Für einen teilgesättigten Modellboden sind experimentelle Untersuchungen ausgeführt, die sowohl die Teilsättigung des Bodens während der Belastung als auch die zyklischen Einwirkungen unter drainierten Randbedingungen berücksichtigen. Die Teilsättigung ist durch eine Saugspannungsmessung mittels Miniaturtensiometer in einer zyklischen Triaxialzelle und einem statischen Ödometer erfasst. In zahlreichen Laboruntersuchungen konnte eine reproduzierbare Probenaufbereitung nachgewiesen werden. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass im Probeninnern des Modellbodens gegenüber den Probenendflächen keine signifikant abweichenden Wassergehalte und somit konstante Anfangssaugspannungen vorliegen. Vor allem bei der Applikation von zyklischen Beanspruchungen zur Ermittlung und numerischen Beschreibung des Materialverhaltens ist dieser Umstand von Bedeutung. Die Messergebnisse sind anschließend zur Modifikation eines elastoplastischen Stoffmodellansatzes herangezogen. Mit den erzielten Untersuchungsergebnissen konnten die Parameterfunktionen eines elastoplastischen Stoffgesetzansatzes in Abhängigkeit von der Anfangsporenzahl, des Anfangssättigungsgrades sowie des Isotopen Spannungszustandes unter Berücksichtigung der Einflussgrößen aus der zyklischen Beanspruchung, dieses sind die axiale deviatorische Spannungsamplitude und die Lastzyklenzahl, für einen Frequenzbereich von 0,005 - 0,01 Hz über einen Separationsansatz aufgestellt werden. Die Kopplung der Teilsättigung erfolgt dabei über den Sättigungsgrad bzw. den Wassergehalt des Bodens anhand der porenzahlabhängigen Saugspannungscharakteristik (SWCC). Es konnte gezeigt werden, dass alle untersuchten teilgesättigten Böden in der zyklischen Lastphase durchgehend eine zyklisch-deviatorische Dehnungsverfestigung aufweisen. Ab einer Lastzyklenzahl größer 560 stagnieren die zyklisch bedingten Verformungen und es entsteht ein quasi-stationärer Verformungs- und Porendruckzustand. Dabei zeigen die sogenannten Wechselversuche eine signifikante höhere Verformungs- und Saugspannungsamplitude als die sogenannten Schwellversuche. Die aufgestellten Beziehungen gelten für einen Wertebereich der Anfangssättigungsgrade größer 82% und der Anfangsporenzahl zwischen 0,52 und 0,64.

Die über mehr als 100 Jahre gewachsenen komplexen Strukturen der Wasserver- und Abwasserentsorgungssysteme müssen sich zunehmend neuen Herausforderungen stellen. Die Forderung nach einer Anpassung hin zu flexiblen und nachhaltigen Systemen bedingt einen hohen Neu- und Umbaubedarf im Bestand. Als Alternativen und Ergänzung bestehender Systeme werden neben einer naturnahen Regenwasserbewirtschaftung auch Neuartige Sanitärsysteme diskutiert. Eine Umstellung bestehender Systeme auf Siedlungsebene findet hierbei allerdings äußert selten statt. Hierfür ist die Erarbeitung von Umgestaltungsstrategien erforderlich, um finanzielle Mittel und ökologischen Nutzen zu optimieren. In dieser Arbeit wird ein multi-kriterielles lineares Optimierungsmodell genutzt, in dem Methoden der Projektplanungs- und Netzwerkflussprobleme verknüpft werden. Als wesentliche Nebenbedingung wird die Einhaltung der Funktionsfähigkeit der sich wandelnden Systeme und als Zielfunktionen werden ökonomische und ökologische Kosten eingeführt. Lösungen des formulierten mathematischen Problems sind Pareto-optimale funktionsfähige und zulässige Strategien der weitreichenden Integration einer ressourcenorientierten Abwasserbewirtschaftung. Als Ergebnis liegt ein Instrument vor, dass die Entscheidungsfindung zur Umgestaltung von bestehenden siedlungswasserwirtschaftlichen Infrastrukturen unterstützt und mögliche Kosten und Folgewirkungen zeitlich und räumlich differenziert aufzeigen kann. Das Optimierungsmodell wurde an zwei Untersuchungsgebieten angewandt und optimale Umgestaltungsstrategien zu unterschiedlichen nachhaltigen Zielzuständen analysiert sowie eine Sensitivitätsanalyse bezüglich wichtiger Optimierungsparameter durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die generelle Umsetzbarkeit einer weitreichenden Teilstromseparation gewährleistet ist, wenn neue Elemente zur Bewirtschaftung, Behandlung und Ableitung zeitlich optimiert integriert werden. Mögliche Umgestaltungen werden keine linearen Anpassungen an Zielwerte, Veränderungen von Umweltauswirkungen oder Kostenflüsse verursachen. Es ergeben sich vielmehr über den Umsetzungszeitraum veränderliche Verläufe, die je nach Zielgewichtung von ökonomischen und ökologischen Kosten große Wirkungen zu Beginn oder zum Ende der Betrachtungsdauer zeigen. Vor allem die Gewichtung der beiden Kosten und die Auswahl der zu minimierenden ökologischen Kriterien haben einen großen Einfluss auf die gefundenen Umgestaltungsstrategien. Die jeweiligen Empfehlungen zum Umgestaltungszeitraum, der Zielgewichtung und zur allgemeinen Vorgabe der Optimierungskriterien leiten sich vor allem aus der Veranlassung für eine Systemumgestaltung ab. Die für den spezifischen Anwendungsfall optimale Umgestaltungsstrategie kann sich nur durch Diskussion mit den Entscheidungsträgern vor Ort ergeben. Das Modell hat sich hierbei als sehr gut geeignetes Werkzeug zur Analyse der Systeme herausgestellt. Es konnte gezeigt werden, dass eine Erweiterung derzeitiger Bewertungsmethoden hin zu Methoden, die zeitlich und räumlich differenzierte Aussagen für den ökologischen und ökonomischen Zustand ermöglichen, erforderlich ist. Die alleinige Planung und Betrachtung des zukünftigen Systemzustandes ist nicht ausreichend zur Beurteilung der Wirkungen einer weitreichenden Implementierung ressourcenorientierter Abwasserbewirtschaftung.

Immer mehr Gebäude werden aus Gründen des Komforts, der Sicherheit und der Wirtschaftlichkeit mit fortschrittlicher Automationstechnik ausgestattet. Daher gewinnt Gebäudeautomation zunehmend an Bedeutung. Hierfür sind gebäudetechnische Anlagen in vielen Fällen über Busleitungen mit einem Leitrechner vernetzt und zentral erfasst. Sie werden mit Hilfe von Sensoren und Aktoren gesteuert. Um Bauwerke effektiv und effizient bewirtschaften zu können, werden zunehmend CAFM-Systeme als unverzichtbares Werkzeug des Facility Managers eingesetzt. Dabei werden heute die gleichen gebäudetechnischen Anlagen ein zweites Mal erfasst, um sie im Rahmen des Anlagen- und Wartungsmanagements verwalten zu können. Eine webbasierte, datenbankgekoppelte Steuerung dieser Anlagen direkt über ein CAFM-System ist derzeit nicht verfügbar. Themenbezogene Normen und Richtlinien geben keinen Aufschluss über konkrete Kopplungsmechanismen von Gebäudeautomation und CAFM zur Steuerung gebäudetechnischer Anlagen. Es fehlt an Netzwerkmodellen und Lösungskonzepten. Die vorliegende Arbeit setzt an dieser Problematik an. Sie prüft, in welcher Weise gebäudetechnische Einrichtungen hinsichtlich einer komfortablen und zentralen Steuerungsfunktion in CAFM-Systeme eingebunden werden können. Aspekte wie neuartige Vernetzungsvarianten, die Bereitstellung von Anlagendaten mit zugehörigen Import-funktionen sowie die Möglichkeit einer browsergestützten Bedienung stehen dabei im Fokus der Betrachtung. Der Leitgedanke dabei ist, vorhandene Technologien und Standards zu nutzen, um daraus neue Lösungen zu schaffen. Der vorgestellte Lösungsansatz analysiert, vergleicht und bewertet unterschiedliche Netzstrukturen, dessen Ergebnis als Entscheidungshilfe für die Modellentwicklung dient. Der "Plug and Play"-Gedanke wird durch die Verwendung der bereits standardisierten Netzwerktechnologie UPnP (Universal Plug and Play), realisiert, wofür es der Ausarbeitung und Definition neuer bereitzustellender Datenformate (XML) bedarf. Für die praktische Umsetzung wird eine eigene Datenbankstruktur (MS Access) zur Simulation eines CAFM-Systems entworfen und eine mit VB.NET programmierte Benutzeroberfläche erstellt. Der entwickelte Programmbaustein "FMControl" demonstriert das webbasierte Schnittstellen-konzept mit Importfunktion und Steuermechanismen. Die Ergebnisse dieser Arbeit schaffen die Basis für die Optimierung im Bereich der webbasierten und datenbankgekoppelten Gebäudeautomation. Durch die Implementierung der vorgestellten Funktionen des Programmbausteins "FMControl" können CAFM-Systeme zu leistungsstarken Steuerungsinstrumenten für Gebäude und deren Anlagen ausgebaut werden.

