormwater collection systems, incorporating hydraulic simulations in unsteady flow, these approaches sometimes require high computational effort, especially for flat areas. This may hamper their integration into ordinary commercially designed UDS software due to their predominantly scientific purposes. As a response, this paper introduces simplified cost and structural resilience indices that can be used as heuristic parameters for optimizing the UDS layout. These indices only use graph connectivity information, which is computationally much less expensive than hydraulic simulation. The use of simplified objective functions significantly simplifies the feasible search space and reduces blind searches by optimization. To demonstrate the application and advantages of the proposed model, a real case study in the southwest city of Ahvaz, Iran was explored. The proposed framework was proven to be promising for reducing the computational effort and for delivering realistic cost-wise and resilient UDSs.

Das Instandsetzungsprinzip W-Cl bzw. die Instandsetzungsverfahren 7.7 und 8.3 stellen im Vergleich zu konventionellen Instandsetzungsprinzipien technisch und wirtschaftlich interessante Verfahren zur Instandsetzung von chloridbelasteten Betonbauteilen dar. Die Verfahren beruhen auf der Absenkung des Wassergehaltes (W) im Bereich des chloridkontaminierten Betons (Cl), welche durch die Applikation einer Oberflächenschutzbeschichtung erreicht wird. Durch die Beschichtung soll ein intermittierendes Eindringen von Chloriden unterbunden und die Initiierung von Bewehrungskorrosion verhindert werden. Ungeklärte Fragen hinsichtlich der Wirksamkeit der Verfahren und daraus resultierende Anwendungsbeschränkungen in den maßgebenden Regelwerken haben eine praxisgerechte Anwendung der Verfahren bis dato kaum möglich gemacht. Ziel dieser Arbeit war es im Rahmen von grundlegenden Untersuchungen die Mechanismen des Instandsetzungsprinzips W-Cl bzw. der Instandsetzungsverfahren 7.7 und 8.3 besser zu verstehen, um damit einen Beitrag zur Schaffung der erforderlichen Grundlagen für eine breitere Anwendung der Verfahren in der Praxis zu leisten. Im Fokus stand dabei die Entwicklung eines Modells zur Beschreibung der Chloridumverteilung nach Applikation einer Oberflächenschutzbeschichtung. Hierzu wurde zunächst ein mathematisches Modell mit einer in sich geschlossenen analytischen Lösung entwickelt, mit dessen Hilfe die Chloridumverteilung unter Annahme einer vollständigen Wassersättigung des Betons nach Applikation einer systemabdichtenden Oberflächenschutz-beschichtung berechnet werden kann. Daran anknüpfend wurde der Einfluss der infolge der Anwendung des Instandsetzungsprinzips W-Cl bzw. der Instandsetzungsverfahren 7.7 und 8.3 zu erwartenden Austrocknung des Betons auf die Chloridumverteilung im abgedichteten System untersucht. Auf Basis von eigenen Untersuchungen und darauf aufbauenden numerischen Berechnungen wurden materialspezifische Abminderungsfunktionen entwickelt, die die Abhängigkeit des Chloriddiffusionskoeffizienten von der Umgebungsfeuchte beschreiben. Abschließend wurden auf Grundlage einer Parameterstudie allgemeingültige Grenzwerte für Randbedingungen hergeleitet, bis zu denen eine Instandsetzung nach dem Verfahren 7.7 angewendet werden kann, ohne dass im Zuge der Chloridumverteilung der kritische korrosionsauslösende Chloridgehalt auf Höhe der Bewehrung im geplanten Restnutzungszeitraum überschritten wird. Ein Großteil der dieser Arbeit zu Grunde liegenden Untersuchungen erfolgte im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projektes „Anwendungsgrenzen des Instandsetzungsprinzip W-Cl“.

Solar radiation data is essential for the development of many solar energy applications ranging from thermal collectors to building simulation tools, but its availability is limited, especially the diffuse radiation component. There are several studies aimed at predicting this value, but very few studies cover the generalizability of such models on varying climates. Our study investigates how well these models generalize and also show how to enhance their generalizability on different climates. Since machine learning approaches are known to generalize well, we apply them to truly understand how well they perform on different climates than they are originally trained. Therefore, we trained them on datasets from the U.S. and tested on several European climates. The machine learning model that is developed for U.S. climates not only showed low mean absolute error (MAE) of 23 W/m2, but also generalized very well on European climates with MAE in the range of 20 to 27 W/m2. Further investigation into the factors influencing the generalizability revealed that careful selection of the training data can improve the results significantly

