Institut für Massivbau TU Dresden

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Institut für Massivbau TU Dresden
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Institut für Massivbau

JAHRESBERICHT 2017
ANNUAL REPORT 2017
Institut für Massivbau TU Dresden
„WENN ICH DIE MENSCHEN GEFRAGT HÄTTE,
                             WAS SIE WOLLEN, HÄTTEN SIE GESAGT:
                                           SCHNELLERE PFERDE.“
                                                          Henry Ford

4   Foto: Sven Hofmann                                                 5
Institut für Massivbau TU Dresden
INHALT | CONTENTS

    Inkrementell und Disruptiv����������������������������������������������������������������������������������������� 11
                                                                                                                                  Von der Stütze zur Decke
                                                                                                                                   From the column to the ceiling slab������������������������������������������������������������������������50
    FORSCHUNG
                                                                                                                                  Ressourcensparendes Deckenbauteil aus Carbonbeton
     RESEARCH............................................................................................. 12                      Economically ceiling element made of carbon concrete�����������������������������������������52
    Forschung am IMB                                                                                                              Maschinell hergestelltes Schlaufentextil
      Research at IMB������������������������������������������������������������������������������������������������������14     Machine manufactured loop textiles�����������������������������������������������������������������������54
    Willy Gehler – Stahlbetonpionier auf Abwegen                                                                                  Textilbeton unter Druck
     Willy Gehler – on the tracks of a RC pioneer�����������������������������������������������������������16                     TRC under compression������������������������������������������������������������������������������������������56
    In eisigen Tiefen – Beton für die Meeresforschung                                                                             autartec ® – Zeit, ins Wasser zu gehen!
      In icy depths – concrete for marine research ���������������������������������������������������������18                     autartec® – Let’s go swimming�������������������������������������������������������������������������������58
    Mit Fasern die Anisotropie entdecken                                                                                          Einbauteile für Carbonbeton
     Discover anisotropy with fibres�������������������������������������������������������������������������������20              Built-in parts for carbon reinforced concrete�����������������������������������������������������������60
    Lastinduzierte Erwärmung von UHPC                                                                                             Vorbereitung eines Regelwerks zum Bauen mit Carbonbeton
      Load-induced increase of temperature in UHPC�����������������������������������������������������22                         Preparation a standard for building with carbon concrete���������������������������������������62
    Beton schnell belastet                                                                                                        Über den Verbund von Carbonstäben mit Beton
     Concrete quickly loaded������������������������������������������������������������������������������������������24          About the bond among carbon rods and concrete��������������������������������������������������64
    Wellen im Beton                                                                                                               Abbrechen kommt vor dem Bauen
     Waves in concrete���������������������������������������������������������������������������������������������������26       Demolition first, building second�����������������������������������������������������������������������������66
    Diskrete-Elemente-Simulation von Betonversagen                                                                                Wie lange hält Carbonbeton?
      Discrete element simulation of concrete failure������������������������������������������������������28                     Long live carbon concrete!��������������������������������������������������������������������������������������68
    Ein Effekt, der keiner sein soll – und der Mann mit den zwei Uhren                                                            Was passiert, wenn es brennt?
      The strain rate effect – strain, stress or just inertia?������������������������������������������������30                  What happens when it burns?���������������������������������������������������������������������������������70
    Verbundmodellierung bei Impakt                                                                                                Allgemeingültige Verstärkungskonzepte
     Bond model for impact loading�������������������������������������������������������������������������������32                General reinforcement concepts�����������������������������������������������������������������������������72
    Verbund unter Impakt                                                                                                          Qualitätssicherung von Carbonbeton
     Bond under impact��������������������������������������������������������������������������������������������������34        Quality assurance of carbon concrete���������������������������������������������������������������������74
    Impaktversuche in der dritten Runde                                                                                           Carbonzugglieder – die Spannung steigt
      Impact tests in the third round��������������������������������������������������������������������������������36           Compact anchors for carbon tendons���������������������������������������������������������������������76
    Einschlägige Verbundmodelle                                                                                                   Neue Haut für beschädigte Betonfahrbahnen
      Bond modeling for impact load�������������������������������������������������������������������������������38              A new skin for damaged concrete roadways ���������������������������������������������������������78
    Durchschlagende Versuche mit Textilbeton                                                                                      Carbonbetonhaus CUBE – gestartet
     Penetrating experiments with TRC��������������������������������������������������������������������������40                 C³ tech demo house CUBE – started����������������������������������������������������������������������80
    Stöße abfangen mal anders
      Stopping impact loads���������������������������������������������������������������������������������������������42
                                                                                                                                  DAS C3-PROJEKT
    Von der Natur inspirierte stoßfeste Tragstrukturen
     Bio-inspired impact-resistant structures����������������������������������������������������������������� 44
                                                                                                                                   THE C3 PROJECT.................................................................................... 82
    Verbund bei hohen Lastwechselzahlen                                                                                           Das C 3 -Projekt – die Vorhaben 2017
     Bond under high cyclic loading��������������������������������������������������������������������������������46             The project C³ – all projects until 2017��������������������������������������������������������������������84
    Leichte(R) Stützen                                                                                                            Das C 3 -Projekt in der Öffentlichkeit
      Columns Light���������������������������������������������������������������������������������������������������������48    The C³ project in public�������������������������������������������������������������������������������������������88

6                                                                                                                                                                                                                                                           7
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INHALT | CONTENTS

    LEHRE                                                                                                                            DAS INSTITUT........................................................................................ 148
     TEACHING.............................................................................................. 98
                                                                                                                                      Das Lebenserhaltende ist die Vielfalt.��������������������������������������������������������������������� 150
    Lehrveranstaltungen des Instituts für Massivbau
      Lectures at the Institute of concrete structures��������������������������������������������������� 100                        Dresdner Brückenbausymposium 2017������������������������������������������������������������������ 151

    Projektarbeiten | Project works�������������������������������������������������������������������������������� 106              Treffen der Forscher*innen des SPP 1542 in Meisdorf������������������������������������������ 153