Immer mehr Gebäude werden aus Gründen des Komforts, der Sicherheit und der Wirtschaftlichkeit mit fortschrittlicher Automationstechnik ausgestattet. Daher gewinnt Gebäudeautomation zunehmend an Bedeutung. Hierfür sind gebäudetechnische Anlagen in vielen Fällen über Busleitungen mit einem Leitrechner vernetzt und zentral erfasst. Sie werden mit Hilfe von Sensoren und Aktoren gesteuert. Um Bauwerke effektiv und effizient bewirtschaften zu können, werden zunehmend CAFM-Systeme als unverzichtbares Werkzeug des Facility Managers eingesetzt. Dabei werden heute die gleichen gebäudetechnischen Anlagen ein zweites Mal erfasst, um sie im Rahmen des Anlagen- und Wartungsmanagements verwalten zu können. Eine webbasierte, datenbankgekoppelte Steuerung dieser Anlagen direkt über ein CAFM-System ist derzeit nicht verfügbar. Themenbezogene Normen und Richtlinien geben keinen Aufschluss über konkrete Kopplungsmechanismen von Gebäudeautomation und CAFM zur Steuerung gebäudetechnischer Anlagen. Es fehlt an Netzwerkmodellen und Lösungskonzepten. Die vorliegende Arbeit setzt an dieser Problematik an. Sie prüft, in welcher Weise gebäudetechnische Einrichtungen hinsichtlich einer komfortablen und zentralen Steuerungsfunktion in CAFM-Systeme eingebunden werden können. Aspekte wie neuartige Vernetzungsvarianten, die Bereitstellung von Anlagendaten mit zugehörigen Import-funktionen sowie die Möglichkeit einer browsergestützten Bedienung stehen dabei im Fokus der Betrachtung. Der Leitgedanke dabei ist, vorhandene Technologien und Standards zu nutzen, um daraus neue Lösungen zu schaffen. Der vorgestellte Lösungsansatz analysiert, vergleicht und bewertet unterschiedliche Netzstrukturen, dessen Ergebnis als Entscheidungshilfe für die Modellentwicklung dient. Der „Plug and Play“-Gedanke wird durch die Verwendung der bereits standardisierten Netzwerktechnologie UPnP (Universal Plug and Play), realisiert, wofür es der Ausarbeitung und Definition neuer bereitzustellender Datenformate (XML) bedarf. Für die praktische Umsetzung wird eine eigene Datenbankstruktur (MS Access) zur Simulation eines CAFM-Systems entworfen und eine mit VB.NET programmierte Benutzeroberfläche erstellt. Der entwickelte Programmbaustein „FMControl“ demonstriert das webbasierte Schnittstellen-konzept mit Importfunktion und Steuermechanismen. Die Ergebnisse dieser Arbeit schaffen die Basis für die Optimierung im Bereich der webbasierten und datenbankgekoppelten Gebäudeautomation. Durch die Implementierung der vorgestellten Funktionen des Programmbausteins „FMControl“ können CAFM-Systeme zu leistungsstarken Steuerungsinstrumenten für Gebäude und deren Anlagen ausgebaut werden.

Pflanzenkläranlagen (PKA) sind ein naturnahes Verfahren der Abwasserreinigung, das aufgrund seines im Vergleich zu technischen Kläranlagen geringen Wartungs- und Energieaufwands, der guten Einbindung in die Landschaft und der höheren Reinigungsleistung als konventionelle Teichkläranlagen vorwiegend im ländlichen Raum zum Einsatz kommt. Gemäß den allgemein anerkannten Regeln der Technik beschränkt sich die Anwendung jedoch auf im Trennsystem entwässerte Einzugsgebiete und den Einsatz von fluviatilen Rundkornsanden als Filtersubstrat. Im Süden und Südwesten Deutschlands überwiegt allerdings das Mischsystem, sodass verfahrenstechnische Lösungen in der Abwasserreinigung die Mischkanalisation als Voraussetzung haben. Im Zuge der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) sind Immissionsbetrachtungen im Hinblick auf den guten chemischen Zustand des Gewässers als Grundlage für den guten ökologischen Zustand erforderlich. Dezentrale Kläranlagen an abflussschwachen Gewässern müssen häufig verschärfte Anforderungen an den Ablauf, insbesondere im Hinblick auf die Nitrifikationsleistung, einhalten. Ziel dieser Arbeit ist die Überprüfung der Eignung von Pflanzenkläranlagen im Mischsystem im Allgemeinen und von Lavasand als Filtersubstrat im Besonderen zur Erfüllung dieser Anforderungen. Der für Lavasand-Anlagen entwickelte Bemessungsansatz des Entsorgungsverbandes Saar (EVS) sowie die zugehörigen Planungs- und Betriebsvorgaben wurden im großtechnischen Maßstab an zehn kommunalen Kläranlagen mit Ausbaugrößen von 70 bis 600 EW überprüft. Neben einer reinen Verifizierung des Konzepts im Sinne eines Nachweises der Reinigungsleistung wurde versucht, auf der Kläranlage Büschdorf die Belastungsgrenzen des Systems und insbesondere der alternierend und intermittierend betriebenen Hauptbodenfilter (HBF) zu ermitteln. Ergebnis dieser Untersuchungen auf der Kläranlage Büschdorf war, dass der dort als Filtersubstrat eingesetzte Lavasand über ein Jahr mit maximalen hydraulischen Flächenbelastungen von mehr als 220 l/(m2*d) beaufschlagt werden kann, ohne dass es zu Kolmationserscheinungen oder einem Einbruch der Reinigungsleistung kommt. Darüber hinaus wurde die Leistungsfähigkeit von Lavasanden aus verschiedenen Steinbrüchen mit unterschiedlichen Eigenschaften auf der Kläranlage Riesweiler untersucht. Es zeigte sich, dass das Filtermaterial mit der größten Porosität, der größten spezifischen Oberfläche, der geringsten Durchlässigkeit und der höchsten Kationenaustauschkapazität die besten Ergebnisse im Hinblick auf die Elimination von Kohlenstoff- und Phosphorverbindungen sowie Ammoniumstickstoff erzielt. Im Zusammenhang mit dem CSB-Abbau und der Nitrifikationsleistung sind aerobe Verhältnisse im Filterkörper notwendig, was durch einen intermittierenden Betrieb der Bodenfilter sichergestellt wird. Dieser Sachverhalt wurde mit Redoxpotenzialmessungen und Beprobungen von Versuchsphasen mit dem Filter im Normal- und Einstaubetrieb nachgewiesen. Gemäß den Ergebnissen dieser Arbeit sind Lavasande als Filtersubstrat im Vergleich zu fluviatilen Rundkornsanden bei höherer hydraulischer Belastung, insbesondere bezogen auf den Ammoniumstickstoffabbau, leistungsfähiger. Zusammenfassend ist festzustellen, dass substrateigenschaftsabhängige Bemessungs-vorgaben notwendig und sinnvoll sind. Hier besteht weiterer Forschungsbedarf.

Zur Verankerung von Bügelschenkeln im Brandfall mit 90°-Winkelhaken gibt es bisher nur widersprüchliche Aussagen. Während in der kommentierten Fassung des EC2 90°-Winkelhaken als nicht geeignet für Anforderungen größer R90 bezeichnet werden, widerspricht Heft 600 des DAfStB dieser Aussage und erklärt 90°-Winkelhaken für geeignet. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es das Tragverhalten von 90°- und 135°-Winkelhaken, sowohl im gerissenen, als auch im ungerissenen Querschnitt unter Brandbeanspruchung zu untersuchen. Es konnten signifikante Unterschiede im Tragverhalten gezeigt und Hinweise für die Praxis erarbeitet werden.

Zum Nachweis der Tragfähigkeit bestehender Tragwerke benötigt der Tragwerksplaner charakteristische Werkstoffeigenschaften der verwendeten Baustoffe. Diese Werte können meist nicht direkt und ohne weitere Überlegungen aus älteren Normen, Richtlinien, Zulassungen oder von geprüften Bestandsunterlagen übernommen werden. Da die Neuberechnung grundsätzlich immer nach aktuellem Normenwerk zu erfolgen hat, sind die Werkstoffkennwerte gemäß der seinerzeits gültigen Normfestlegungen an die aktuellen Bezugswerte anzupassen. Auf der Grundlage einer umfangreichen Literaturrecherche sind für die Baustoffe Beton und Betonstahl charakteristische Kenngrößen der maßgeblichen mechanischen Werkstoffeigenschaften in der vorliegenden Arbeit bestimmt worden. Die Darstellung der Ergebnisse erfolgt anhand von Tabellen, welchen die charakteristischen Kennwerte für die Werkstoffgüten einzelner Zeitperioden entnommen werden können. In Fällen, in denen keine oder nur unzureichende Informationen über ein zu bewertendes Bauwerk vorliegen, sind die charakteristischen Werkstoffkennwerte anhand von Bauwerksuntersuchungen zu bestimmen. In der vorliegenden Arbeit werden Konzepte beschrieben, welche die zu beachtenden Besonderheiten bei der Bestimmung der charakteristischen Werkstoffeigenschaften von Beton und Betonstahl anhand von Prüfergebnissen aus Bauwerksuntersuchungen berücksichtigen. Diese Konzepte enthalten unter anderem Empfehlungen für die Festlegung von Prüfbereichen und Stichprobenumfängen sowie Hinweise für die Probenentnahme von Betonbohrkernen und Stahlbetonstäben.