Injektionsanker haben sich in den letzten Jahrzehnten zu einem üblichen Befesti- gungsmittel entwickelt. Mit dem gestiegenen Einsatz sind auch die Anforderungen an die Tragfähigkeit und die Einsatzfelder gestiegen. So wird inzwischen häufig auch eine Qualifizierung von Injektionsankern für den Brandfall gefordert. Parallel ist das Wissen über den Tragmechanismus unter Brandeinwirkung bisher gering und Richt- linien zur Bewertung des Feuerwiderstands fehlen. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Einwirkungen, die durch ein Brandereignis verursacht werden, anhand von stati- schen Berechnungen und thermisch-transienten Simulationen ermittelt. Des Weiteren wird die Tragfähigkeit und das Tragverhalten von Injektionsankern im Temperaturbe- reich von 20 °C und 400 °C experimentell untersucht. Die Einflussfaktoren auf die Verbundspannungs-Temperaturbeziehung von Injektionsmörteln, wie der Durchmes- ser der Ankerstange, die Betonfeuchte, innere und äußere Spannungen und die Art der Versuchsdurchführung werden bewertet. Außerdem werden Feuerwiderstände ge- genüber Stahlversagen von Gewindestangen nach 30 min, 60 min, 90 min und 120 min angegeben, die durch die Auswertung zahlreicher experimenteller Untersuchungen ermittelt wurden. Insgesamt zeigt die Forschungsarbeit auf, wie Komplex die Einwir- kungen und die Einflussfaktoren auf die Tragfähigkeit von Injektionsankern im Brandfall sind. Es können Feuerwiderstände bzw. Berechnungsansätze zur Bestimmung von Feuerwiderständen von Injektionsankern gegeben werden, die auf der sicheren Seite liegende Ergebnisse liefern. Eine Bestätigung der Ergebnisse durch Realbrandversu- che kann nicht gänzlich ersetzt werden.

To achieve the Paris climate protection goals there is an urgent need for action in the energy sector. Innovative concepts in the fields of short-term flexibility, long-term energy storage and energy conversion are required to defossilize all sectors by 2040. Water management is already involved in this field with biogas production and power generation and partly with using flexibility options. However, further steps are possible. Additionally, from a water management perspective, the elimination of organic micropollutants (OMP) is increasingly important. In this feasibility study a concept is presented, reacting to energy surplus and deficits from the energy grid and thus providing the needed long-term storage in combination with the elimination of OMP in municipal wastewater treatment plants (WWTPs). The concept is based on the operation of an electrolyzer, driven by local power production on the plant (photovoltaic (PV), combined heat and power plant (CHP)-units) as well as renewable energy from the grid (to offer system service: automatic frequency restoration reserve (aFRR)), to produce hydrogen and oxygen. Hydrogen is fed into the local gas grid and oxygen used for micropollutant removal via upgrading it to ozone. The feasibility of such a concept was examined for the WWTP in Mainz (Germany). It has been shown that despite partially unfavorable boundary conditions concerning renewable surplus energy in the grid, implementing electrolysis operated with regenerative energy in combination with micropollutant removal using ozonation and activated carbon filter is a reasonable and sustainable option for both, the climate and water protection

Aufgrund der Endlichkeit fossiler Energieträger gewinnen erneuerbare Energien wie Solarenergie zukünftig immer mehr an Bedeutung. Zum einen kann die solare Strah-lung mittels Photovoltaik direkt in elektrischen Strom ungewandelt werden, zum ande-ren kann die Wärme infolge der Sonnenstrahlung in solarthermischen Kraftwerken genutzt werden. Dabei wird die Strahlung punktförmig (Heliostatenkraftwerk) oder li-nienförmig (Parabolrinnenkraftwerk) auf einen Receiver reflektiert. Bei Rinnenkraft-werken ist dieser mit einem thermischen Öl gefüllt, welches erwärmt wird. Der dabei entstehende Dampf wird in einem angehängten industriellen Prozess zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt. Allerdings bestehen diese Rinnensysteme überwie-gend aus aufwendigen, kleinteiligen Stahlfachwerken, deren Montage kostenintensiv ist. Die Standorte solcher Rinnenkraftwerke liegen meist in Wüstenregionen, die korrosive Umgebungsbedingungen für den Stahl aufweisen können. Zudem müssen bei der Er-richtung einer Kraftwerksanlage alle notwendigen Fachwerkelemente über längere Distanzen zu den oftmals abgelegenen Standorten transportiert werden. Für eine effizientere Auslegung solcher Parabolrinnensysteme entstand die Idee einer optimierten Systemstruktur aus Hochleistungsbeton. Das neuartige Konzept umfasst sowohl eine filigrane Tragstruktur für eine effektive Rinnenherstellung direkt am Aufstel-lungsort, als auch eine geometrische Optimierung, die eine effiziente Sonnennachver-folgung der dünnwandigen Betonschale sicherstellt. Hierfür wurden spezielle Verzah-nungen aus Hochleistungsbeton entwickelt, die in einem direkten Reibkontakt zueinan-der stehen. Dieser verursacht infolge der Sonnennachverfolgung Reibung und Ver-schleiß an den Verzahnungen. Ziel dieser Arbeit ist sowohl die Auslegung als auch die Untersuchung des Abrieb- und Verschleißverhaltens von Verzahnungen aus Hochleistungsbeton für Parabolrinnen. Weitere Anwendungsgebiete bei denen hohe Kräfte bei kleinen Drehzahlen übertragen werden müssen sind denkbar (z. B. bei Zahnrädern für Schleusentore). Zuerst werden die theoretischen Grundlagen im Bereich von Parabolrinnensystemen wiedergegeben sowie Erkentnisse über die Verschleißmechanismen bei direktem Reib-kontakt von Betonoberflächen erläutert. Mit der detaillierten Darstellung zur Konstrukti-on und Bemessung von gängigen Maschinenbauverzahnungen wird, für eine optimale Zahnradauslegung, eine interdisziplinäre Wissensverknüpfung geschaffen. In ausge-wählten experimentellen Reibversuchen an Betonplatten sollen genaue Aufschlüsse über das Abriebverhalten des verwendeten Hochleistungsbetons geschaffen werden, welche letztendlich zu einer Auslegung von Verzahnungen aus Hochleistungsbeton führen. Diese Auslegung wird durch FE-Simulationen ergänzt, die Informationen zu den Schwindverformungen der Verzahnung und den auftretenden Spannungen berücksich-tigen. Abschließend wird anhand eines Großdemonstrators die generelle Umsetzbarkeit eines Parabolrinnensystems mit einer Verzahnung aus Hochleistungsbeton gezeigt.