    Diplom- und Bachelorarbeiten                                                                                                      Projekttag – Vorsicht: Hochspannung!�������������������������������������������������������������������� 154
    Master’s Thesis��������������������������������������������������������������������������������������������������������112       Lange Nacht voller Wissensdurst���������������������������������������������������������������������������� 155
    Master‘s thesis 2016/17�������������������������������������������������������������������������������������������118            Lauffreudige Bauingenieure bei der REWE Team Challenge���������������������������������� 156
    Brückenexkursion 2017 – Brückenvielfalt rund um die Ostsee������������������������������� 122                                    SPP 1542 auf der IASS 2017 in Hamburg��������������������������������������������������������������� 156
    Schülerpraktikum MANOS 2017����������������������������������������������������������������������������� 124                     Klein, aber fein��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 157
    Wissenschaftliche Projektarbeit MANOS��������������������������������������������������������������� 125                         Die 9. Carbon- und Textilbetontage in Dresden – ein voller Erfolg!������������������������ 158
                                                                                                                                      Carbonbeton zieht ein in das Deutsche Museum München����������������������������������� 160
                                                                                                                                      Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier zu Besuch am Institut�������������������������� 161
    OTTO-MOHR-LABORATORIUM                                                                                                           Festkolloquium zum 80. Geburtstag von Prof. Jürgen Stritzke������������������������������� 162
     OTTO MOHR LABORATORY.................................................................. 126
                                                                                                                                      Auf den Spuren von PRAKTIKA und Co.
    Testen auf höchstem Niveau                                                                                                        … eine etwas andere Weihnachtssfeier����������������������������������������������������������������� 163
      Testing at the highest level����������������������������������������������������������������������������������� 128            Promotionen������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 164
    Leistungen                                                                                                                        Softwaresystem zur Planungsunterstützung im Straßenbrückenbau
      Services���������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 130    Software system to support the planning process of road bridges��������������������� 164
    Ausstattung                                                                                                                       Einsatz von UHPC-Druckgehäusen zum Schutz vor extremen
      Equipment������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 132      Umgebungsbedingungen der Tiefsee
    Universalprüfmaschine 2500 kN statisch / 500 kN dynamisch                                                                           Use of UHPC pressure housings to protect against extreme environmental
      Universal testing machine 2500 kN static / 500 kN dynamic ������������������������������ 136                                     conditions of the deep sea����������������������������������������������������������������������������������� 166
    Tragwerksuntersuchungen im Beyer-Bau                                                                                              Verbundmodellierung von Beton- und Spannstahl unter Querzug
      The ‘Beyer-Bau‘ in the test ���������������������������������������������������������������������������������� 138              Modelling of the bond behaviour of reinforcing and prestressing steel
    Materialtest bei einer Hyparschale                                                                                                 under transverse tension�������������������������������������������������������������������������������������� 168
      Material test at a hypar shell�������������������������������������������������������������������������������� 140             Untersuchung des Verbundverhaltens von Stahlstäben in Beton
    Textile Bewehrung in der Lagerfuge von Mauerwerk                                                                                  bei hohen Belastungsraten
      Textile reinforcement for masonry horizontal joints ��������������������������������������������� 142                            Investigating of the bond behaviour of steel bars in concrete
    (Probe-)Bühne frei?                                                                                                                under high loading rates��������������������������������������������������������������������������������������� 170
      (Rehearsal) Stage free? ��������������������������������������������������������������������������������������� 144            Das Institut in Zahlen und Fakten���������������������������������������������������������������������������� 172
    Ein Wald aus Carbonbeton                                                                                                          Preise und Ehrungen����������������������������������������������������������������������������������������������� 182
      A carbon concrete forest ������������������������������������������������������������������������������������� 146
                                                                                                                                      Publikationen����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 184
                                                                                                                                      Team 2017��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 190
                                                                                                                                      Dank an unsere Förderer����������������������������������������������������������������������������������������� 191
                                                                                                                                      Beton meets Kultur������������������������������������������������������������������������������������������������� 192
                                                                                                                                      Impressum............................................................................................................... 193

8                                                                                                                                                                                                                                                                      9
Institut für Massivbau TU Dresden
VORWORT                                                 Institut für Massivbau | TU Dresden

                                                                                                                             INKREMENTELL UND DISRUPTIV

                                                                                                                             Seit einiger Zeit gibt es in der europäischen      Karl Marx hat in seinen Thesen über Feuer-
                                                                                                                             und deutschen Forschungslandschaft zwei            bach als 11. These geschrieben: „Die Philo-
                                                                                                                             neue Begriffe: inkrementelle Innovation und        sophen haben die Welt nur verschieden inter-
                                                                                                                             disruptive Innovation.                             pretiert; es kommt aber darauf an, sie zu ver-
                                                                                                                                                                                ändern.“ Während Marx damals Klassen-
                                                                                                                             Während unter inkrementellen Innovationen          unterschiede und Eigentumsverhältnisse im
                                                                                                                             solche verstanden werden, die eine vorhan-         Blick hatte, könnte das Verlangen nach Verän-
                                                                                                                             dene Situation in kleinen Schritten verändern      derung heute wesentlich breiter und allgemei-
                                                                                                                             und deren Erforschung und Entwicklung nach         ner Anwendung finden: Ressourcenverbrauch,
                                                                                                                             Meinung zahlreicher Beobachter in gewissen         CO2 -Ausstoß, Wirtschaftskreislauf und Wa-
                                                                                                                             Grenzen plan- und steuerbar sind, gehören die      renströme, Definition von Wertschöpfung, etc.
                                                                                                                             disruptiven Innovationen zu den offensichtlich     Hinzu kommen Fragen zu Wohnen und Arbei-
                                                                                                                             nicht planbaren Forschungs- und Entwick-           ten, Mobilität und medizinischer Versorgung.
                                                                                                                             lungsarbeiten. Sie bringen eine ganz neue          Das menschliche Leben und die Vielfalt der
                                                                                                                             Qualität hervor. Wie das Zitat auf Seite 5         Natur auf dieser Erde sind gefährdet. Wir Wis-
                                                                                                                             in vereinfachender, deswegen aber nicht            senschaftler*innen und Forscher*innen sind
                                                                                                                             falscher Art und Weise zeigt, braucht es krea-     gefordert, durch unsere Arbeit, unsere Gedan-
                                                                                                                             tive Geister, um aus dem Gewohnten auszu-          ken und Erfindungen ein Mosaiksteinchen zur
                                                                                                                             brechen und das Ungewohnte oder gänzlich           Lösung dieser großen Aufgaben beizutragen.
                                                                                                                             Neue zu denken.
                                                                                                                                                                                Um disruptive Innovationen für diese Aufgabe
                                                                                                                             Nun wird trotz der Unplanbarkeit der so ge-        zu ermöglichen, braucht es kreative Menschen
                                                                                                                             nannten disruptiven Innovationen gefragt, wie      in einer freien Forschungslandschaft. Diese im
                                                                                                                             viele dieser Innovationen eine Gesellschaft        Ansatz zu bieten – oder wenigstens den Ver-
                                                                                                                             benötigt oder gar verträgt. Dabei wird unter-      such zu unternehmen, diese Freiheit zu schaf-
                                                                                                                             schwellig suggeriert, dass es eine obere           fen – und damit gute Arbeitsbedingungen für
                                                                                                                             Grenze geben könnte.                               kreative Forscher*innen zu organisieren, ist
                                                                                                                                                                                das Grundinteresse am Institut für Massivbau.
                                                                                                                             Angesichts der auf dieser Erde existierenden
                                                                                                                             Herausforderungen wie die Begrenzung des           Wir danken an dieser Stelle allen Mitarbeiterin-
                                                                                                                             CO2 -Ausstoßes oder die Bewältigung der            nen und Mitarbeitern des Instituts für ihre Ide-
                                                                                                                             Folgen der Bevölkerungsentwicklung, um nur         en und ihr Engagement. Unser Dank gilt auch
                                                                                                                             zwei zu nennen, scheint es eher eine Unter-        allen Kolleginnen und Kollegen anderer Wis-
                                                                                                                             grenze zu geben, denn wenn wir nicht schnell       senschaftseinrichtungen und der Unterneh-
                                                                                                                             Antworten auf die drängenden Fragen finden,        men, mit denen wir eng zusammenarbeiten.
                                                                                                                             könnte es in nicht allzu ferner Zukunft für wei-
                                                                                                                             tere Ideen und Innovationen zu spät sein.
                                                                                                                                                                                Viel Freude beim Lesen unseres
                                                                                                                                                                                Jahresberichts 2017.