Basierend auf eigenen Fließ- und Füllversuchsreihen und vergleichenden 2D- und 3D-Simulationen wurde ein Verfahren zur numerischen Simulation des Fließ- und Füllverhaltens von zementgebundenen Feinkornsystemen mit und ohne Stahlfasern entwickelt bzw. weiterentwickelt. Das stark zeit- und scherratenabhängige rheologische Verhalten dieser Feinkornsysteme wurde mit einem Rotationsrheometer anhand speziell entwickelter Messprofile untersucht und mittels eines geeigneten Modells abgebildet. Im Rahmen von Parameterstudien und Vergleichen der experimentellen Ergebnisse der durchgeführten Haegermann- und L-Box-Versuche mit denen der Simulation wurden Simulationsparameter und -modelle angepasst und validiert. Das Fließ- und Füllverhalten der untersuchten Feinkornsysteme konnte dadurch mit der verwendeten Software-Plattform „Complex Rheology Solver“ (CoRheoS) zufriedenstellend beschrieben werden. Darüber hinaus wurde die Orientierung von Stahlfasern mithilfe einer bi-direktionalen Kopplung der Gleichungen für das Fließverhalten der Feinkornsysteme mit denen für die Faserorientierung qualitativ gut wiedergegeben.

Die Verbunddecke ist ein Deckensystem, das Akzeptanz und Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitig ausgereifter bautechnischer Qualität vereint. Nachweiskonzepte zur Biegetragfähigkeit und Längsschubtragfähigkeit wurden bereits für normative Regelungen erarbeitet. Für die Bemessung unter Querkraft orientiert sich das Regelwerk für Verbundbau am Nachweiskonzept für Massivbauteile. Eine eigenständige, an die besondere konstruktive Gestaltung von Verbunddecken angepasste Bemessung ist nicht vorhanden. Bisher wird somit ein empirisch gestütztes Querkraftmodell verwendet, dessen statistische Kalibrierung ohne Berücksichtigung von Verbunddeckenversuchen vorgenommen wurde. Neuere Untersuchungen an Verbunddecken mit gefügedichtem Leichtbeton zeigten, dass bei einem ungünstigen Verhältnis der Zug- zur Druckfestigkeit des Betons und in Abhängigkeit der Verankerung der Längsbewehrung relevante Sicherheitsdefizite infolge Querkraftversagen auftreten können. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die das Querkraftversagen bei Verbunddecken auslösenden Mechanismen separiert und in ihrer Wirkung beschrieben. Hierzu wurden eine Vielzahl von Querkraftversuchen an Verbunddecken mit variierender Blechgeometrie und in wechselnder Kombination mit Normal- und Leichtbeton durchgeführt. Aus dem Zugewinn an Erkenntnissen wurde ein mechanisch begründetes, variables Bemessungsmodell für Verbunddecken unter Querkraftbeanspruchung formuliert. Das Modell zeichnet sich durch die Berücksichtigung der bisher vernachlässigten Eigentragfähigkeit des Verbundblechs aus und kann zudem flexibel an die verwendete Betonart sowie an variierende Blechgeometrien angepasst werden. Das Querkraftmodell setzt sich aus den additiv wirkenden Traganteilen des Blechs, der ungerissenen Druckzone sowie der aktivierten Bruchprozesszone zusammen. Damit wurde ein geschlossener Lösungsvorschlag zur Querkraftbemessung erarbeitet, welcher eine optimale und sichere Ausnutzung des Deckensystems ermöglicht. Da die Einzeltragwirkungen individuell und mechanisch beschrieben wurden sind Ergän-zungen leicht möglich, so dass zukünftig auch die Einbindung der Wirkung von Faserbeton denkbar wäre. In der Arbeit wurde erstmals der Frage nach einem ingenieurmäßigen Nachweisformat für Verbunddecken unter Schubbeanspruchung nachgegangen. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen Schlussfolgerungen zu dem von Stahlbetonbalken abweichenden Tragverhalten und liefern damit eine Basis für weitere Forschungsansätze. Um dies zu unterstützen wurde eine umfangreiche Datensammlung durchgeführt und in einer Versuchsdatenbank von Stahlverbunddecken mit Querkraftversagen festgehalten.

Im Forschungsprojekt „Innovationen in der Bauwirtschaft – Von der Idee bis zum Markt“ wurde in Zusammenarbeit mit acht Industriepartnern an einer Zusammenstellung von geeigneten Konzepten zur umfassenden Begleitung des betrieblichen Innovationsmanagements in der Baubranche gearbeitet. Das Wissensmodul 2 „Innovationsideen erfolgreich umsetzen“ bildet den zweiten Teil der im Forschungsprojekt entstandenen Broschürenreihe und ergänzt die in Wissensmodul 1 vorgestellten Themenfelder. Während in Wissensmodul 1 auf die Schaffung allgemeiner Rahmenbedingungen für Innovationsfähigkeit und Innovationsbereitschaft in Unternehmen der Bauwirtschaft eingegangen wird, stehen in diesem Wissensmodul 2 Konzepte im Vordergrund, welche die Umsetzung konkreter Innovationsvorhaben und deren anschließende „Vermarktung“ an die jeweilige Zielgruppe unterstützen. Ausgedrückt in den gängigen Fachbegriffen der Innovationsforschung bezieht sich diese Broschüre demnach auf die drei Phasen der Ideenakzeptierung, der Ideenrealisierung und der Diffusion der entstandenen Innovation im Innovationsprozess. Die in der Broschüre behandelten Themenfelder sind die Chancen-Risiken-Analyse zum Zeitpunkt der Ideenauswahl, das Innovationsprojektmanagement für die Umsetzung der Innovationsidee und schließlich die gezielte Ansprache und Einbindung von Personengruppen oder Organisationen, die als „Adoptoren“ für die Übernahme und Akzeptanz der Innovation besonders wichtig sind. Das Ziel beider Broschüren ist es, Unternehmen der Bauwirtschaft bei ihrem Weg von der Entwicklung bis hin zur Vermarktung von Innovationsideen durch praxisnah beschriebene Konzepte und Methoden zu unterstützen. Aufbauend auf einer Analyse der vorhandenen Strukturen und Vorgehensweisen bei der Entwicklung und Umsetzung von Innovationsideen der im Projekt beteiligten Partnerunternehmen, wurden hierfür zunächst bewährte Konzepte und Gestaltungsansätze des Innovationsmanagements ausgewählt. Diese wurden anschließend zusammen mit den Unternehmenspartnern auf ihre Anwendbarkeit und Eignung sowie ihren Nutzen für ein betriebliches Management von Innovationsprozessen in der bauwirtschaftlichen Praxis untersucht.

Am 25.11.2015 fand in Kaiserslautern die Fachtagung „Mikroschadstoffe aus Abwasseranlagen in Rheinland-Pfalz“ statt. Veranstalter waren das Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft und das Zentrum für innovative AbWassertechnologien (tectraa) an der Technischen Universität Kaiserslautern, die Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft (WiW) sowie das Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft, Ernährung, Weinbau und Forsten des Landes Rheinland-Pfalz (MULEWF). Hintergrund der Veranstaltung war das Forschungsprojekt „Relevanz, Möglichkeiten und Kosten einer Elimination von Mikroschadstoffen auf kommunalen Kläranlagen in Rheinland-Pfalz, aufgezeigt am Beispiel der Nahe - Mikro_N“, das tectraa in Zusammenarbeit mit WiW im Auftrag des MULEWF durchgeführt hat. Im Rahmen der Fachtagung wurden sowohl Projektergebnisse vorgestellt als auch allgemein relevante Fragestellungen zum Thema Mikroschadstoffe beleuchtet. Rahmenbedingungen sowie Perspektiven für eine Elimination der Mikroschadstoffe bildeten weitere inhaltliche Schwerpunkte der Veranstaltung.

