Experimente zur Schwindreduktion von hochfesten Betonbauteilen durch Wärmebehandlung

Stindt, Jan; Forman, Patrick; Mark, Peter

doi:10.1002/best.202100028

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“…B. Kriechverformungen unter Dauerlast, aus oder werden beispielsweise durch eine gezielte Wärmebehandlung minimiert bzw. vorweggenommen [30, 31]. Zu erwartende Verkürzungen infolge von Schwinden können bereits beim Schalungsbau ausgleichend berücksichtigt werden, wie etwa bei Hochpräzisionsmaschinenbetten aus Hochleistungsbeton [32].…”

Section: Toleranzen Im Betonfertigteilbauunclassified

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Fertigungstoleranzen von Betonfertigteilen für die modulare Bauweise

Forman

Mark

2022

Beton und Stahlbetonbau

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Betonfertigteile müssen Toleranzen einhalten, um sie montieren zu können und Tragfähigkeit sowie Gebrauchstauglichkeit sicherzustellen. Ansonsten sind Nachbearbeitungen nötig, die den Bauprozess verzögern. Klassischer Toleranzausgleich erfolgt über Pressfugen, die auch die nötigen Kräfte übertragen. Bei modularen Bauweisen steht die Schnellmontage im Vordergrund. Es bieten sich dann Schnellverbinder wie etwa Schrauben oder Trockenfugen an. Aus der feineren Modulteilung entstehen zudem weit mehr Verbindungen, sodass sich Ungenauigkeiten superponieren. Die Anforderungen an die geometrische Genauigkeit steigen rapide. Im Beitrag werden die Herstelltoleranzen für automatisierte Fertigungen seriengerechter Module zusammengestellt und dem Stand der Technik gegenübergestellt. Für ausgewählte Modultypen werden Abweichungen mittels Fehlerfortpflanzung nachverfolgt und für einzelne Bauabschnitte bzw. ganze Tragwerke überlagert. Es zeigt sich, dass in der Regel automatisierte Fertigungen nötig sind und handwerkliche ausscheiden. Linienartige Modultragwerke erreichen bis etwa 30 m Länge Abweichungen unter 1 mm bei gängigem Zuverlässigkeitsniveau von 2σ. Bei scheibenartigen Tragwerken resultieren Lochspiele unter 0,5 mm, und zwar für hohe Zuverlässigkeitsniveaus von 4σ. Dies gelingt in qualitätsgesicherter, automatisierter Vorfertigung.

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Section: Toleranzen Im Betonfertigteilbauunclassified

“…( 4) und ( 5)) bereits bei wenigen Modulen die erlaubten Bauwerkstoleranzen (Tab. [30,31]. Zu erwartende Verkürzungen infolge von Schwinden können bereits beim Schalungsbau ausgleichend berücksichtigt werden, wie etwa bei Hochpräzisionsmaschinenbetten aus Hochleistungsbeton [32].…”

Section: Aufsatz Articleunclassified

Fertigungstoleranzen von Betonfertigteilen für die modulare Bauweise

Forman

Mark

2022

Beton und Stahlbetonbau

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“…Bei diesem wird zusätzlich der Einfluss einer Wärmebehandlungsdauer von T = 24 h bei 80 °C und 60 % rel. Luftfeuchte auf das Schwindverhalten berücksichtigt, wodurch die Schwindverformung zum Großteil vorweggenommen wird [27].…”

Section: Kinematische Beschreibung Der Lageabmaße Von Modularen Waben...unclassified

“…3 zusammengefasst. Die statistischen Parameter für schlaff bewehrte Y‐Module mit einem Bewehrungsgehalt ρ von 1,8 % und mit einem Stahlfasergehalt von 150 kg/m 3 beruhen auf den Regressionsmodellen in [27] und [30]. Betonstahl, Faserzugabe und insbesondere die Wärmebehandlung reduzieren die Schwindmaße und die verbundenen Streuungen erheblich.…”

Section: Kinematische Beschreibung Der Lageabmaße Von Modularen Waben...unclassified