Durch die Kombination von Hohlkörpern mit einem Feinkorn-Hochleistungsbeton können sehr leistungsfähige und zugleich schlanke Tragstrukturen realisiert wer-den. Dies ermöglicht einen effizienten Materialeinsatz, wodurch Beton, Betonstahl und insbesondere der im Beton enthaltene Zement gegenüber herkömmlichen Strukturen verringert werden können. Die Herstellung dieser Materialien erfordert einen hohen Einsatz von Primärenergie, sodass sich in der Folge nicht nur der Verbrauch primärer Energieträger, sondern insbesondere die Emission von Treib-hausgasen reduziert. Zur Sicherstellung einer praxisgerechten Handhabung gilt es, einen Hochleis-tungsbeton auszuwählen, der hinsichtlich seiner mechanischen Kennwerte hohen Anforderungen entspricht und zugleich gut zu verarbeiten ist. Der in der vorliegen-den Arbeit verwendete Nanodur®-Beton zeichnet sich sowohl durch seine Zug- und Druckfestigkeit als auch seinen hohen E-Modul gegenüber herkömmlichen Beto-nen aus. Er lässt sich einfach verarbeiten und kann ohne die Verwendung speziel-ler Mischanlagen hergestellt werden. Bisher durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass die Verwendung von Hohlkörpern das Tragverhalten von Deckenplatten maßgeblich beeinflusst. Es wurde festgestellt, dass insbesondere die Querkrafttragfähigkeit ohne Querkraft-bewehrung sowie die lokale Durchstanztragfähigkeit deutlich verringert werden, sodass diese mittels experimenteller Untersuchungen für Hohlkörperdecken aus Feinkorn-Hochleistungsbeton neu zu bewerten sind. Das Biegetrag- und das Ver-formungsverhalten können anhand dieser Ergebnisse sowie weiterer theoretischer Betrachtungen bewertet werden, da diese durch die Verwendung von Hohlkörpern im Querschnitt nur untergeordnet verändert werden. Für weitergehende Untersu-chungen wurden ein FE-Berechnungsmodell an den ermittelten Daten kalibriert und die Eingaben an Versuchen validiert. Die Untersuchungsergebnisse haben gezeigt, dass bereits bestehende Berech-nungs- bzw. Bemessungsansätze nur mit Einschränkungen auf Hohlkörperdecken aus Feinkorn-Hochleistungsbeton übertragen werden können. Die Bemessung der Biegetragfähigkeit und der lokalen Durchstanztragfähigkeit wurde anhand von bereits vorliegenden Konzepten modifiziert und durch Parameter zur Berücksichti-gung des feinkörnigen Nanodur®-Betons sowie der gegenüber von herkömmli-chen Betonen reduzierten Betondeckung von Bewehrung und Hohlkörpern ergänzt. Die Berechnung der Verformungen wurde auf Grundlage etablierter Ansätze so-wohl für Hohlkörperdecken als auch für massiv ausgeführte Querschnitte aus Na-nodur®-Beton an den durchgeführten Versuchen kalibriert. Zur Ermittlung der Querkrafttragfähigkeit ohne Querkraftbewehrung wurde ein Modell an den experi-mentellen Untersuchungen validiert, das auf der individuellen Ermittlung der drei Haupttraganteile der Querkrafttragfähigkeit (ungerissene Betondruckzone, Rissrei-bung sowie Dübelwirkung der Längsbewehrung) basiert. Aufgrund der Komplexität dieses Modells wurde weiterhin ein Konzept entwickelt, das die praxisgerechte Bemessung der Querkrafttragfähigkeit ohne Querkraftbewehrung von Hohlkörper-decken aus Feinkorn-Hochleistungsbeton ermöglicht. Abschließend wird die Anwendung der in dieser Dissertation erarbeiteten Berech-nungs- und Bemessungsmodelle an einem Anwendungsbeispiel veranschaulicht.