Verkehrsverbünde in Deutschland haben heute eine hohe Relevanz für die Gestaltung des ÖPNV. Aktuell bestehen bundesweit 58 Verbünde, die ca. 70% des Bundesgebietes abde-cken. Die Bandbreite der Verbünde ist dabei groß und reicht vom Landkreisverbund bis hin zur Abdeckung ganzer Bundesländer. Durch die Heterogenität der Verbundlandschaft ist festzuhalten, dass es DEN Verbundprototyp nicht gibt. Das Erfolgsmodell „Verkehrsver-bund“ hat jedoch auch negative Aspekte. Verbünde sind keine Instrumente zur Defizitbeseitigung. Die regelmäßig auszugleichenden Defizite werden durch die verschiedenen Institutionen der öffentlichen Hand getragen. Obwohl den Verbünden aus dem evidenten Umstand einer Mangelverwaltung ein Effizienzauftrag praktisch mit in die Wiege gelegt wird, ist bisher in der Verbundpraxis kein einheitliches Instrument vorzufinden, das das Handeln der Verbünde systematisch erfasst, eine Bewertung ermöglicht und ggf. einen Vergleich mit anderen Verbünden vornimmt. Ziel der Arbeit ist es daher, ein Instrument zur Erfassung, Bewertung und zum Vergleich der Arbeit von Verkehrsverbundorganisationen aufzustellen. Dazu lassen sich verschiedene Forschungsfragen formulieren: 1. Welches sind die Ziele und Aufgaben von Verbünden? 2. Wie können Ziele und Aufgaben von Verbünden erfasst und bewertet werden? 3. Wie ist ein Instrument zur einheitlichen Erfassung und Bewertung der Arbeit von Ver-kehrsverbundorganisationen auszugestalten? 4. Wie können Verkehrsverbünde verglichen werden? 5. Ist eine Verbundbewertung und ein Verbundvergleich in der Praxis anwendbar? Hinsichtlich der Ziele und Aufgaben von Verbundorganisationen zeigen die Untersuchungsergebnisse, dass in der Praxis keine klare Verwendung der Begriffe Oberziele, Ziele und Aufgaben erfolgt. Oberziele liegen oft weit außerhalb des Wirkungsbereichs von Verkehrsverbünden und können somit nicht von diesen beeinflusst werden. Der Züricher Verkehrsverbund (ZVV) hat daher den Begriff der „lenkbaren Größe“ eingeführt, der auch im Rahmen dieser Arbeit Verwendung findet. Die weiteren Untersuchungen zeigen, dass sich eine Bewertung nicht nur auf betriebswirt-schaftliche Kennzahlen stützen kann, da der jeweilige Handlungsauftrag einer Verkehrsver-bundorganisation, entgegen dem eines Wirtschaftsunternehmens, nicht nur an marktwirt-schaftlich orientierten Erfolgs- und Effizienzkriterien ausgerichtet ist, sondern auch nicht gewinnorientierte Aufgaben der öffentlichen Hand wie z.B. die Daseinsvorsorge einschließt. In einem folgenden Arbeitsschritt werden die Erkenntnisse aus den Voruntersuchungen im Rahmen der Aufstellung eines speziellen Instruments zur Erfassung und Bewertung der Verbundarbeit zusammengeführt. Dazu werden vier Kernthemen und vier erweiterte Themen der Verbundarbeit definiert, denen dann einzelne Aufgaben zugeordnet werden. Zu diesen Aufgaben werden Indikatoren und Messgrößen bestimmt. Ein komplexes und anspruchsvolles Bewertungsinstrument benötigt eine systematische Einführung und Anwendung. Eine wesentliche Unterstützung ist dabei eine Institutionalisierung. Die Untersuchung der verschiedenen Möglichkeiten einer Institutionalisierung für das hier entwickelte Bewertungsinstrument lassen den Verband Deutscher Verkehrsunternehmen (VDV) als Branchenverband oder eine unabhängige, als Verein organisierte Institution in Frage kommen. Als erste Anwendungsstufe ist der entwickelte Bewertungsansatz als internes Controlling-Instrument einzusetzen. Damit kann eine Verkehrsverbundorganisation ihre internen Aufgaben und Prozesse erfassen und den Soll-Ist-Abgleich als Steuerungsinstrument für die Verbundarbeit verwenden. In einer zweiten Stufe ist über den einzelnen Verbund hinaus ein Benchmarking mit anderen Verbünden möglich. Hierbei sollte jedoch ein Vergleich innerhalb einer geeigneten (homogenen) Vergleichsgruppe stattfinden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird eine Systematik zur Einteilung von Verkehrsver-bünden entwickelt, um so geeignete homogene Vergleichsgruppen bilden zu können. Dazu werden die vier Merkmale Fläche, Einwohnerzahl, Anzahl der Verkehrsunternehmen und Anzahl der Aufgabenträger sowie die Organisationsform der Verbünde für eine Einteilung herangezogen. So lassen sich alle Verbünde in eine von neun gebildeten Eigenschaftsgruppen einteilen. Für die vorliegende Untersuchung werden aus den stärksten Gruppen typische Vertreter für eine weitere Untersuchung auswählt. Nach einer Rückkopplung mit ausgewählten Verbünden zeigte sich, dass die grundsätzliche Systematik des Bewertungsinstruments von allen Verbünden bestätigt wurde. Hinsichtlich der Anwendung als Controlling-Instrument haben die großen Verbünde oft eigene Systematiken aufgebaut, die nur schwer einem neuen hier entwickelten Instrument angepasst werden können. Bei kleinen Verbünden sind i.d.R. keine internen Bewertungsinstrumente im Einsatz, so dass die Voraussetzungen für eine Anwendung hier eher gegeben sind. Aufgrund ihrer oft sehr geringen (personellen) Ressourcen sehen sie sich jedoch mit der Einführung und Anwendung überfordert. Daher kommt einer unterstützenden Institutionalisierung für den zukünftigen Einsatz eine große Bedeutung zu. Im Rahmen der Arbeit wurden dazu Ansätze untersucht und Lösungen aufgezeigt. An der zweiten Anwendungsstufe in Form eines Benchmarking haben alle befragten Verbünde großes Interesse. Die großen Verbünde sehen hier weniger einen vollumfänglichen Vergleich, sondern eher ausgewählte punktuelle Vergleiche zu speziellen Themen - auch vor dem Hintergrund, dass es nach Einschätzung der Verbünde keine richtigen Vergleichsgruppen in ihrer Größenklasse gibt. Die kleinen Verbünde haben sowohl Interesse an einem vergleichenden Einsatz als auch an der Methodik zur Bildung von (homogenen) Vergleichsgruppen. Insgesamt empfiehlt sich eine intensivere Auseinandersetzung der Verbünde mit der Anwendung eines Bewertungsinstruments, da die Grundlagen eines internen und eines externen Vergleichs dicht zusammen liegen - eine interne Verwendung stellt eine wesentliche Vorstufe für einen externen Vergleich dar. Auch hier kann eine Institutionalisierung diese anstehende Auseinandersetzung positiv unterstützen. Die Arbeit zeigt, dass für die unterschiedlichen Verbundtypen ein flexibles Bewertungs-instrumentarium, sowohl inhaltlich als auch hinsichtlich der Anwendung, benötigt wird. Die mit dieser Arbeit entwickelten Grundlagen und Instrumente zur Erfassung, Bewertung und Einteilung von Verkehrsverbünden können dies leisten und sollten eine weitere praktische Anwendung erfahren.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Möglichkeiten zur Steigerung der Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetondecken mit integrierten Leitungen untersucht. Hierbei wurde der Einfluss auf die Tragfähigkeit von Wendeln um die Leitungen herum, der Einfluss von Gitterträgern in Elementdecken mit Leitungen, Gitterträger neben Leitungen als örtliche Zulagebewehrung und Unterstützungskörbe über Leitungen untersucht. Zudem wurden Versuche mit lokaler Verbundstörung der Biegebewehrung zur Vermeidung eines Biegeschubrisses im Bereich der Leitungen durchgeführt. Die Wendel wird aus Betonstahl gebogen und mit handelsüblichen Betonabstandhaltern an der Leitung fixiert. Die Betondeckung zur Leitung soll sowohl die Kraftübertragung, als auch den Korrosionsschutz sicherstellen. In insgesamt 70 Bauteilversuchen wurden verschiedene Parameter variiert. Hierzu zählen der Leitungsdurchmesser, die Anzahl der Windungen der Wendel, der Stabdurchmesser der Wendel sowie die Lage der Öffnung im Bauteil. Mit relativ geringen Bewehrungsmengen konnte die Tragfähigkeit des ungeschwächten, unbewehrten Vollquerschnitts erreicht werden. Die Ergebnisse der Versuche führten abschließend zu einem an den Querkraftnachweis des Eurocode 2 angelehnten Bemessungsvorschlag, der die verschiedenen Einflussparameter der Wendel berücksichtigt. Zur Untersuchung des Tragverhaltens von Elementdecken mit Gitterträgern und integrierten Leitungen in der Ortbetonergänzung wurde in 31 Versuchen der Querkraftbewehrungsgrad variiert. Der Öffnungsdurchmesser betrug dabei maximal 80 mm. Größere Leitungen können ohne Beschädigung der Diagonalen der Gitterträger nicht verbaut werden. Hierbei konnte eine Reduktion der Querkrafttragfähigkeit bezogen auf den ungeschwächten Querschnitt mit Gitterträgern festgestellt werden. Diese Reduktion wird in einem Bemessungskonzept durch Abminderung des Betontraganteils berücksichtigt. Ab einer Querkraft-bewehrungsmenge von ca. 11 cm²/m² konnte die Querkrafttragfähigkeit des unbewehrten Vollquerschnitts erreicht werden. Diese Bewehrungsmenge entspricht in etwa dem Mindestquerkraftbewehrungsgrad nach Eurocode 2. Des Weiteren wurden Versuche an Elementdecken mit Gitterträgern neben bzw. Unterstützungskörben über Leitungen durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurde sowohl der Fall des in das Fertigteil einbetonierten Bewehrungselements als auch der Fall des nachträglich auf die Fertigteilplatte aufgestellten Bewehrungselements untersucht. Die Versuchsergebnisse führten zu einem Bemessungsansatz, welcher an das Bemessungskonzept des Eurocode 2 anschließt. Durch zusätzliche Faktoren in Abhängigkeit des Bewehrungselements, Bewehrungsgrades und des Leitungs-durchmessers kann die Querkrafttragfähigkeit solcher Decken bemessen werden. Eine lokale Verbundstörung der Biegebewehrung unterhalb der Öffnungen führt zu einer deutlich erhöhten Traglast. Ein Biegeschubversagen konnte in diesem Fall nicht herbeigeführt werden. Diese Versuche führen zwar zu keiner praxistauglichen Verstärkungsmethode, veranschaulichen aber sehr gut das Querkrafttragverhalten von Stahlbetondecken.