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Genauigkeitsgrenzen modularer Betontragwerke – Teil 1: Beschreibung von geometrischen Abweichungen infolge Schwinden

Stindt

Frey

Forman

et al. 2022

Beton und Stahlbetonbau

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Modulares Bauen bietet gegenüber der Ortbetonbauweise ökonomische Vorteile. Die Module können qualitätsgesichert im Werk vorgefertigt und vor Ort montiert werden. Um eine störungsfreie Montage der Module zu ermöglichen, ist eine Tolerierung erforderlich, die die mehrdimensionale Aggregation von Maßabweichungen der Module in komplexen Tragwerken berücksichtigt. Eindimensionale arithmetische und statistische Methoden sind dafür nur bedingt geeignet. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode entwickelt, die modulare Wabenstrukturen mittels direkter Kinematik modelliert und sowohl translatorische als auch rotatorische Lageabweichungen berücksichtigt, die aus Maßabweichungen von Y‐förmigen Modulen infolge Schwindverformungen entstehen. Für ausgewählte Szenarien hinsichtlich Tragwerksgröße und verwendetem Beton werden damit die zur Verbindung der Module notwendigen Lochspiele und Gesamtabweichungen hergeleitet und mit den im Bauwesen gängigen Verfahren des Toleranzmanagements untersucht. Die geometrischen Abweichungen in horizontaler Richtung infolge der Schwinddehnungen unterschiedlicher Betone werden von den normativen Methoden z. T. unterschätzt, da keine Rotationen der Module berücksichtigt werden. Vertikale Abweichungen werden hingegen konservativ abgeschätzt. Die erforderlichen Nennlochspiele steigen mit zunehmender Strukturgröße, sodass Abmessungen von ca. 30 m des klassischen Hochbaus mit normalen Schraubverbindungen Δd ≤ 3 mm assembliert werden können.

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Toleranzfreie Montage modularer Betontragwerke

Stindt,

Frey,

Forman

et al. 2023

Bautechnik

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Modulare Tragwerke erfordern maßhaltige Bauteile, da große prozess‐ oder materialbedingte Maßabweichungen bei einzelnen Modulen die Montage zur Gesamtstruktur verhindern. Im Beitrag wird dazu eine Methode zur optimalen Platzierung auf Basis von Metaheuristiken vorgestellt. Sie hilft kostenintensive Nacharbeitungen zu vermeiden. Das Konzept wird auf Wabenstrukturen angewendet, in denen die einzelnen Module durch Permutation getauscht werden. Mit dem sog. Tabu Search und dem Simulated Annealing werden methodisch zwei Lösungsverfahren verwendet. Dazu werden die maximalen Knotenabweichungen der assemblierten Module mit einer direkten Kinematik ermittelt und mit dem zulässigen Nennlochspiel von Schraubenverbindungen verglichen, um die Montierbarkeit der Module zu beurteilen. Berücksichtigt werden zum einen Toleranzen aus dem Schwinden des Betons und zum anderen solche aus den Produktionsschritten der Fertigung. Im Vergleich zu einer zufälligen Anordnung der Module gelingt die Reduzierung maximaler Knotenabweichungen von 9 mm auf das normierte Nennlochspiel von 3 mm mithilfe der Metaheuristiken. Wabenstrukturen mit einer Breite von ca. 7 m und einer Höhe bis 45 m, die besonders sensitiv hinsichtlich der Montierbarkeit sind, benötigen damit keine Nacharbeit mehr. Dabei erweist sich der Tabu Search mit sechsmal weniger Rechenzeit und bis zu 24 % geringeren zu kompensierenden Abweichungen als der deutlich effizientere Lösungsalgorithmus. Ein Beispiel zeigt die praktische Anwendung.

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Experimente zur Schwindreduktion von hochfesten Betonbauteilen durch Wärmebehandlung

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Fertigungstoleranzen von Betonfertigteilen für die modulare Bauweise

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Genauigkeitsgrenzen modularer Betontragwerke – Teil 1: Beschreibung von geometrischen Abweichungen infolge Schwinden

Toleranzfreie Montage modularer Betontragwerke

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