The development of a power system based on high shares of renewable energy sources puts high demands on power grids and the remaining controllable power generation plants, load management and the storage of energy. To reach climate protection goals and a significant reduction of CO2, surplus energies from fluctuating renewables have to be used to defossilize not only the power production sector but the mobility, heat and industry sectors as well, which is called sector coupling. In this article, the role of wastewater treatment plants by means of sector coupling is pictured, discussed and evaluated. The results show significant synergies—for example, using electrical surplus energy to produce hydrogen and oxygen with an electrolyzer to use them for long-term storage and enhancing purification processes on the wastewater treatment plant (WWTP). Furthermore, biofuels and storable methane gas can be produced or integrate the WWTP into a local heating network. An interconnection in many fields of different research sectors are given and show that a practical utilization is possible and reasonable for WWTPs to contribute with sustainable energy concepts to defossilization.

In der vorliegenden Dissertation wurde untersucht, wie die Wasseraufnahme von rezyklierter Gesteinskörnung in der Betonzusammensetzung so zu berücksichtigen ist, dass der Wassergehalt im Zementleim gegenüber dem Sollwert nicht durch Wassersaugen der Gesteinskörnung verändert wird. Aufbauend auf der zu entwi-ckelnden Methode zur zielsicheren Einstellung des vorgesehenen Wassergehalts im Zementleim wurde im Rahmen dieser Arbeit die Frage diskutiert, wie rezyklierte Gesteinskörnung bei gleichem Wasserzementwert die Festigkeit und das Elastizi-tätsmodul des Gesamtsystems im Vergleich zu Normalbeton beeinflusst und wel-che Faktoren dafür in welchem Maß relevant sind. Die Untersuchungen zeigten, dass die Steuerung der Aufbereitungstechnik für rezyklierte Gesteinskörnungen es ermöglicht, vergleichbare Streuungen in den Eigenschaften bei Lieferungen aus einem Herstellwerk einzuhalten, wie sie auch für natürliche Gesteinskörnungen gegeben sind. Des Weiteren zeigten die Untersuchungen, dass es ausreicht, die rezyklierte Ge-steinskörnung anhand der Kornrohdichten und der Wasseraufnahme zu charakte-risieren, die im Pyknometerverfahren nach zehn Minuten ermittelt werden. Aus den so gewonnenen Kennwerten kann auf die jeweilige Kornrohdichte in allen weiteren Feuchtezuständen extrapoliert werden. Die Zugabewassermenge einer Referenz-mischung aus natürlicher Gesteinskörnung sollte nach den Ergebnissen der Unter-suchungen um diejenige Menge an Zusatzwasser erhöht werden, die die rezyklier-te Gesteinskörnung innerhalb von zehn Minuten im Pyknometerversuch aufneh-men kann. Es ist nicht notwendig rezyklierte Gesteinskörnung wasserzusättigen oder vollständig zu trocknen. Maximale Festbetoneigenschaften werden erreicht, wenn die Gesteinskörnung Kernfeuchte aufweist ohne vollständig gesättigt zu sein. Die Eigenfeuchte sollte ermittelt und auf das nötige Gesamtwasser angerechnet werden. Rezyklierte Gesteinskörnungen, unabhängig vom verwendeten zugelassenen Typ, verminderten in den Untersuchungen zu dieser Arbeit bei gleicher Zusammenset-zung der Zementsteinmatrix weder die Druckfestigkeit noch die Spaltzugfestigkeit. Das Elastizitätsmodul kann geringer ausfallen als bei Betonen mit natürlicher Ge-steinskörnung.

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.