Kurzfassung Parabolrinnen stellen die wirtschaftlichste Form der solarthermischen Kraftwerke mit Solarstrahlenkonzentration dar. Die Kollektorelemente sind der entscheidende Faktor für die Wirtschaftlichkeit des gesamten Parabolrinnenkraftwerks. Stand der Technik ist es, die Kollektoren als räumliche Stahlfachwerke mit punktförmig gestützten Spiegeln auszuführen. Zu diesem Konstruktionsprinzip sind Alternativen möglich. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Machbarkeit einer wirtschaftlichen Konstruktionsvariante für die Ausführung der Parabolrinnen unter Verwendung des Werkstoffs Beton untersucht. Die dabei erörterten Fragestellungen umfassen ein breites Spektrum. Ein Schwerpunkt liegt auf der Konzeptionierung einer geeigneten Betonrezeptur und den damit verbundenen betontechnologischen Herausforderungen. Diese waren stets unter dem Gesichtspunkt einer schnellen Festigkeitsentwicklung zu betrachten. Des Weiteren konnte ein Großdemonstrator konzeptionell und baulich realisiert werden, durch welchen die Bauweise eines Parabolrinnenkollektorelements aus hochfestem Beton vor Augen geführt wird. Diesem sind zwei Innovationen immanent: Zum einen die Verwendung des Werkstoffs Beton, zum anderen sein neuartiges Auflagerungskonzept. Der fertiggestellte Großdemonstrator wurde in einer Genauigkeitsanalyse mittels optischer Messverfahren hinsichtlich seines Interceptfaktors, eine Kenngröße, von welcher der Systemwirkungsgrad abhängt, beurteilt. Ein weiterer betrachteter Aspekt ist die Maßhaltigkeit und Formstabilität von Beton, da durch Abweichungen von ihrer Sollgeometrie der Interceptfaktor einer Parabolrinne reduziert wird. Anhand von numerischen Untersuchungen wurden die unter realitätsnahen Bedingungen an einem geeigneten Standort auftretenden Verformungen für den Großdemonstrator analysiert und in Form einer rechnerischen Wirksamkeitsbeurteilung interpretiert. Abstract Parabolic troughs are the most economic type of solarthermal power plants working by concentrating solar power. The collector elements are the most influencing factor concerning the cost effectiveness of the whole power plant. State of the art is to construct the collectors as spatial steel truss systems with point-wise supported mirrors. Alternatives to this construction principle exist. In the thesis at hand the feasibility of an economic way of constructing of an economic execution of the parabolic troughs while using concrete as construction material was analyzed. The spectrum of the discussed questions is large. One focus was put on the conception of a suitable concrete and the connected challenges concerning the concrete technology. These were always to be considered under the aspect of a fast development of the strength. Furthermore, a full-size demonstrator was planned and built, which shows the construction method of a parabolic trough collector element using high-strength concrete. Two innovations are immanent: On the one hand, the use of the construction material concrete, on the other hand its novel supporting concept. The completed full-size demonstrator was evaluated regarding its intercept factor (a parameter by which the efficiency factor of the system is influenced) by using a precision analysis using optical measurement methods. Another examined aspect is the dimensional accuracy and stability of concrete because by deviations from the target geometry the intercept factor of a parabolic trough is reduced. By means of numerical methods the deflections, which result under realistic conditions at a suitable location, were analyzed and in due form of a mathematical effectiveness assessment interpreted.

Die Entwicklung von Revitalisierungskonzepten für Wohnimmobilien ist ein komplexer und zeitintensiver Prozess, bei dem umfassendes Fachwissen und weitreichende Erfahrungen notwendig sind. Heterogene Gebäudetypen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Handlungsbedarfen machen den Konzeptentwicklungsprozess noch komplizierter. Diese Arbeit bietet einen Katalog mit priorisierten Handlungsempfehlungen zur Entwicklung von Revitalisierungsvarianten für Mehrfamilienhäuser aus den 1970er Jahren in den alten Bundesländern. Die Immobilien tragen mit ca. 2,4 Mio. Wohnung wesentlich zur Wohnraumversorgung in den alten Bundesländern bei und wurden bisher unzureichend erforscht. Darüber hinaus stehen durch das Alter, den häufig geringen Modernisierungszustand und vorhandene Potenziale der Mehrfamilienhäuser meist kurz- bis mittelfristig grundlegende Revitalisierungen an. Die erarbeiteten Handlungsempfehlungen basieren auf Auswertungen von Daten professionell-gewerblicher Wohnungsanbieter, über 13.700 Energieverbrauchsausweisen, Mieterbefragungen und der Datenbasis Gebäudebestand des IWU. Außerdem stützen sich die Empfehlungen auf eine Sekundäranalyse einer repräsentativen Wohnnachfrageuntersuchung für Deutschland sowie auf zwanzig Expertenbefragungen und umfangreiche Literaturanalysen. Durch eine Immobilienanalyse werden verallgemeinerungsfähige Aussagen über bauliche und technische Eigenschaften und Handlungsbedarfe für die Mehrfamilienhäuser gewonnen. Daneben erfolgt anhand einer Nachfrageanalyse die Bestimmung potenzieller Nachfragegruppen und deren Wohnanforderungen sowie daraus abgeleitet nachfrageseitige Handlungsbedarfe für die Mehrfamilienhäuser. Für die ermittelten baulichen und technischen sowie nachfrageseitigen Handlungsbedarfe werden durch eine Maßnahmenanalyse geeignete Revitalisierungsmaßnahmen gefunden. Diese Maßnahmen werden im Katalog der Handlungsempfehlungen angelehnt an ein Kundenanforderungsmodell nach technischen Gesichtspunkten und Nachfrageaspekten priorisiert. Anwender des Empfehlungskatalogs können ihre individuelle kaufmännische Perspektive einbringen, um ganzheitliche Revitalisierungskonzepte zu entwickeln. Durch eine entwickelte Berechnungshilfe können Kosten und Wirtschaftlichkeit der Konzepte bewertet werden. Die Handlungsempfehlungen zielen auf technische, funktionale, energetische, wirtschaftliche, soziale und architektonische Verbesserungen bei den Mehrfamilienhäusern. In zwei Fallstudien werden der Katalog der Handlungsempfehlungen und die Berechnungshilfe angewendet. Die Fallstudien deuten darauf hin, dass mit Hilfe des Katalogs der Handlungsempfehlungen und der Berechnungshilfe Revitalisierungsvarianten für Mehrfamilienhäuser aus den 1970er Jahren effizient entwickelt und deren Kosten und Wirtschaftlichkeit effizient eingeschätzt werden können. Die Forschungsergebnisse der Arbeit sind insbesondere für Wohnungseigentümer, Projektentwickler, Ingenieure, Berater und Investoren nützlich.