                                                                                                                                                                                Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach
                                                                                                                                                                                Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Häußler-Combe

10   Prof. Manfred Curbach (r.) und Prof. Ulrich Häußler-Combe vom Institut für Massivbau, TU Dresden | Foto: Sven Hofmann                                                                                                         11
Institut für Massivbau TU Dresden
FORSCHUNG
                        RESEARCH

12   Bruchlastest einer 5 Meter langen carbonbewehrten Pi-Platte (Forschungsvorhaben V1.5) | Foto: Sven Hofmann   13
Institut für Massivbau TU Dresden
FORSCHUNG | RESEARCH                                                                                                                                    Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden

     FORSCHUNG AM IMB                                                                                                                       narien vom statischen Standard-Kurzzeitver-
                                                                                                                                            such über Dauerversuche bis zum Impakt, mit
                                                                                                                                                                                             different reinforcements, with the influence of
                                                                                                                                                                                             different load scenarios – from static standard-
                                                                                                                                            optimierten Bauweisen für den Neubau und         ized short-term test to long term tests to impact
     RESEARCH AT IMB                                                                                                                        alternativen Methoden zum Erhalt des Beste-      – on the load bearing capacity, with optimized
                                                                                                                                            henden.                                          construction methods for new buildings and
                                                                                                                                                                                             alternative methods for maintaining the existing.
                                                                                                                                            Unsere aktuellen Projekte können folgen-
     Das Institut für Massivbau (IMB) ist eines von                         The Institute of Concrete Structures (in short:                 den Forschungsschwerpunkten zugeordnet           Our current projects can be grouped into the
     elf Instituten an der Fakultät Bauingenieurwe-                         IMB) is one of eleven institutes at the Faculty of              werden:                                          following research areas:
     sen der Technischen Universität Dresden. Am                            Civil Engineering at the Technische Universität
     IMB wird in fünf Forschergruppen zu verschie-                          Dresden. At the IMB, research is being carried                   Eigenschaften von Betonen verschiedenster       Properties of concretes of various
     densten Themen rund um das Bauen mit Be-                               out in five research groups on various topics                     Zusammensetzung,                                 composition,
     ton geforscht. Die Bandbreite reicht von der                           relating to building with concrete. The range                    Verbund zwischen Bewehrung und Matrix,          Bond between reinforcement and matrix,
     Modellierung des Zusammenwirkens einzelner                             extends from the modelling of the interaction                    Spezielle Belastungsszenarien wie Impakt-       Special stress scenarios such as impact and
     Teilchen bis zur experimentellen Untersuchung                          of individual particles to the experimental                       und mehraxiale Beanspruchungen bei               multi-axial stresses in material and
     von ganzen Bauteilen. Wir beschäftigen uns                             investigation of whole structural components.                     Material- und Bauteilversuchen,                  component tests,
     mit speziellen Materialeigenschaften von Be-                           We deal with special material properties of                      Simulation mit DEM und FEM, Erarbeitung         Simulation with DEM and FEM, development
     ton, dessen Verbund zum Bewehrungsstahl,                               various concretes from light-weight to ultra-high                 von Stoffgesetzen und Bemessungs-                of constitutive laws and design procedures,
     mit dem Einfluss unterschiedlichster Lastsze-                          performance, the combination of concrete with                     verfahren,                                      Textile reinforcements – mainly made of
                                                                                                                                             Textile Bewehrungen – vor allem aus              carbon fibres – for strengthening of existing
                                                                                                                                              Carbonfasern – für Verstärkung und Neubau,       structures and for new constructions,
                                                                                                                                             In-situ-Belastungsversuche und Langzeit-        In-situ load bearing tests and long-term
                                                                                                                                              überwachung von Bauwerken,                       monitoring of structures,
                                                                                                                                             Sonstige Forschungsthemen.                      Other research topics.