Maschinenbetten und -gestelle werden vorwiegend aus Grauguss und als Stahlschweißkonstruktion gefertigt. Aufgrund technischer und wirtschaftlicher Vorteile haben sich seit den 80er Jahren zusätzlich Mineralguss oder epoxidharzgebundener Polymerbeton etabliert. Seit mehreren Jahren wird Ultra High Performance Concrete – UHPC – erfolgreich bei Werkzeugmaschinen eingesetzt. Auf diesen Grundgestellen aus Beton werden neben Gehäusen, Getrieben, Werkzeughaltern, Trafos usw. vor allem die beweglichen Teile der Maschine befestigt. Gängige Praxis hierfür ist die Verwendung von Linearführungsschienen. Diese Arbeit untersucht die vorgespannte, geschraubte Befestigung der Linearführung auf geschliffenen Betonoberfläche mit Hilfe von speziellen Gewindehülsen. In rechnerischen Voruntersuchungen mittels der FE-Methode wurde der Kraftfluss von der Linearführung über die Befestigungsschraube zur Gewindehülse bis in den Betonuntergrund untersucht und darauf aufbauend ein Versuchsprogramm festgelegt. Probekörper aus hochfestem Beton des Marktführers wurden hergestellt und experimentell untersucht. Nach der Auswertung der Versuche wurde ein Bemessungskonzept entwickelt und in Form einer schrittweisen Anleitung festgehalten. Mehrere Beispiele zeigen die Anwendung des Verfahrens. Berechnungen, Versuchskonzeption, Durchführung der Versuche, Versuchsauswertung sowie die Entwicklung des Bemessungskonzeptes erfolgten durch den Verfasser. Die Versuche wurden in seiner Anwesenheit in seinem Betrieb, in spezialisierten Unternehmen mit entsprechender Geräteausstattung und zum größten Teil an der TU Kaiserslautern durchgeführt. Die hier betrachteten Untersuchungen und Bemessungsvorschläge betrachten ausschließlich Maschinenbauteile und dürfen nicht auf Situationen im Bauwesen übertragen werden.

Die Nachrechnung bestehender Bauwerke muss grundsätzlich auf Basis der aktuellen, bauaufsichtlich eingeführten technischen Baubestimmungen geführt werden. Dazu werden charakteristische Materialkennwerte der verwendeten Baustoffe benötigt. Im Rahmen einer Vordimensionierung kann die Betondruckfestigkeit durch Umrechnung von aus der Herstellzeit dokumentierten Werten abgeschätzt werden. Für eine abgesicherte Nachrechnung hingegen muss die charakteristische Betondruckfestigkeit durch Untersuchungen am Bauwerk ermittelt werden, um den Einfluss verschiedener last- oder zeitabhängiger Prozesse zu erfassen. Zur statistischen Bewertung der experimentell ermittelten Werte der In-situ-Betondruckfestigkeit existieren verschiedene Verfahren. Besonders bei kleinem Stichprobenumfang führen die bisher gebräuchlichen Verfahren nach DIN EN 1990:2010-12 und DIN EN 13791:2008-05 jedoch teilweise zu ingenieurmäßig als kritisch einzustufenden Ergebnissen, welche die tatsächliche In-situ-Betondruckfestigkeit erheblich über- oder unterschätzen können. Aufbauend auf Untersuchungen an realen, umfangreichen Datensätzen wurde in dieser Arbeit ein neues Verfahren mit den vom Stichprobenumfang und dem Variationskoeffizienten abhängigen modifizierten Ansätzen A und B zur Bestimmung der charakteristischen In-situ-Betondruckfestigkeit, basierend auf experimentell, mit direkten Prüfverfahren ermittelten Einzelwerten, entwickelt. Zur Bestimmung des Nachrechnungswertes der Betondruckfestigkeit gilt es über den charakteristischen Wert der In-situ-Betondruckfestigkeit hinaus auch noch den Unterschied zwischen Bauwerks- und Normprobekörperdruckfestigkeit sowie den Einfluss von Dauerstandseffekten zu bewerten. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass bei Bestandsbetonen, wie auch bereits im Neubaufall, das Verhältnis zwischen Bauwerks- und Normprobekörperfestigkeit ca. 0,85 beträgt. Auch bei der experimentellen Ermittlung der In-situ-Betondruckfestigkeit an aus dem Bauwerk entnommenen Proben ist der Unterschied zwischen Kurzzeit- und Dauerstandsfestigkeit mit dem im Neubaufall gebräuchlichen Faktor αcc = 0,85 zu berücksichtigen. Neben der Druckfestigkeit, ist im Rahmen der Nachrechnung von Bestandsbauwerken auch teilweise die Zugfestigkeit oder der Elastizitätsmodul von Bestandsbetonen zu bewerten. Die in DIN EN 1992-1-1:2011-01 enthaltenen Beziehungen zwischen Druck- und Zugfestigkeit sowie zwischen Druckfestigkeit und Elastizitätsmodul sind jedoch ausschließlich für im Neubaufall verwendete Betone nach DIN EN 206-1:2001-07 ausgelegt. Die Untersuchungen zeigen, dass die in DIN EN 1992-1-1:2011-01 enthaltene Korrelation zwischen Druck- und Zugfestigkeit auch zur groben Abschätzung der Zugfestigkeit von Bestandsbetonen verwendet werden kann. Im Einzelfall sind jedoch auch große Abweichungen nicht auzuschließen. Bedingt durch den großen Einfluss der Gesteinskörnung ist nur eine sehr grobe Abschätzung des Elastizitätsmoduls aus der In-situ-Betondruckfestigkeit möglich.