Betonfertigteile mit integriertem Dämmstoff aus Polystyrol bieten eine ausgezeichnete Lösung zur baulichen Ausführung von Außenwandbauteilen. Die Vorteile gegenüber der Ortbetonbauweise, wie bspw. die Erfüllung hoher Qualitätsansprüche aufgrund der Vorfertigung im Fertigteilwerk oder das Entfallen von Arbeitsschritten auf der Baustelle, ermöglichen einen wirtschaftlichen Bauprozess. Bei der Halbfertigteilbauweise werden nur die äußeren Betonschalen vorgefertigt. Anschließend werden die Wände auf die Baustelle transportiert und mit Ortbeton zum Endquerschnitt verfüllt. Dies erspart den zeit- und kostenintensiven Schalungsvorgang und verringert gleichzeitig das Transportgewicht. Der beim Ausbetonieren der Halbfertigteile auftretende Frischbetondruck muss von Verbindungsmitteln, die zur Kopplung der Betonschalen dienen, mit ausreichender Sicherheit aufgenommen werden. Der Frischbetondruck ist derzeit nach DIN 18218 „Frischbetondruck auf lotrechte Schalungen“ anzunehmen. Die Beeinflussung durch einen integrierten Dämmstoff oder weitere Parameter einer Elementwand bleibt bisher allerdings unberücksichtigt. In Abhängigkeit der Randbedingungen wird der Frischbetondruck stark überschätzt, was zu einem unwirtschaftlichen Bemessungsergebnis im Bauzustand führt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die realitätsnahe Beschreibung des Frischbetondrucks in Elementwänden mit integriertem Dämmstoff. Angesichts der Vielzahl an Einflussparametern werden die theoretischen und experimentellen Untersuchungen dieser Arbeit systematisch geplant und durchgeführt. In Voruntersuchungen werden bereits einflussschwache Einflussparameter ausgeschlossen und maßgebende Einflussparameter für weiterführende Untersuchungen bestimmt. Neben zahlreichen kleinmaßstäblichen Versuchsreihen, die größtenteils zur Analyse und Beschreibung von einzelnen geometrischen oder werkstoffspezifischen Eigenschaften dienen, werden auch großmaßstäbliche Elementwände untersucht. Diese verfolgen das Ziel, ein besseres Verständnis für die Entstehung des Frischbetondrucks unter Einbeziehung von bauausführungstechnischen Randbedingungen zu entwickeln. Auf Grundlage der theoretisch und experimentell gewonnenen Erkenntnisse dieser Arbeit wird ein realitätsnahes Berechnungsmodell zur Ermittlung des horizontalen Frischbetondrucks in Elementwänden mit integriertem Dämmstoff abgeleitet. Nach Validierung des Modells an Großversuchen und vereinfachenden Annahmen für einen praxisgerechten Einsatz kann der Frischbetondruck analog zur DIN 18218 mithilfe von einfachen Gleichungen, Tabellen und Diagrammen ermittelt werden. Die Anwendung und der wirtschaftliche Vorteil des Berechnungsmodells werden am Ende der Arbeit anhand von zwei Berechnungsbeispielen demonstriert. Neben der Beeinflussung des Frischbetondrucks wirkt sich die Umlagerung von Zementleim aus dem Frischbeton in den Dämmstoff auch auf die Eigenschaften des Ortbetons und des Dämmstoffs der Elementwand aus. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass sich zwar die wärmedämmende Wirkung des Dämmstoffs verschlechtert, dies jedoch bei hohen Dämmstoffstärken zur Sicherstellung des Wärmeschutzes nach EnEV 2016 vernachlässigt werden kann. Die Druckfestigkeit des Ortbetons infolge des Zementleimentzugs wird durch die Verringerung des w/z-Werts und die nachbehandelnde Wirkung des feuchten Dämmstoffs positiv beeinflusst.

Die Arbeit behandelt neuartige und gängige Methoden der Baugrundertüchtigung. Die Notwendigkeit einer Baugrundertüchtigung ergibt sich, wenn der anstehende Baugrund nicht in der Lage ist, den beabsichtigten Einwirkungen einen ausreichenden Widerstand entgegenzusetzen. Hierbei kann es sich um Einwirkungen einer geplanten Baumaßnahme handeln, wobei diese Lasten statischer oder auch dynamischer Natur sein können. Auch wenn es sich um Hilfsmaßnahmen handelt, beispielsweise an Baustraßen, so müssen diese während der geplanten Bauzeit ihre Funktion sicher erfüllen. Als weiteres Beispiel sei die Verarbeitbarkeit eines Bodens genannt, wenn dieser als Baustoff bei der Errichtung eines Dammbauwerkes verwendet wird. Letztendlich unterliegen Erdbauwerke nicht nur mechanischen Belastungen, sondern können auch durch Erosionsvorgänge einer Beanspruchung ausgesetzt sein. Wird der Baustoff Boden diesen Anforderungen nicht in ausreichendem Maße gerecht, so muss er entweder gegen ein geeignetes Material ausgetauscht werden oder es werden beispielsweise aufwändige Ergänzungsmaßnahmen erforderlich. Um diese Maßnahmen zu umgehen, bieten sich in geeigneten Situationen die Ertüchtigung der vorgefundenen Böden an. Hierbei handelt es sich nicht nur um eine ressourcenschonende Vorgehensweise, oftmals ist diese Vorgehensweise auch die wirtschaftlichere. Der anstehende Boden muss nicht verfrachtet, möglicherweise deponiert und ein neues Material beigefahren werden. Die in situ Bearbeitung erfordert lediglich die Beistellung entsprechender Bauhilfsstoffe zur Ertüchtigung. Welche Art an Bauhilfsstoffen zum Einsatz kommt, richtet sich vorrangig nach den vorgefundenen Bodenverhältnissen. Als traditionelles und längst etabliertes Verfahren hat sich die Beimischung geeigneter Bindemittel hervorgetan. Zu nennen sind hier die beiden hydraulischen Bindemittel Kalk und Zement. Für die Anwendung dieser Stoffe existieren Regelwerke, die Prüfungs- und Kontrollmethoden vor und während des Einbaus solcher Boden-Bindemittel-Mischungen beschreiben. Trotz des seit langer Zeit bewährten Einsatzes, ist auch bei den beiden genannten Bauhilfsstoffen zu berücksichtigen, dass es sich letztendlich um Rohstoffe handelt, obwohl auch hier insbesondere bei den Kompositzementen bereits ein erhebliches Recyclingpotential genutzt wird. Jedoch fällt ins Gewicht, dass bei der Herstellung der Produkte klimaschädliches Kohlendioxid freigesetzt wird. Unter diesen Gesichtspunkten stellt die Verwendung von Industrieabfällen, die in gleichbleibender Güte anfallen, eine interessante Alternative dar. Neben diesen sogenannten by-products können auch recyclingfähige Materialien verwendet werden, sofern deren Eignung nachgewiesen werden kann. Eine gewisse Hürde bei der Verwendung der letztgenannten Alternativen stellen umweltrechtliche Fragestellungen dar. Zum einen handelt es sich um Abfälle und damit um Produkte, die rechtlich einer gänzlich anderen Würdigung und Bewertung unterliegen. Zum anderen müssen entsprechende Wechselwirkungen zwischen den Stoffen und der umgebenden Biosphäre berücksichtigt und bewertet werden. In der vorliegenden Habilitationsarbeit werden im ersten Kapitel zunächst als Ausgangspunkt die wesentlichen Merkmale und Eigenschaften beim Einsatz traditioneller Kalk- und Zementbeimischungen untersucht. Das Kapitel 2 schließt an mit Betrachtungen zu dem Baustoff Tonbeton. Hierbei handelt es sich um einen ebenfalls schon lange Zeit bekannten Baustoff, der zwar aufgrund seines eng begrenzten Anwendungsspektrums nur wenig verbreitet ist. Aufgrund seiner Ähnlichkeit zu aktuellen Baustoffen, den zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen, gewinnt das Produkt jedoch an Bedeutung. Dies gilt umso mehr, als Prüf- und Kontrollmethoden aufgrund des ähnlichen rheologischen Verhaltens im frühen Zustand derzeit nur ansatzweise vorliegen. Die Kapitel 3 bis 5 umfassen neuartige Methoden der Bodenertüchtigung. Zu allen Verfahren liegen bereits Erfahrungen aus mehr als zwei Jahrzehnten vor. Diese Erfahrung beruht jedoch vorrangig auf exemplarischen Laborstudien. Zu nennen sind hier zunächst die Epoxidharze in Kapitel 3. Epoxide werden im Konstruktiven Ingenieurbau vermehrt eingesetzt. Auch in der Geotechnik finden sich neben Laboruntersuchungen bereits praktische Anwendungsfälle, die eine wirksame Ertüchtigung von Festgestein dokumentiert. Eigene Untersuchungen bestätigen die Wirksamkeit dieser Methode. Mit den Untersuchungen zu Boden-Gummi-Mischungen in Kapitel 4 werden Recyclingprodukte in die Ertüchtigungsmethoden mit einbezogen. Recyclinggummi steht in den unterschiedlichsten Formen zur Verfügung. Je nach Aufwand werden entweder komplette Reifen verbaut, zu Paketen verschnürt oder als Schreddergut in unterschiedlichen Siebfraktionen bis hin zu Pulver verbaut. Dementsprechend vielfältig ist auch das Anwendungsspektrum. Während insbesondere in den USA und einigen europäischen Ländern dieser „Baustoff“ bereits eine gewisse Akzeptanz besitzt, führen in Deutschland rechtliche und umwelttechnische Belange dazu, dass dieses Produkt derzeit nicht vermehrt eingesetzt wird. In dem letzten Kapitel 5 wird als Ertüchtigungsmethode die Verwendung von Enzymen vorgestellt. Die Untersuchungen belegen, dass dieses biologische Verfahren für bestimmte Anwendungen durchaus seine Berechtigung hat und auch konkurrenzfähig zu bestehenden Methoden auftreten kann.