                                                                                                                                            Neben der reinen Grundlagenforschung neh-        In addition to pure basic research, joint projects
                                                                                                                                            men gemeinsame Projekte mit Praxispartnern       with industrial partners are of great importance
                                                                                                                                            einen hohen Stellenwert ein, denn dies ist die   as this is the best method to transfer research
                                                                                                                                            beste Methode, Forschungsergebnisse in die       results into the building practice. Furthermore,
                                                                                                                                            Baupraxis zu überführen. Auch der gegenseiti-    mutual scientific exchange with researchers
                                                                                                                                            ge wissenschaftliche Austausch mit Forschern     from other universities and research institutes is
                                                                                                                                            anderer Universitäten und Forschungseinrich-     also of great importance. Joint meetings and dis-
                                                                                                                                            tungen hat große Bedeutung. Gemeinsame           cussions, for example, within the framework of
                                                                                                                                            Veranstaltungen und Gespräche bspw. im           the Priority Programmes SPP 1542 or SPP 2020
                                                                                                                                            Rahmen der Treffen der Schwerpunktprogram-       and of the Research Training Group GRK 2250,
                                                                                                                                            me SPP 1542 und SPP 2020, im DFG-Gra-            in the various collaborative research projects
                                                                                                                                            duiertenkolleg GRK 2250, in den verschiede-      within the Twenty20 project C3, the ROBEX
                                                                                                                                            nen Verbundvorhaben im Zwanzig20-Projekt         alliance, or, e.g., the committees work on the
                                                                                                                                            C 3, im Forschungsverbund ROBEX oder bei         new edition of the DAfStb booklets 220/240,
                                                                                                                                            der Gremienarbeit bspw. zur Neuauflage der       the subcommittee on UHPC or in the frame of
                                                                                                                                            DAfStb-Hefte 220/240, im Unterausschuss Ul-      the fib TG ‘History of Concrete Structures’ are
                                                                                                                                            trahochfester Beton oder in der fib task group   profitable for all participants and a pool of ideas
                                                                                                                                            „History of Concrete Structures“ sind für alle   for new joint projects.
                                                                                                                                            Teilnehmer*innen gewinnbringend und Ideen-
                                                                                                                                            pool für neue, gemeinsame Vorhaben gleicher-
                                                                                                                                            maßen.

     Einrichtung eines Versuchs zur Druckuntersuchung von Carbonbeton | Preparing a compression test on a carbon reinforced concrete cube
     Photo: Sven Hofmann

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Institut für Massivbau TU Dresden
FORSCHUNG | RESEARCH                                                                                                                                                     Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden

                                                                                                                                                    eröffnet, die im Rahmen der Zusammenarbeit             with the Chair for Technology and History of
                                                                                                                                                    mit dem Lehrstuhl für Technik- und Technikwis-         Science of Technology, as a part of a practical
                                                                                                                                                    senschaftsgeschichte in einem studentischen            seminar with students. An accompanying
                                                                                                                                                    Praxisseminar umgesetzt wurde. Ergänzt wird            brochure, which is also available online, is meant
                                                                                                                                                    die Ausstellung durch eine Begleitbroschüre, die       to provide information about the exhibition and
                                                                                                                                                    auch online einsehbar ist. Die Ausstellung steht       findings. The exhibition will remain at TU Dresden
                                                                                                                                                    noch bis März 2018 den Besuchern offen, ehe sie        until March 2018. Afterwards, the exhibition will
                                                                                                                                                    im Anschluss an der BTU Cottbus-Senftenberg            be moved to the BTU Cottbus-Senftenberg.
                                                                                                                                                    zu sehen sein wird.
                                                                                                                                                                                                           The complexity of Gehler’s personality and the in-
                                                                                                                                                    Die Komplexität der Persönlichkeit Gehlers war         herent conflict between industry, administration,
                                                                                                                                                    Schwerpunkt einer Präsentation auf der Jahresta-       and science was the main focus of a presentation
                                                                                                                                                    gung der Gesellschaft für Bautechnikgeschichte,        at the annual conference of the Association of
                                                                                                                                                    in der Gehler als ein Wandler zwischen Industrie,      Building History. From the industry’s perspective,
                                                                                                                                                    Verwaltung und Wissenschaft beschrieben wird.          his practical work in the concrete building compa-
                                                                                                                                                    So ist aus der Perspektive der Industrie vor allem     ny ‘Dyckerhoff & Widmann‘ which was inspiring
                                                                                                                                                    seine praktische Tätigkeit beim damals aufstre-        back then, is particularly worth mentioning. He
                                                                                                                                                    benden Betonbauunternehmen Dyckerhoff & Wid-           represented the government, from an adminis-
                                                                                                                                                    mann zu nennen. Die Perspektive der Verwaltung         trative perspective, during his career years at the
     Ausstellungseröffnung in der Bereichsbibliothek DrePunct der SLUB, Dresden | Opening of the Willy Gehler exhibition at the DrePunct Library,
                                                                                                                                                    vertritt er zum Berufseinstieg zunächst bei der        Royal Saxon State Railway. Of particular interests
     SLUB Dresden | Photo: Sven Hofmann                                                                                                             Königlich Sächsischen Staatseisenbahn als Regie-       are his substantial contributions in connection
                                                                                                                                                    rungsbauführer bzw. -meister. Seine umfangrei-         with the German Institute for Standardization
                                                                                                                                                    chen Tätigkeiten in Verbindung mit dem Deut-           (DIN) and the German Committee for Reinforced

     WILLY GEHLER – STAHLBETONPIONIER                                                                                                               schen Institut für Normung und dem Deutschen
                                                                                                                                                    Ausschuss für Eisenbeton, bei denen er langjäh-
                                                                                                                                                                                                           Concrete (DAfStb), as a long-term member of
                                                                                                                                                                                                           such associations. Most of his time, Gehler took