Im Rahmen der Energiewende werden eine Neustrukturierung des Energiesektors und eine grundlegende Transformation der elektrischen Energieversorgung erforderlich. Die volatile Erzeugung von Strom aus Wind und Sonne erfordert mit stetig steigendem Anteil an der Gesamtenergieproduktion einen immer höheren Bedarf an Flexibilität zur Stabilisierung der Stromnetze. Aus energetischer Sicht zeichnen sich Kläranlagen durch eine Vielfalt an Prozessen aus, bei denen Energie umgewandelt, gespeichert, bezogen und produziert wird. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zu einem besseren Verständnis und vertieften Erkenntnissen an der Schnittstelle zwischen der Abwasser- und der Energiewirtschaft liefern, indem die Vereinbarkeit zwischen den Belangen der Abwasserreinigung und einem flexiblen Anlagenbetrieb sowie die Stromerzeugungs- und Flexibilitätspotenziale kommunaler Kläranlagen in Deutschland umfassend untersucht wurden. Vor diesem Hintergrund wurden Erkenntnisse gewonnen, die zur Auswahl, Bewertung und möglichst sicheren Implementierung von typischen Aggregaten auf Kläranlagen herangezogen werden können, um durch einen anpassungsfähigen Anlagenbetrieb Flexibilität bereit zu stellen. Die zugrundeliegende Methodik wurde im Wesentlichen am Beispiel der Kläranlage Radevormwald entwickelt. Dabei wurden relevante Kennzahlen erarbeitet, die die klärtechnischen Anforderungen sowohl mit den technisch-physikalischen als auch energiemarktbedingten Anforderungen an die Aggregate in Einklang bringen. Ein wesentlicher Fokus liegt auf den abgeleiteten Restriktionen und Kontrollparametern, um einen sicheren Reinigungsbetrieb zu gewährleisten. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit konnte eine Vielzahl von Erkenntnissen an der Schnittstelle von Energie- und Abwasserwirtschaft gewonnen, bestätigt und zur Ableitung von Anwendungsempfehlungen genutzt werden. Die vorhandene Flexibilität auf Kläranlagen kommt für eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten in Betracht. Damit können sie bereits heute und zukünftig verstärkt an Produkten der Energieversorgung und neuen Geschäftsmodellen teilhaben. Die untersuchten Aggregate weisen dabei je nach Verwendungszweck unterschiedliche Eignungen auf und nicht jedes Aggregat ist für jede Nutzungsoption einsetzbar. Die Ergebnisse belegen, dass Kläranlagen mit ihren Leistungsgrößen und verschiebbaren Energiemengen relevante Beiträge zur Energiewende leisten können und zu mehr in der Lage sind als, weitgehend losgelöst vom Energiemarkt und den sich dort abzeichnenden Änderungen, elektrische Energie nur zur eigenen Nutzung zu verwenden.

Ultrahochfester Beton (UHB oder aus dem Englischen Ultra High Performance Concrete, kurz UHPC) weist eine Druckfestigkeit im Bereich von 150 bis 250 MPa auf. Eine gesteigerte Zugfestigkeit und ein duktiles Verhalten werden durch die Zugabe von Mikrostahlfasern erzielt (Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete, UHPFRC). Der Fasergehalt ist in der Regel höher als bei normalfestem Faserbeton, sodass aufgrund der Fasern ein „Strain-hardening“ Verhalten erreicht werden kann: in einem Biegezugversuch kann die Last nach der Erstrissbildung weiter gesteigert werden bis zur Ausbildung mehrerer feiner Risse. Da der Beitrag der Fasern zum Zugtragverhalten des UHPFRC ein wesentlicher ist, müssen die Bauteile im gerissenen Zustand bemessen werden. Während der statische und dynamische Widerstand bereits umfangreich untersucht wurde, liegen nur wenige Untersuchungen bezüglich das Dauerstandzugverhaltens von gerissenem ultrahochfestem Beton vor. Untersuchungen an normalfestem faserverstärktem Beton haben gezeigt, dass die zeitabhängigen Zugverformungen im gerissenen Zustand größer sind als die in ungerissenem Material. Um die zu erwartenden Verformungen abschätzen zu können und um das Kriechverhalten des Materials bis zum Versagen zu analysieren, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein umfangreiches Versuchsprogramm durchgeführt. Über 60 uniaxiale Zug- und Biegezugprobekörper wurden unter Dauerlast über einen Zeitraum von bis zu 15 Monaten beansprucht. Davon wurden 22 Probekörper nach vier Monaten hinsichtlich ihrer Resttragfähigkeit getestet. Die restlichen Probekörper befinden sich für Langzeit-Messungen weiterhin in den Dauerlastprüfständen. Es wurden dabei verschiedene Parameter untersucht: u.a. das Belastungsniveau, Art und Umfang der Nachbehandlung des Betons, das Betonalter zu Beginn der Belastung, der Fasergehalt und die Faserschlankheit. Das Schwinden der unbelasteten Probekörper sowie das Druckkriechen belasteter Probekörper wurden an der verwendeten Mischung gemessen. Der UHPFRC wies im Allgemeinen ein sehr stabiles Verhalten auf und es zeigte sich keine unkontrollierte Zunahme der Verformungen infolge eines Faserauszugs. Lediglich bei einem Probekörper kam es bei einer Last von 79% der aufgebrachten Last am Ende der Vorbelastung zum Versagen. Der Autor sieht dabei eine ungünstige Faserausrichtung als mögliche Ursache des frühzeitigen Versagens des Probekörpers an, was auf einen bedeutenden Einfluss dieses Parameters auf die Tragfähigkeit schließen lässt. Hinsichtlich der Bemessung von gerissenen UHPFRC-Bauteilen unter Dauerlast wurde ein Vorschlag für die Bemessung der Dauerstandfestigkeit ausgearbeitet. Darüber hinaus wurden Faserauszugversuche durchgeführt und das Verbund-Schlupfverhalten der verwendeten Fasern ermittelt. Einige Probekörper wurden nach uniaxialen Zugversuchen per Computertomographie gescannt, um den Zusammenhang der Fasern im Versagensquerschnitt zur Zugfestigkeit der Probekörper zu untersuchen. Die untersuchten Probekörper wiesen unterschiedliche Zugfestigkeiten auf. Diese konnten durch die verschiedenen Faseranzahlen im Versagensquerschnitt gut abgebildet werden.