Für den Bau von Wohn- und Gewerbegebäuden werden schon seit vielen Jahren Wandelemente aus haufwerksporigem Leichtbeton verwendet. DieWandelemente werden in Fertigteilwerken hergestellt und „just-in-time“ auf die Baustelle geliefert und aufgebaut. Die Wandelemente sind zum Teil massiv hergestellt (Wohnungsbau) oder aber mit einzelnen Dämmkernen versehen (gewerbliche Bauten). Als Zuschlagsstoffe kommen überwiegend Naturbims oder Blähton zum Einsatz. Durch einen, im Vergleich zu Normalbeton und gefügedichtem Leichtbeton, niedrigen Anteil an Zement, berühren sich die Zuschlagskörner nur punktuell. Dadurch entsteht die haufwerksporige Struktur. Durch diese Gefügestruktur und die Verwendung von porigen Leichtzuschlägen, erzielt haufwerksporiger Leichtbeton sehr gute bauphysikalische Eigenschaften, wie z. B. eine gute Wärmeleitfähigkeit. Den guten bauphysikalischen Eigenschaften stehen niedrige Festigkeiten gegenüber. Daher wird haufwerksporiger Leichtbeton als wärmedämmender Leichtbeton in der Regel nur für tragende Bauteile mit geringen Festigkeitsanforderungen eingesetzt. Gestiegene Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz zwingen deutsche Hersteller von Wandelementen aus haufwerksporigem Leichtbeton immer wieder zu Neuentwicklungen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Verwendung von haufwerksporigem Leichtbeton in dreischichtigen Wandelementen (Sandwichelemente) untersucht. Die Wandelemente bestehen dabei aus einer innenliegenden Tragschale, einer außenliegenden Vorsatzschale und einer dazwischenliegenden Schicht aus Dämmstoff. Die beiden Betonschalen werden durch entsprechende Verbindungselemente verbunden. In dieser Arbeit wurden als Verbindungselement in der Bauindustrie gebräuchliche Gitterträger gewählt. In einer Vielzahl an Versuchen wurden unterschiedliche Erkenntnisse zum Tragverhalten der Wandelemente gewonnen. An Vier-Punkt-Biegeversuchen wurde das allgemeine Tragverhalten von bewehrten Platten untersucht. In Auszugversuchen wurde die Tragfähigkeit von einbetonierten Gitterträgern bestimmt. Die Bestimmung des Last- Verformungsverhaltens der Verbundfuge (Schicht aus Dämmung und Verbindungsmittel) erfolgte anhand von Scherversuchen. An großformatigen Wandstreifen wurden zudem Vier-Punkt-Biegeversuche durchgeführt. Diese Versuche wurden mit aus Literatur entnommenen Berechnungsformeln für die Schnitt- und Verformungsgrößen aus der Verbundtragwirkung nachgerechnet. Hierbei wurden sehr gute Übereinstimmungen erreicht. Der Einfluss der Gitterträger auf den Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) des Wandquerschnittes wurde anhand von FE-Berechnungen untersucht. Aus den erzielten Ergebnissen wurden Tabellen generiert, welche eine einfache Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten unter Berücksichtigung der Gitterträger ermöglicht. Abschließend wird die Bemessung von dreischichtigenWandelemente aus haufwerksporigem Leichtbeton und Gitterträger als Verbindungselement der beiden Betonschalen nach DIN EN 1520 und den Erkenntnissen dieser Arbeit in einem Bemessungskonzept vorgestellt.

Der Einstieg in ein kommunales Starkregenrisikomanagement muss über eine fundierte Risikoanalyse erfolgen, die mögliche Gefährdungen, Objektbetroffenheiten und Schadenspotenziale identifiziert und bewertet. GIS-basierte Verfahren stellen hierfür vergleichsweise einfache, effiziente Werkzeuge dar, deren Ergebnisse jedoch erheblich von subjektiven Festlegungen, der Qualität der Eingangsdaten und methodischen Einzelaspekten abhängen. Im Gegensatz zur vergleichsweise zuverlässig quantifizierbaren Gefährdung entzieht sich die Objektvulnerabilität bislang mangels Daten noch einer gebietsweiten Beurteilung. Auch die Ersatzgröße Schadenspotenzial lässt sich nur schwer auf mikroskaliger Ebene erfassen. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Gesamtkonzept einer GIS-basierten Risikoanalyse widmet sich zum einen einer methodischen Vertiefung der einzelnen Arbeitsschritte und analysiert die Auswirkungen unterschiedlicher Festlegungen auf die generierten Ergebnisse. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf dem Einfluss der Eingangsdaten und deren optimaler Verwertung. Parallel dazu werden die Abbildungsdefizite der Vulnerabilität näher untersucht und Vorschläge für eine methodische Verbesserung der gebietsweiten Schadenspotenzialanalyse ausgearbeitet. Beide Schritte münden in Empfehlungen zur Anwendung sowie zur Ergebnisverwertung im Zuge der weiterführenden Risikokommunikation. Die Untersuchungen zeigen, dass vor allem die Vorglättung des Oberflächenmodells (DOM) das Gefährdungsergebnis prägt und dass für Senken und Fließwege unterschiedliche DOM-Aufbereitungen erforderlich sind. Ferner darf die methodische Berücksichtigung weiterer gefährdungsrelevanter Parameter nicht die Effizienz und Handhabungsvorteile beeinträchtigen. Die Abbildung von Vulnerabilitäten auf Objektebene scheitert vorrangig an mangelnden Angaben zur Objektanfälligkeit und zur Bewältigungskapazität, während sich Schadenspotenziale sehr grob anhand von Nutzungsdaten abschätzen lassen. Eine bessere Objektivierung der Schadenspotenzialanalyse lässt sich erreichen, wenn dieses getrennt nach Vulnerabilitätsdimensionen bewertet wird und wenn dazu charakteristische Schadenstypen als Hilfsgrößen der Bewertung verwendet werden. Risikobewertungen sind vorrangig vulnerabilitätsbezogen, d. h. mit Fokus auf möglichen Schadensausmaße und Präventionsmaßnahmen durchzuführen. Dies kann jedoch nur auf Objektebene, konkret durch bzw. mit dem potenziell Betroffenen erfolgen. Damit wird die Risikoanalyse zwangsläufig zu einem gemeinsamen Prozess und Dialog zwischen kommunaler Verantwortung zu Information und Aufklärung auf der einen Seite und individueller Eigenverantwortung und Risikoakzeptanz auf der anderen Seite.

Vor dem Hintergrund einer Häufung schadensträchtiger Ereignisse in den letzten Jahren und einer zukünftig möglichen Zunahme extremer Niederschläge infolge des Klimawandels sind mittlerweile methodische Ansätze des Risikomanagements im Rahmen einer kommunalen Überflutungsvorsorge etabliert. Zu der dafür erforderlichen ortsbezogenen Analyse konkreter Überflutungsgefährdungen existieren aktuell verschiedene methodische Ansätze unterschiedlicher Komplexität und Aussagekraft. Bestehende Anwendungsempfehlungen und vergleichende Untersuchungen stellen die integrale Berechnung des oberirdischen und unterirdischen Abflusses mithilfe bi-direktional gekoppelter 1D/2D-Abflussmodelle als den methodisch umfassendsten und aussagekräftigsten Ansatz zur Durchführung entsprechender Analysen dar. Die hohe Komplexität dieser Modelle schlägt sich in einer Vielzahl an Einflussgrößen nieder, welche sich auf die Berechnungsergebnisse auswirken können. Zusätzlich ist die Kalibrierung von Modellen zur Überflutungssimulation aufgrund der oftmals fehlenden „Messdaten“ zum realen Überflutungsgeschehen stark begrenzt. Aufgrund fehlender konkreter Vorgaben und Empfehlungen zur Anwendung der Methode bzw. zur Modellkonfiguration ist die Vergleichbarkeit von Analyseergebnissen und Gefährdungsaussagen derzeit nicht gegeben. Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind die Identifizierung und Quantifizierung von Einflussgrößen und die Erarbeitung entsprechender Anwendungsempfehlungen zur Erhöhung der Vergleichbarkeit beim Einsatz bi-direktional gekoppelter 1D/2DAbflussmodelle zur überflutungsbezogenen Gefährdungsanalyse. Für zwei Modellgebiete, die sich hinsichtlich relevanter Gebietseigenschaften stark unterscheiden, wurden bi-direktional gekoppelte 1D/2D-Abflussmodelle mit einer Referenzkonfiguration erstellt und mithilfe von Daten zu historischen Überflutungsereignissen bestmöglich plausibilisiert. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse an den beiden Referenzmodellen wurde eine große Zahl an Zusammenhängen und Auswirkungen durch Auslenkung relevanter Einflussgrößen identifiziert und quantifiziert. Um eine anwendungsbezogene Einschätzung zu gewährleisten wurden Vergleichsindikatoren entwickelt, die nicht nur die Berücksichtigung berechneter Wasserstände und Fließgeschwindigkeiten, sondern auch eine Bewertung der Einflussgrößen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Gefährdungsaussage ermöglichen. Anhand der Ergebnisse wurden gebietsspezifische Anwendungsempfehlungen für den Einsatz bi-direktional gekoppelter 1D/2D-Abflussberechnungen zur Gefährdungsanalyse abgeleitet. Die erarbeiteten Anwendungsempfehlungen tragen zu einer Erhöhung der Vergleichbarkeit künftiger Analysen der ortsbezogenen Überflutungsgefährdung bei. Die entwickelte Untersuchungsmethodik kann bei künftigen Ergänzungen oder Konkretisierungen der Anwendungsempfehlungen, z.B. anhand der Untersuchung weiterer Modellgebiete oder neuer Einflussgrößen, eingesetzt werden.