     AUF ABWEGEN                                                                                                                                    riges Mitglied war, sind ebenfalls zu nennen. Die
                                                                                                                                                    Perspektive der Wissenschaft nimmt Gehler aber
                                                                                                                                                                                                           the perspective of science as a full professor of
                                                                                                                                                                                                           the TH Dresden, as well as director of the Testing
                                                                                                                                                    für die längste Zeit ein, sowohl als ordentlicher      and Material Office. Gehler provided pioneering
     WILLY GEHLER – ON THE TRACKS OF A RC PIONEER                                                                                                   Professor der TH Dresden als auch als Leiter des       ideas and methods beyond the field of reinforced
                                                                                                                                                    Versuchs- und Materialprüfungsamtes Dresden.           concrete, which requires further research work
                                                                                                                                                    Es zeigte sich jedoch auch, dass Gehler über das       to present a thorough image of the sedulous
     Der bis heute in der Bauingenieurcommunity                                Willy Gehler (1876–1953) was a pioneer of                            Gebiet des Stahlbetons hinaus wegweisende An-          engineer.
     kaum präsente Stahlbetonpionier Willy Gehler                              reinforced concrete (RC) construction, but up                        sätze lieferte, sodass weitere Forschungsarbeit
     (1876–1953) ist aufgrund seiner politischen                               to now, his work is barely known within the                          notwendig ist, um eine umfassende Darstellung
     Verstrickungen – u. a. war Gehler Mitglied der                            civil engineering community. Due to his political                    dieses umtriebigen Ingenieurs zu liefern.
     NSDAP – auch nach 3 Jahren Grundlagenfor-                                 involvement as a member of the Nazi Party,
     schung weiterhin umstritten. Unumstritten sind                            among other previous political affiliations, he is
                                                                                                                                                                                                              u Titel | Title
     dagegen seine fachlichen Errungenschaften im                              still a controversial figure. As opposed to this,                                                                                Willy Gehler (1876–1953) – Spitzenforschung, politische
     Bereich des Bauingenieurwesens, die innerhalb                             based on the findings of the current research                                                                                    Selbstmobilisierung und historische Rezeption eines bedeu-
                                                                                                                                                                                                                tenden Bauingenieurs und Hochschullehrers im „Jahrhun-
     des Projektes aufgezeigt werden konnten. Um                               project about him, there is no debate about                                                                                      dert der Extreme“
     darauf und auf die Person Gehlers aufmerksam                              his scientific achievements in the field of civil                                                                                 Willy Gehler (1876–1953) – cutting edge research, political
     zu machen, standen im dritten Förderjahr vor-                             engineering, as our research’s focus has primarily                                                                                self-mobilization and historical assessment of an important
                                                                                                                                                                                                                 civil engineer and professor in the “century of extremes”
     nehmlich Publikationen von Forschungsergebnis-                            been on the publications of his research results,
     sen im Vordergrund. Der Auftakt hierzu erfolgte                           and the research’s motivation was to draw                                                                                      u Förderer | Funding
                                                                                                                                                                                                                Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
     im Rahmen eines Workshops zu Willy Gehler im                              attention to Gehler’s work and his merits. It
                                                                                                                                                                                                              u Zeitraum | Period
     April 2017, an dem v. a. Fachleute aus dem Be-                            began in April 2017 with a workshop about Willy                                                                                  11.2014 – 10.2017
     reich der Bautechnikgeschichte teilnahmen. Die                            Gehler, which professionals of the history of                                                                                  u Leiter | Project manager
     Ergebnisse dieses Workshops, zu dem verschie-                             construction technology attended. The results of                                                                                 Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach
     dene Referenten eingeladen waren, sind in einem                           this workshop are summarized in the conference                                                                                 u Bearbeiter | Contributor
     Tagungsband niedergelegt. Ergänzend hierzu                                proceedings. In addition to this, an exhibition was                                                                              Dipl.-Ing. Oliver Steinbock

     wurde auch eine Ausstellung in der Bereichsbib-                           opened at the Departmental Library DrePunct of                                                                                 u Projektpartner | Project partner
                                                                                                                                                    Portrait von Willy Gehler in der Ausstellung                Lehrstuhl für Technik- und Technikwissenschaftsgeschichte,
     liothek DrePunct der Sächsischen Landesbiblio-                            the Saxon Regional Library – State and University                    Portrait of Willy Gehler in the exhibition                  TU Dresden
     thek – Staats- und Universitätsbibliothek Dresden                         Library (SLUB). It was organized in collaboration                    Photo: Sven Hofmann

16                                                                                                                                                                                                                                                                             17
Institut für Massivbau TU Dresden
FORSCHUNG | RESEARCH                                                                                                                                       Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden

                                                                                                                                       halb des Projekts wurden unterschiedliche Ge-                          tested. In addition to a large number of short-term
                                                                                                                                       häuseformen und Dichtungssysteme entwickelt,                           pressure tests in the pressure tank of the German
                                                                                                                                       hergestellt und getestet. Neben einer Vielzahl an                      Research Institute for Artificial Intelligence (DFKI)
                                                                                                                                       Kurzzeitdruckversuchen im Drucktank des Deut-                          in Bremen, two long-term experiments in the
                                                                                                                                       schen Forschungsinstituts für künstliche Intelli-                      Arctic Ocean at 2,500 m depth at -1 °C were
                                                                                                                                       genz (DFKI) in Bremen konnten auch zwei Lang-                          completed (2015/16 and 2016/17). It could be
                                                                                                                                       zeitversuche im Arktischen Ozean in 2.500 m                            shown that the housings made of UHPC are wa-
                                                                                                                                       Tiefe bei -1 °C absolviert werden (2015/16 und                         tertight even after one year stay deep in the sea
                                                                                                                                       2016/17). Dabei konnte gezeigt werden, dass die                        without additional coating. Numerous numerical
                                                                                                                                       Gehäuse aus UHPC ohne zusätzliche Beschich-                            simulations using the multiPlas nonlinear material
                                                                                                                                       tung auch nach einem Jahr wasserdicht sind.                            law in ANSYS have enabled parameter design
                                                                                                                                       In zahlreichen numerischen Simulationen unter                          studies to be performed and compared with
                                                                                                                                       Verwendung des nichtlinearen Materialgesetzes                          experimentally determined data. For example,
                                                                                                                                       multiPlas in ANSYS konnten Parameterstudien für                        the influence of a multi-axial load on UHPC cubes
                                                                                                                                       die Bemessung durchgeführt und mit den expe-                           with 10 cm edge length was determined in a
                                                                                                                                       rimentell ermittelten Daten abgeglichen werden.                        triaxial testing machine and considered in the
                                                                                                                                       Beispielsweise wurde der Einfluss einer mehraxi-                       calculation. Based on the results obtained, design
                                                                                                                                       alen Belastung auf UHPC an 10er Würfeln in der                         guidelines could be derived. At the present state
                                                                                                                                       Triaxial-Prüfmaschine ermittelt und berücksich-                        of knowledge, the practicable application field for
     Betondruckgehäuse mit verklebter Saphirglasscheibe | Concrete pressure housing with a bonded sapphire glass layer
                                                                                                                                       tigt. Anhand der gewonnenen Ergebnisse konn-                           cylindrical concrete pressure housings is up to
     Photo: Sebastian Wilhelm                                                                                                          ten Bemessungsvorschläge abgeleitet werden.                            3,000 to 3,800 m.
                                                                                                                                       Zum derzeitigen Stand ergibt sich somit ein prak-
                                                                                                                                       tikabler Einsatzbereich für zylindrische Beton-                        In the subproject ‘building on the Moon,’ modular