Eine Anpassung von Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungssystemen im ländlichen Raum kann aufgrund vielfältiger Herausforderungen wie demografischen, siedlungsstrukturellen und klimatischen Veränderungen erforderlich werden. Im Zuge dessen können auch die Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz der bestehenden Systeme gesteigert werden. Das Ziel dieser Arbeit ist die Ableitung von Handlungsempfehlungen zur Unterstützung der notwendigen Anpassungsprozesse der Abwasserentsorgung ländlicher Gemeinden. Dazu werden verschiedene Transformationspfade für Abwassersysteme aufgezeigt und analysiert. In dieser Arbeit wird ein softwaregestütztes Entscheidungs- und Optimierungssystem angewendet und evaluiert, dass optimale Anpassungsmöglichkeiten aufgezeigt. Das gemischt-ganzzahlige lineare Optimierungsmodell berechnet für jede Gemeinde in Abhängigkeit von dem ausgewählten Szenario und vorgegebenen Zielen den optimalen Transformationspfad mit seiner zeitlichen und räumlichen Umsetzung. In den Szenarien werden zukünftige Entwicklungen der Bevölkerung, der Siedlungsstruktur, des Wasserbedarfs, der Kosten technischer Anlagen und des Klimawandels berücksichtigt. Die Zielfunktion bildet sich aus der gewichteten Summe ökonomischer, ökologischer und sozialer Bewertungskriterien. Die beispielhafte Anwendung des Modells erfolgt für zwei repräsentative ländliche Modellkommunen in Rheinland-Pfalz. Durch eine detaillierte Auswertung und Evaluierung von ausgewählten Kombinationen von Szenarien und Bewertungskriterien kann das Spektrum an möglichen Transformationspfaden von der Erhaltung des zentralen Systems bis hin zu dezentralen und ressourcenorientierten Systemen aufgezeigt werden. Sensitivitätsbetrachtungen zeigen, dass die Auswahl und Gewichtung der Bewertungskriterien und die lokalen Randbedingungen der Gemeinde einen größeren Einfluss auf die resultierende Transformationspfade haben als die Auswahl der Szenarien. Der Zustand des Entwässerungssystems wie der Anteil alter Kanäle, ein großer Anteil Mischsystem, große Durchmesser und eine große Kanallänge pro Einwohner sowie eine niedrige Siedlungsdichte fördern dezentrale Strukturen und sind geeignete Voraussetzungen für einen Systemwechsel. Bei der Priorisierung der Ziele Flexibilität, Wasserbilanz und Wasserrecycling wird die Dezentralisierung eines Systems mit Kleinkläranlagen favorisiert. Ein ressourcenorientiertes System mit einer Grau- und Schwarzwassertrennung ist nur zukünftig vorteilhaft, wenn die Ziele Wasserrecycling, Nährstoffrecycling und/oder Energieeffizienz priorisiert werden. Wenn ein Systemwechsel vollzogen werden soll, müssen auch die Auswirkungen auf die Wasserversorgung und Abwasserreinigung untersucht werden. Es kann gezeigt werden, dass bei einer abnehmenden Bevölkerung dezentrale und ressourcenorientierte Systeme im ländlichen Raum eine Alternative darstellen. Zur Begleitung von Transformationsprozessen ist die Verwendung einer adäquaten Methodik zum Aufzeigen von verschiedenen Systemalternativen (z.B. mathematische Optimierung) zielführend.

