Today, the need for structural strengthening is more important than ever. Flexural strengthening with textile reinforced concrete (TRC) is a recommendable addition to already proven methods. In order to use this strengthening method in construction practice, a design model is required. This article gives a brief overview of the basic behavior of reinforced concrete slabs strengthened with TRC in bending tests as already observed by various researchers. Based on this, a design model was developed, which is presented in the main part of the paper. In addition to the model, its assumptions and limits are discussed. The paper is supplemented by selected application examples to show the possibilities of the described strengthening method. Finally, the article will give an outlook on open questions and current research.

1 Einleitung Für das Bauwesen wurde schon des Öfteren das Potenzial aufgezeigt, welches sich durch die Verwendung von ultrahochfestem Beton (UHPC) ergibt. So sind deutlich schlankere Bauweisen denkbar und wurden, z. B. in Form von filigranen freigeformten Betonelementen, bereits umgesetzt. Eindrucksvolle Beispiele hierfür sind das Museum für die Zivilisationen Europas und des Mittelmeerraums (MuCEM) in Marseille [1], an dem sich viele feingliedrige UHPC-Konstruktionselemente finden lassen, und die grazile Bogenbrücke Footbridge of Peace in Seoul [1]. Mit der Verwendung von UHPC können bei geringerem Materialbedarf sogar größere Kräfte übertragen werden als mit herkömmlichen Betonen. Dies senkt zum einen den Verbrauch von natürlichen Ressourcen und eröffnet zum anderen neue architektonische Perspektiven für ein schlankeres, leichteres Bauen mit Beton. Allerdings ist auch offensichtlich, dass mit zunehmend schlankerer Ausführung der Bauteile deren Stabilitätsgefährdung steigt. Üblicherweise wird ein Stabilitätsversagen aufgrund des plötzlichen Eintretens ohne Vorankündigung als gefährlich angesehen. Bei Betonstützen wird diesem entgegengewirkt, indem eine große Sicherheit gefordert wird, aus der in der Regel eine recht hohe Bewehrungsmenge resultiert. Es wäre jedoch auch denkbar, die Stabilität schlanker Bauteile durch eine kraftflussgerechte Form zu erhöhen. Für Stützen ist die Grundlagenforschung hierzu Bestandteil des Teilprojekts "Querschnittsadaption für stabförmige Druckbauteile" des von der DFG geförderten Schwer-punktprogramms (SPP) 1542 "Leicht Bauen mit Beton" [2]. Die aus dem Teilprojekt resultierenden theoretischen Betrachtungen und Ergebnisse zur kraftflussgerechten Formgebung von knickgefährdeten, zentrisch gedrückten Stützen wurden bereits in Schmidt et al. [3] und in Schmidt & Curbach [4] vorgestellt. Erste Informationen zur experimentellen Verifizierung können [5] und [6] entnommen werden, eine Gesamtdarstellung der Untersuchungen ist derzeit in Arbeit. Bestandteil des vorliegenden Beitrages werden deshalb nicht Untersuchungen zu möglichen Variationen der Stützenform sein, sondern es werden Ergebnisse der zahlreichen Referenzversuche vorgestellt, die an Stützen mit konstantem quadratischem bzw. rechteckigem Querschnitt durchgeführt wurden. Insgesamt wurden 2014 29 UHPC-Stützen unterschiedlicher Schlankheit im Otto-Mohr-Laboratorium der TU Dresden geprüft. Neben dem Ziel, Vergleichswerte für die Versagenslasten der formveränderten Stützen zu ermitteln, sollten die Versuche auch der besseren Abschätzung der Tragfähigkeit in Abhängigkeit von der Schlankheit dienen. Für zentrisch gedrückte Stahlbetonstützen beschränken sich bereits bekannte Untersuchungen hierzu -zumindest wenn ein Teil der Versuche im tatsächlichen Knickbereich liegen soll -auf erstaunlich wenige recht alten Datums (Bach [7] im Jahre 1913, Baumann [8] zwischen 1930 und 1933 und Gehler [9] bzw. Gehler & Hütter [10] in den Jahren 1940-1942 und 1951-1952). Darüber hinaus sind aktuelle Forschungsprojekte an der TU Graz [11] bzw. [12] und...

Bestehende Stahlbetonkonstruktionen können mit einer Vielzahl an Systemen instand gesetzt bzw. verstärkt werden, wobei zu den gebräuchlichsten Methoden eine Verstärkung mit Spritzbeton oder mit Lamellen aus faserverstärkten Kunstoffen (FVK) gehört. In den vergangenen Jahren hat sich mit Textilbeton eine weitere Möglichkeit entwickelt, bei der es sich um eine dünne, leistungsfähige Verstärkungsschicht aus einem Feinbeton handelt, welche mit einem textilen Gelege bewehrt ist. Die Dicke einer solchen Schicht beträgt üblicherweise zwischen 10 und 20 mm, kann letztlich jedoch je nach geforderten Randbedingungen davon abweichen. Als Material für diese Gelege kommen verschiedene technische Endlosfasern z. B. aus alkaliresistentem Glas (AR-Glas), Carbon oder Basalt infrage. Carbonbeton (CRC-carbon reinforced concrete) enthält Carbonbewehrung in Form von Gelegen oder Stäben. Allgemeine Informationen zum Baustoff Carbonbeton und dessen Anwendungsfeldern können bspw. [1-4] entnommen werden.