     IN EISIGEN TIEFEN – BETON FÜR DIE                                                                                                 druckgehäuse von 3.000 bis 3.800 m.                                    structures have been developed and studied
                                                                                                                                                                                                              which can be manufactured and assembled on

     MEERESFORSCHUNG                                                                                                                   Im Teilprojekt „Bauen auf dem Mond“ wurden
                                                                                                                                       modulare Strukturen entwickelt und untersucht,
                                                                                                                                                                                                              the ground and erected without lifting technology.
                                                                                                                                                                                                              Such a base could be used in the future as a
                                                                                                                                       die am Boden gefertigt und montiert und ohne                           research and protection structure or as a starting
     IN ICY DEPTHS – CONCRETE FOR MARINE RESEARCH                                                                                      Hebetechnik aufgerichtet werden können. Eine                           point for the exploration of other planets such as
                                                                                                                                       so errichtete Basis könnte in Zukunft als For-                         Mars. The goal is to manufacture the concrete for
                                                                                                                                       schungs- und Schutzkonstruktion oder als Aus-                          the needed individual segments using the type of
     Zum Jahresende 2017 wurde die Helmholtz Al-                             At the end of 2017, the Helmholtz Alliance                gangspunkt für die Erkundung anderer Planeten,                         resources available on the moon.
     lianz ROBEX – Robotic Exploration of Extreme                            ROBEX – Robotic Exploration of Extreme Envi-              wie z. B. dem Mars, genutzt werden. Ziel ist es,
     Environments (www.robex-allianz.de) nach fünf                           ronments (www.robex-allianz.de) was completed             den Beton für die einzelnen Segmente aus den
     erfolgreichen Jahren abgeschlossen. In zwei sehr                        after five successful years. At our institute, two        Ressourcen des Mondes zu gewinnen.
     unterschiedlichen Teilprojekten wurden dabei                            very different subprojects were investigated
     Möglichkeiten für das Bauen auf dem Mond un-                            within the project – possibilities for building on
                                                                                                                                                                                                                 u Titel | Title
     tersucht und Betondruckgehäuse aus ultrahoch-                           the moon and concrete pressure housings made                                                                                          TP Beton für den Einsatz unter Extrembedingungen im Ver-
     festem Beton (UHPC – ultra-high performance                             of ultra-high performance concrete (UHPC) for                                                                                         bundforschungsprojekt ROBEX – Robotische Exploration unter
                                                                                                                                                                                                                   Extrembedingungen
     concrete) für die Tiefsee entwickelt. Ziel hierbei                      the deep sea. The goal here was to supply with
                                                                                                                                                                                                                    Sub-project Concrete for application under extreme environ-
     ist es, verschiedene Anwendungen der Tiefsee-                           long-lasting energy sources various applications                                                                                       ments as part of the joint research project ROBEX – Robotic
     forschung wie zum Beispiel autonome Unterwas-                           of deep-sea research, such as autonomous                                                                                               Exploration of Extreme Environments

     serfahrzeuge in schwer zugänglichen Gebieten                            underwater vehicles in hard-to-reach areas.                                                                                         u Förderer | Funding
     über lange Zeit mit Energie zu versorgen.                                                                                                                                                                     Helmholtz-Gemeinschaft / ROBEX

                                                                             UHPC is very well suited for waterproof struc-                                                                                      u Zeitraum | Period
                                                                                                                                                                                                                   10.2012 – 12.2017
     UHPC ist durch seine abgestimmte Korngrößen-                            tures due to its graded aggregate size distribution,
                                                                                                                                                                                                                 u Leiter | Project manager
     verteilung der Zuschlagstoffe, die Verwendung                           the use of finely ground cement and the addition                                                                                      Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach
     fein gemahlenen Zements und die Zugabe von                              of micro-silica as filler. In addition to the high den-
                                                                                                                                                                                                                 u Bearbeiter | Contributor
     Mikrosilika als Füllstoff sehr gut für wasserdichte                     sity of the material, UHPC is characterized by a                                                                                      Dr.-Ing. Sebastian Wilhelm
     Strukturen geeignet. Neben der hohen Dichtig-                           very high compressive strength of up to 250 MPa           3D-Druck einer selbstaufrichtenden Konstruktion aus modularen
                                                                                                                                       Elementen für den Einsatz auf dem Mond, fotografiert während der          u Projektpartner | Project partners
     keit des Materials zeichnet sich UHPC auch durch                        compared to normal strength concrete. Within              Demo-Mission im Sommer 2017 auf dem Ätna                                    18 Forschungseinrichtungen und Firmen in ganz Deutschland
                                                                                                                                       3D print of a self-erecting construction for a moon base made of mo-
     eine im Vergleich zu Normalbeton sehr hohe                              the project, different housing shapes and sealing         dular elements, photographed during the demo-mission in summer
     Druckfestigkeit von bis zu 250 MPa aus. Inner-                          systems have been developed, manufactured and             2017 on Mount Etna | Photo: Sebastian Wilhelm

18                                                                                                                                                                                                                                                                                19
FORSCHUNG | RESEARCH                                                                                                                                                  Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden

                                                                                                                                                  in allen Raumrichtungen und Festigkeiten unter                     strength under selected stress ratios were
                                                                                                                                                  ausgewählten Spannungsverhältnissen ermittelt.                     determined. For example, at a uniaxial pressure
                                                                                                                                                  So werden u. a. bei einem einaxialen Druckver-                     test, not only the stiffness after unloading and
                                                                                                                                                  such neben der Entlastungssteifigkeit und der                      the plastic deformation along the stress direction
                                                                                                                                                  plastischen Verformung in Belastungsrichtung                       were determined, but also the stiffness and
                                                                                                                                                  anschließend auch die Steifigkeit und die Zug-                     tensile strength in the corresponding transverse
                                                                                                                                                  festigkeit in Querrichtung bestimmt – um ein                       direction.
                                                                                                                                                  einfaches Beispiel zu nennen.
                                                                                                                                                                                                                     Therefore, an exact strain measurement, even
                                                                                                                                                  Essentiell für den Erfolg des Vorhabens ist des-                   in areas with extremely low strain, is essential
                                                                                                                                                  halb eine exakte Dehnungsmessung auch im                           for the success of the research. Since the load
                                                                                                                                                  Bereich sehr geringer Dehnungen. Die Seitenflä-                    is applied to all surfaces of a test cube, in all
                                                                                                                                                  chen der Probewürfel werden aber gleichzeitig                      three directions, it is not possible to install
                                                                                                                                                  oder nacheinander durch die Lasteinleitungsmit-                    measuring equipment on the cube surfaces. For
                                                                                                                                                  tel belastet und stehen somit nicht für die Appli-                 this reason, it was decided to use fibre optical
                                                                                                                                                  kation von Messtechnik zur Verfügung. Die Wahl                     sensors. They can be used for continuous
                                                                                                                                                  fiel daher auf faseroptische Sensoren (FOS), die                   strain measurements and positioned within
                                                                                                                                                  die Dehnung kontinuierlich entlang ihre Achse                      the concrete with the help of a supporting
                                                                                                                                                  messen und die mittels eines Trägergerüsts im                      structure. Preliminary testing is being conducted
     Faseroptische Sensoren, eingebettet in einem Trägergerüst aus Messing-U-Pro-          Codierung der Messstelle auf einem faseroptischen
                                                                                                                                                  Beton positioniert werden. In Vorversuchen wer-                    for various type of fibre, coating, deflection
     filen; die Lage der Messstellen ist durch die rot und blau eingefärbten Bereiche      Sensor | Coding of the test point on a fibre optical   den im Moment Faserart, Coating, Umlenkra-                         radius and adhesive. Furthermore, testing is
     gekennzeichnet | Fibre optic sensors embedded in a support frame made of brass        sensor | Photo: Sven Hofmann
     U-profiles; the location of the measuring points is indicated by the red and blue
                                                                                                                                                  dius und Kleber variiert. Auch wird getestet, ob                   being conducted to determine if the fibre optical
     coloured areas | Photo: Sven Hofmann                                                                                                         die FOS eventuell an der Messstelle freiliegend                    sensors can be encased in concrete without a
                                                                                                                                                  und ohne Trägergerüst einbetoniert werden                          supporting structure within the measurement
                                                                                                                                                  können. Ein Vergleich mit etablierten Messmit-                     area. An optimal measuring configuration should
     MIT FASERN DIE ANISOTROPIE ENTDECKEN                                                                                                         teln wie Dehnmessstreifen und Fotogrammetrie
                                                                                                                                                  soll zur Wahl einer optimalen Messkonfigurati-
                                                                                                                                                                                                                     be found, similar to those used in conjunction
                                                                                                                                                                                                                     with established measuring devices, like strain

     DISCOVER ANISOTROPY WITH FIBRES                                                                                                              on führen. Kriterium dafür ist eine ausreichend
                                                                                                                                                  genaue örtliche Auflösung der Dehnungen unter
                                                                                                                                                                                                                     gauge and photogrammetry. Key criteria used
                                                                                                                                                                                                                     in the optimization is the precision that can
                                                                                                                                                  Druck- und Zugbeanspruchung sowie eine ge-                         be achieved for the strain and tensile stress
     Kann Beton nach seiner Herstellung noch als                                Concrete is almost an isotropic material after its                ringe Beeinflussung des Versagensmechanis-                         measured under pressure, as well as the small
     nahezu isotrop betrachtet werden, so führen ab                             production. But when it is loaded to a certain                    mus durch die eingebettete Faser und/oder das                      effect that the failure mechanism has on the
     einem bestimmten Lastniveau (Mikro)Risse im                                load level, (micro) cracks occur in the material.                 Trägergerüst.                                                      fibre and supporting structure.
     Betongefüge zu einer Anisotropie, da sich die                              The crack openings are oriented along the
     Rissufer entsprechend des vorherrschenden                                  controlling stress field. As a result, such cracking
     Spannungszustandes orientieren. Qualitativ wur-                            leads to anisotropy. Anisotropy has been many
     de diese Anisotropie vielfach beobachtet, quanti-                          times analyzed qualitatively, but there are hardly
     tative Aussagen über Steifigkeiten und Festigkei-                          any quantitative assessments of the associated
     ten liegen jedoch kaum vor. Für eine realistische                          stiffness and strength. Our project partner –                                                                                           u Titel | Title
     Modellierung des Betonverhaltens, wie sie Prof.                            Prof. Petryna from TU Berlin – wants to create                                                                                            Experimentell gestützte Modellierung von Versagens-
                                                                                                                                                                                                                          mechanismen hochfester Betone unter multiaxialer
     Petryna (TU Berlin) mittels einer verzerrungs-                             a realistic model of the concrete’s behaviour                                                                                             Beanspruchung – MABET
     und energiebasierten Formulierung des Werk-                                based on a strain or energy based formulation                                                                                              Experimentally based modelling of failure mechanisms of
     stoffgesetzes anstrebt und bei der Evolutions-                             of the material law, where evolution laws and                                                                                              high strength concretes under multi-axial loading – MABET

     gleichungen und Versagensflächen überwiegend                               failure surfaces are mainly defined by physically                                                                                       u Förderer | Funding
                                                                                                                                                                                                                          Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
     auf messtechnisch nachvollziehbaren Parame-                                measurable parameters. Therefore, knowledge
     tern basieren, ist die Kenntnis dieser richtungs-                          about the anisotropic properties is necessary.                                                                                          u Zeitraum | Period
                                                                                                                                                                                                                          04.2017 – 03.2020
     abhängigen Eigenschaften erforderlich.
                                                                                                                                                                                                                        u Leiter | Project manager
                                                                                To determine the needed parameters, several                                                                                               Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach
     Zur Ermittlung der Parameter sind an unserem                               experiments were planned at the institute to
                                                                                                                                                                                                                        u Bearbeiterin | Contributor
     Institut Versuche geplant, die verschiedene Be-                            map different loading and unloading paths of the                                                                                          Dr.-Ing. Kerstin Speck
     und Entlastungspfade im dreiaxialen Spannungs-                             triaxial stress. After the test piece was pre-dam-                Trägergerüst mit freiliegender Faser im Messbereich für Vorver-
                                                                                                                                                                                                                        u Projektpartner | Project partner
                                                                                                                                                  suche an Mörtelprismen | Support frame with exposed fibre in the
     raum abbilden. Nach einer Vorschädigung wer-                               aged, permanent deformations, stiffness in                        measurement range for preliminary tests on mortar prisms
                                                                                                                                                                                                                          FG Statik und Dynamik, TU Berlin
     den bleibende Verformungen, die Steifigkeiten                              all spatial directions, and the corresponding                     Photo: Sven Hofmann