Die Zusammenarbeit von Menschen in Projekten ist geprägt von ihren persönlichen Erfahrungen und Interessen im jeweiligen Umfeld. Dieses Umfeld − nennen wir es hier „System“ − hat wiederum eigene Interessen und befindet sich in einem erweiterten Umfeld. Dieses Systemumfeld kann bis zum Erreichen des Universums ausgedehnt werden. Die Notwendigkeit in großen Bauvorhaben, mit der Komplexität umgehen zu können, setzt die Kenntnisse der Zusammenhänge und den Willen zum systemorientierten Handeln voraus. In einem Bauprojekt ist eine endliche Menge von handelnden Personen mit ihren jeweiligen Rollen, Aufgaben und Abhängigkeiten in den sie umgebenden Systemen (Organisationen) vorhanden. Im Wesentlichen werden die Hauptfunktionen in Projekten durch Bauherr, Planer und der ausführenden Firma dargestellt. Eine besondere Rolle kommt hier dem Bauherrn bzw. seinen Erfüllungsgehilfen im Projektmanagement zu. Projektmanager haben als einzige die Chance, von Anfang bis Ende den gesamten Projektlebenszyklus zu erleben. Als Teil ihrer Aufgaben kümmern sie sich um die Zieldefinitionen für Organisation, Qualitäten und Quantitäten, Termine, Kosten und rechtliche Rahmenbedingungen und steuern die durch die Bauherren beauftragten Planer und ausführenden Firmen. Die heute bei großen Bauvorhaben vorkommenden „fungierenden Bauherren“ und die „öffentlichen Bauherren“ bestehen aus Bauherrenorganisationen mit einer Vielzahl von Akteuren. Hieraus erwächst die Notwendigkeit, die zahlreichen Beteiligten mit ihren verschiedenen Organisationen in Bezug auf die verschieden gelagerte Interessenlage zu koordinieren und zielorientiert zu führen. Durch die notwendige Integration der weiteren Systemkreise von Planern und ausführenden Firmen entstehen neue, zusätzliche Steuerungsaufgaben, und die Komplexität des Projektes steigt in Dimensionen, die ohne systemorientierten Ansatz nur schwer zu durchschauen und somit kaum noch zu bewältigen ist. Zur Klärung der Fragen, welche Gestalt die Komplexität in großen Bauvorhaben annehmen und wie ein Projektmanager mit diesen Herausforderungen umgehen kann, zielte die Arbeit auf die Erforschung der Grundlagen von Komplexität und die Analyse ihrer Auswirkungen auf das Bauprojektmanagement. Das entstandene Modell basiert auf zwölf charakterisierenden Eigenschaften komplexer adaptiver Systeme und bildet hieraus fünf Merkmale für den systemischen Aufbau und Ablauf von Bauvorhaben. Berücksichtigt wird, wie die Elemente und Teilsysteme zueinander stehen, und obwohl sie unterschiedliche Charakteristika bzw. Zustände aufweisen können, dennoch ein gemeinsames Verhalten erzeugen und eine Identität zum Umfeld herausbilden können. Hierzu sind neben Struktur und Veränderungen in einem komplexen System auch die Wahrnehmungen und das Verhalten der Beteiligten sowie die Umwelt eines Projektes maßgebend. Im Rahmen einer Expertenbefragung mit vierzig standardisierten Interviews, die mit Vertretern der drei Systemkreise Bauherr, Planer und ausführende Firma geführt wurden, konnte im ersten Schritt das Wissen über Komplexität und die Zusammenhänge zum Baumanagement herausgearbeitet werden. Diese Erkenntnisse wurden ergänzt um die Analyse verschiedener Bewertungsschemata und auf dieser Basis zehn Indikatoren herausgebildet, die sich in fünf Subsystemen eines Bauvorhabens darstellen. Jeder Indikator wurde in Bezug auf die fünf Merkmale der Komplexität in Bauvorhaben untersucht, und Teilaspekte wurden zur Bewertung herangezogen. Es erfolgt eine relative Bewertung mit einer Einstufung von 1 bis 5 (sehr geringe bis sehr hohe Komplexität). Das Modell liefert im Ergebnis Komplexitätsgrade der einzelnen Indikatoren, der Merkmale und letztlich des gesamten Bauvorhabens. Eine anwendungsorientierte Fallstudie mit anschließenden Optimierungsansätzen und darauf aufbauenden Präventionsvorschlägen verifizieren den Modellansatz. In der vorliegenden Arbeit konnte dargestellt werden, wie die unzureichende Wahrnehmung von Komplexität im Bereich des Projektmanagements, gerade zu Beginn eines Projektes, die Steuerung eines Projektes erschweren und Störungen im Projekt zur Folge haben. Das Ergebnis kann das Projektmanagement bei der Erfüllung seiner komplexen Aufgaben unterstützen und Entscheidungshilfen zur Prävention leisten. Die Modellierung erfolgt unter dem Bewusstsein, dass die getroffene Auswahl den Stand der Forschung darstellt, ohne jedoch einen Anspruch auf Vollständigkeit oder Unveränderlichkeit zu erheben. Weiteren Forschungsvorhaben im Aufgabenfeld des Projektmanagements können die beschriebenen Ansätze dienlich sein, um ergänzende Ansätze zu einem besseren Umgang mit Baumaßnahmen zu finden.

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.

In jüngerer Vergangenheit wurden Konzepte zur Bestimmung der erforderlichen Bewehrung zur Begrenzung der Rissbreite in dicken Bauteilen erarbeitet und in den aktuellen Bemessungsnormen des Stahlbeton- und Spannbetonbaus verankert. Mit Hilfe dieser Konzepte ist es möglich, dicke Bauteile gegenüber den bislang angewendeten Bemessungsverfahren sinnvoll zu bewehren. Stahlbetonhochbaudecken zählen jedoch in der Regel zu den schlanken Bauteilen und somit nicht zu der Kategorie von Bauteilen, für die die neuen Bemessungsansätze entwickelt wurden. Dennoch sind sie es, die den Massenverbrauch in den Tragwerken von Hochbauten dominieren. Die Auslegung von Stahlbetondecken spielt somit eine entscheidende Rolle im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und die Umweltfreundlichkeit von Hochbauten. Stahlbetonhochbaudecken sind im Regelfall einer kombinierten Beanspruchung aus Last und Zwang unterworfen. Die hierbei für die Bemessung erforderliche Größe der Zwangkraft kann angesichts ihrer direkten Verknüpfung mit der Steifigkeit nur mit Hilfe von physikalisch nichtlinearen Finite-Elemente-Berechnungen mit ausreichender Genauigkeit abgeschätzt werden. Für Tragwerksplaner wäre ein solches Vorgehen im Rahmen von realen Bauprojekten jedoch mit einem unverhältnismäßig hohen Aufwand verbunden. In der Praxis ist es daher derzeit üblich, an jeder Stelle eines Bauteils den größeren Wert derjenigen Bewehrungsquerschnitte einzulegen, die sich aus Last oder aus Zwang ergeben. Die zur Aufnahme der Zwangbeanspruchungen erforderliche Bewehrung wird hierbei basierend auf der Risskraft des jeweiligen Bauteils gewählt. Dieses Vorgehen ist aber in vielen Fällen unwirtschaftlich und kann auch auf der unsicheren Seite liegen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird daher die Frage nach einer geeigneten Bewehrung für Hochbaudecken unter einer kombinierten Beanspruchung aus Last und zentrischem Zwang experimentell und numerisch untersucht. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse aus den experimentellen und numerischen Untersuchungen wird ein Näherungsverfahren ausgearbeitet, welches eine wirklichkeitsnahe Abschätzung der Zwanglängskraft und somit eine wirtschaftliche und sichere Wahl der Bewehrung zur Begrenzung der Rissbreite bei einachsig gespannten Stahlbetonhochbaudecken erlaubt.

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.

The main focus of the research lies in the interpretation and application of results and correlations of soil properties from in situ testing and subsequent use in terramechanical applications. The empirical correlations and current procedures were mainly developed for medium to large depths, and therefore they were re-evaluated and adjusted herein to reflect the current state of knowledge for the assessment of near-surface soil. For testing technologies, a field investigation to a moon analogue site was carried out. Focus was placed in the assessment of the near surface soil properties. Samples were collected for subsequent analysis in laboratory conditions. Further laboratory experiments in extraterrestrial soil simulants and other terrestrial soils were conducted and correlations with relative density and shear strength parameters were attempted. The correlations from the small scale laboratory experiments, and the new re-evaluated correlation for relative density were checked against the data from the field investigation. Additionally, single tire-soil tests were carried out, which enable the investigation of the localized soil response in order to advance current wheel designs and subsequently the vehicle’s mobility. Furthermore, numerical simulations were done to aid the investigation of the tire-soil interaction. Summing up, current relationships for estimating relative density of near surface soil were re-evaluated, and subsequently correlated to shear strength parameters that are the main input to model soil in numerical analyses. Single tire-soil tests were carried out and were used as a reference to calibrate the interaction of the tire and the soil and subsequently were utilized to model rolling scenarios which enable the assessment of soil trafficability and vehicle’s mobility.