Der vorliegende Tagungsband erscheint als Band 1 der neuen Schriftenreihe Wasser Infrastruktur Ressourcen, in der die Fachgebiete Siedlungswasserwirtschaft und Ressourceneffiziente Abwasserbehandlung der TU Kaiserslautern künftig ihre wissenschaftlichen Aktivitäten und Ergebnisse gemeinsam publizieren werden. Für den Start dieser Schriftenreihe erscheint die Sammlung der Beiträge zur Gemeinschaftstagung aqua urbanica trifft RegenwasserTage bestens geeignet. Die Fachbeiträge beleuchten mit Regenwasser in urbanen Räumen ein Themenfeld, das seit mehr als 25 Jahren im Fokus der Forschungsaktivitäten des Herausgebers steht und ein zentrales Element der beiden in diesem Jahr zusammengeführten Tagungen seit vielen Jahren darstellt. Die Regenwassertage finden 2018 zum 17. Mal statt. Die aqua urbanica wird seit 2011 von den sechs siedlungswasserwirtschaftlichen Schwesterinstitutionen der eawag-ETH Zürich, der Hochschule für Technik Rapperswil, der TU Graz, der Universität Innsbruck, der Universität Stuttgart und der TU Kaiserslautern in Kooperation mit den nationalen Organisationen DWA, ÖWAV und VSA veranstaltet. Die Gemeinschaftstagung widmet sich dem verantwortungsvollen Umgang mit Regenwasser als zentraler Baustein zur Sicherstellung leistungsfähiger kommunaler Entwässerungssysteme. Mit der Fokussierung auf Regenwasser in urbanen Räumen soll den besonderen Herausforderungen Rechnung getragen werden, die aus dem zukunftsgerechten Umgang mit Regenwasser in Siedlungsgebieten erwachsen. Die kommunale Überflutungsvorsorge als Starkregenrisikomanagement, der Schutz der Gewässer vor Belastungen aus Regenwetterabflüssen und der Erhalt des lokalen Wasserhaushalts erfordern eine interdisziplinäre, kooperative Bearbeitung. Sie müssen mit ihren Zielkonflikten auch im Lichte großer Ungewissheiten zukünftiger Entwicklungen bearbeitet werden. Das gilt in besonderem Maße für die in den letzten Jahren beobachtete Häufung extremer Niederschlagsereignisse als mögliche Folge des Klimawandels. Zur Sicherstellung des durch die EN 752 europaweit vorgegebenen Überflutungsschutzes in urbanen Räumen braucht es ein leistungsfähiges Entwässerungssystem, das von mehreren Generationen geschaffen wurde und das es auch weiterhin zu erhalten und zu optimieren gilt. Die genannten Anliegen sind gleichermaßen Themen mit hoher Wertigkeit sowohl bei den umwelt- und kommunalpolitisch Verantwortlichen als auch in der öffentlichen Wahrnehmung. In Verbindung mit den Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie und dem dort verankerten Verschlechterungsverbot für den Zustand der Gewässer gilt es, die oberirdischen Gewässer und das Grundwasser soweit möglich vor Stoffeinträgen durch Regenwetterabflüsse zu schützen. Nach Möglichkeit sollte nur noch nicht behandlungsbedürftiges oder entsprechend vorgereinigtes Regenwasser eingeleitet bzw. zur Versickerung gebracht werden. Dafür kommen innerhalb der bisher eher zentral ausgerichteten Entwässerungskonzepte zunehmend auch intelligente dezentrale und möglichst naturnahe Maßnahmen zum Einsatz. Das sich daraus ergebende Spannungsfeld soll im Rahmen der Tagung möglichst breit betrachtet und diskutiert werden. Mit den Themenschwerpunkten • Ansätze für ein zukunftsfähiges Starkregenrisikomanagement • Lösungsansätze für eine wassersensible Stadtentwicklung • Bewertung der Gewässerbelastungen durch Regenwetterabflüsse • Methoden und Anlagen der Regenwasserbehandlung bietet die Gemeinschaftstagung aqua urbanica trifft RegenwasserTage interessierten Teilnehmern aus Behörden, Kommunen und Verbänden, Hochschulen und Ingenieurbüros einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen und den derzeitigen Stand im Umgang mit Regenwasser. Dabei werden Herausforderungen für die moderne Siedlungsentwässerung aufgegriffen und Erfahrungen aus geplanten und realisierten Projekten vorgestellt und diskutiert. Damit soll auch der Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis gefördert und verstärkt werden.