In zwei Teilprojekten des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Schwerpunktprogramms 1542 “Leicht Bauen mit Beton” werden Formfindungen von Stabstrukturen und Stützen gemäß des Prinzips “form follows force” vorgenommen. In dem Artikel wird auf die erhaltenen kraftflussgerechten Geometrien bei einem maßgebenden Stabilitätsversagen und geometrisch linearer Betrachtung für verschiedene Lagerungsfälle unter zentrischem Druck eingegangen. Die Formfindungen wurden in beiden Teilprojekten mit unterschiedlichen Vorgehensweisen vorgenommen. Die jeweiligen Methoden werden erläutert und diskutiert. Bei der Formermittlung wird sowohl eine Variation der Grundgeometrie im Querschnitt als auch der Form in Längsrichtung betrachtet. Es wird außerdem ein Einblick in frühere Untersuchungen zu dieser Thematik gegeben, deren Anfänge weit zurückreichen. Abschließend wird eine ästhetisch ansprechendere Formidee für Stützen vorgestellt. Form variations of compression members In two subprojects of the Priority Programme 1542 “Concrete light”, which is funded by the German Research Foundation (DFG), form findings of strut and tie‐models and columns according to the principle “form follows force” were conducted. The article discusses the results of geometries, which are aligned with the direction of forces for a definite stability failure and different bearings. The form findings were taken with different procedures in both subprojects. The referring methods are explained and discussed in the following text. For the form finding a variation of the cross section as well as a variation of the form in longitudinal direction was analysed. Furthermore an insight in early researches to this topic, which began a long time ago, is given. After all, an aesthetic shape idea of the column geometry is considered.

Für die Errichtung des Carbonbetonhauses CUBE waren umfangreiche Untersuchungen zur Festlegung von Materialkennwerten ungeregelter Baustoffe, von neuen Anwendungsbereichen bereits zugelassener Bauprodukte und von untypischen Bauweisen erforderlich, die Voraussetzung für die Erlangung von Zustimmungen im Einzelfall (ZiE) und vorhabenbezogenen Bauartgenehmigungen (vBG) waren. Im vorliegenden Beitrag werden einige der Untersuchungen zur Erlangung der ZiE/vBG für den Gebäudeteil TWIST vorgestellt. Zunächst wird erläutert, wie die Schwindmaße der Betone für die Trag‐ und Wetterschalen der TWIST‐Elemente ermittelt wurden. Anschließend widmet sich der Beitrag dem Schwindverhalten von zwei 24,4 m langen Plattenstreifen, die einen Ausschnitt aus dem ebenso langen TWIST‐Element darstellten. Die Untersuchungen gestatteten Prognosen zum Verformungsverhalten der Carbonbetonwetterschale. Basierend auf den gemessenen bzw. durch Modellkalibrierung ermittelten und schließlich in der ZiE/vBG erfassten Werten konnten die Verformungen der Carbonbetonschalen im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit rechnerisch realitätsnah bestimmt werden. Sie waren so gering, dass die Schalen auf der Baustelle fugenlos hergestellt werden konnten.

Im Beitrag werden die Baumaterialien, die für die beiden Gebäudeteile BOX und TWIST des Carbonbetongebäudes CUBE verwendet wurden, grundlegend beschrieben. Der Fokus liegt dabei auf der Vorstellung und Darlegung der maßgebenden Materialeigenschaften von denjenigen Baustoffen, die noch keiner Produktnorm unterliegen und deren Anwendung damit einer Zustimmung im Einzelfall (ZiE) unterlag. Darunter fielen sieben verschiedene Betone, drei Carbongelege, zwei unterschiedliche Carbonstäbe, Glasfaserstäbe und drei Hochleistungsdämmstoffe.

Ende September 2022 wurde an der TU Dresden das weltweit erste Gebäude aus Beton eröffnet, bei dem ausschließlich endlosfaserbasierte Bewehrung, hauptsächlich aus Carbon, zum Einsatz kam. Für die Herstellung des Gebäudes wurden eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) und eine vorhabenbezogene Bauartgenehmigung gemäß Sächsischer Bauordnung bei der Landesstelle für Bautechnik (Leipzig) erwirkt. Im Teil I der ZiE wurde der Gebäudeteil BOX des CUBE geregelt. Es wurden die mechanischen Kennwerte der einzelnen Carbonbetonkomponenten und das rechnerische Vorgehen zur Bestimmung der Gebrauchs‐ und Tragfähigkeit der Carbonbetonbauteile in Fertigteil‐ bzw. Halbfertigteilbauweise festgelegt. Zudem erlaubte die ZiE den Einsatz nicht geregelter, neuartiger Wärmedämmungen und legte Parameter für die Berechnung des Wärmeschutzes und Energiebedarfs für das Gebäude fest. Im Beitrag werden ausgewählte Untersuchungen zu den Carbonbetonbauteilen der BOX vorgestellt, die Basis für die ZiE waren.

In 2014 and 2015, concrete columns were tested under axial compression in the Otto‐Mohr‐Laboratory of Dresden University of Technology. In comparison to columns with the same volume and a constant rectangular cross section, a 25% increase in buckling resistance was attained with an optimized shape. The shape of a column can be optimized in both the longitudinal and the transverse direction. Both aforementioned possibilities were tested separately in two experimental series; the results of such tests were used to verify the accuracy of the theoretical calculations. Based on these calculations and considerations, it was determined that an even larger increase of the buckling load is possible, for example, by combining both form influences (cross section and shape in longitudinal direction). A literature review regarding the optimization of axially loaded columns was conducted in 2012 and 2013. First, the current study gives an overview of the mathematical results. Subsequently, it presents the column test results in detail. Both simply supported columns and columns with fixed ends were tested. All columns were designed with ultra‐high‐performance concrete. The outcomes of the experiments are provided and discussed. Additionally, the measured values are compared with the calculated values.