20                                                                                                                                                                                                                                                                                     21
FORSCHUNG | RESEARCH                                                                                                                                                      Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden

                                                                                                                                                        dings in sehr unterschiedlichem Ausmaß. These           induced temperature fields have a non-neg-
                                                                                                                                                        ist, dass diese induzierten Temperaturfelder            ligible influence on the damage process and
                                                                                                                                                        einen nicht vernachlässigbaren Einfluss auf die         the fatigue strength of UHPC. The significantly
                                                                                                                                                        Ermüdungsfestigkeit haben. Das stark verdichte-         denser material composition, which causes
                                                                                                                                                        te Materialgefüge eines UHPC weist ein großes           greater internal friction, is assumed to be the
                                                                                                                                                        inneres Reibungspotential auf, was als wahr-            reason for the phenomenon. The size and the
                                                                                                                                                        scheinliche Ursache für den Temperaturanstieg           speed of the temperature increase depending
                                                                                                                                                        vermutet wird. Bisherige Erkenntnisse lassen vor        on the load frequency and regime as well as
                                                                                                                                                        allem das verwendete Größtkorn sowie die Fre-           the largest grain.
                                                                                                                                                        quenz und das Lastspiel der zyklischen Belastung
                                                                                                                                                        als Haupteinflüsse auf den Temperaturanstieg            Systematic experimental studies on the effect
                                                                                                                                                        erkennen.                                               of the different parameters on the load-in-
                                                                                                                                                                                                                duced temperature fields and the degradation
                                                                                                                                                        Eine systematische Untersuchung der Parameter           of the concrete material by fatigue loading are
                                                                                                                                                        hinsichtlich der Höhe und der Geschwindigkeit           still pending, and will be completed within this
                                                                                                                                                        des Temperaturanstiegs sowie deren Einfluss             project. The basis for the systematic investi-
                                                                                                                                                        auf die Ermüdungsfestigkeit stehen noch aus             gations is the current state of knowledge. The
     Prüfzylinder für zyklische Belastung mit drei Wärmefühlern über die Probekörperhöhe verteilt | Specimen for test under cyclic loading with three
     thermocouples distributed over the sample’s height | Photo: Melchior Deutscher
                                                                                                                                                        und sollen im Rahmen dieses Forschungsvorha-            strength of the concrete, the grain size, the
                                                                                                                                                        bens durchgeführt werden. Dafür wurde unter             specimen’s geometry, the loading parameters
                                                                                                                                                        Beachtung des Wissensstandes ein umfangrei-             (e.g., upper stresses and load frequency) as
                                                                                                                                                        ches Prüfprogramm aufgestellt. Variiert werden          well as the concrete age will be varied. The
     LASTINDUZIERTE ERWÄRMUNG VON UHPC                                                                                                                  dabei die Festigkeit des Betons, das Größtkorn,
                                                                                                                                                        die Probengröße, Oberspannungen und Belas-
                                                                                                                                                                                                                goal of the investigation is to quantify the
                                                                                                                                                                                                                temperature development as a function of the
     LOAD-INDUCED INCREASE OF TEMPERATURE IN UHPC                                                                                                       tungsfrequenzen sowie das Betonalter. Ziel der
                                                                                                                                                        Untersuchungen ist die Beschreibung der Tem-
                                                                                                                                                                                                                different parameters. Furthermore, we want
                                                                                                                                                                                                                to describe the influence of the temperature
                                                                                                                                                        peraturentwicklung in Abhängigkeit der genann-          fields on the strains, the cracking and the
     Die aktuellen Entwicklungen im Bauwesen orien-                             The development of the construction industry                            ten Parameter sowie von deren Einfluss auf die          concrete microstructure during the fatigue
     tieren sich an den Grundsätzen der ressourcen-                             moves towards resource-saving and filigree                              Verformungen, die Rissbildung und das Beton-            process. The project partner at TU Darmstadt
     schonenden und filigranen Bauweise. Die erfor-                             constructions. Ultra-high performance                                   gefüge während des Ermüdungsprozesses. Die              will develop a material model that describes
     derliche Steigerung der Materialeffizienz wird im                          concrete (UHPC) was developed to reach a                                Erkenntnisse dienen dem Projektpartner an der           the fatigue behaviour of UHPC at high-frequen-
     Massivbau durch die Entwicklung von Hochleis-                              higher efficiency of this material. As a result,                        TU Darmstadt im Weiteren zur Entwicklung eines          cy compressive stresses.
     tungsbetonen erreicht. Durch die Reduzierung                               the structures will be leaner and lighter in the                        Materialmodells, welches das Ermüdungsverhal-
     von Eigengewicht durch optimierten Materialein-                            future. However, due to a reduction of dead                             ten von UHPC bei hochfrequenter Druckbean-
     satz wird allerdings eine Schwingungsanfälligkeit                          weight through the optimized use of materials,                          spruchung beschreibt.
     bedingt. Maßgebend wird dies vor allem im Be-                              structures are more susceptible to induced
     reich der zyklisch beanspruchten Bauwerke wie                              vibrations. This is particularly important in the
     Windkraftanlagen oder weitgespannten Brücken,                              area of cyclically stressed structures, such as
     die sehr hohen Lastwechselzahlen ausgesetzt                                long-span bridges and wind turbines, which
     sind. Für den optimalen Einsatz der Hochleis-                              are exposed to very high number of load
     tungsbetone ist daher die Kenntnis des Ermü-                               cycles. In particular, a thorough understanding
     dungsverhaltens erforderlich. Dieser Thematik                              of the fatigue behaviour of UHPC is required.                                                                                     u Titel | Title
     widmet sich das DFG-Schwerpunktprogramm                                    The Priority Programme SPP 2020, funded by                                                                                          Einfluss lastinduzierter Temperaturfelder auf das
                                                                                                                                                                                                                    Ermüdungsverhalten von UHPC bei Druckschwellbelastung
     SPP 2020, in dem die Materialdegradation expe-                             DFG, addresses this topic. Within the SPP, the                                                                                       Influence of load-induced temperature fields on the
     rimentell untersucht und numerisch beschrieben                             aim is to explore the material degradation of                                                                                        fatigue behaviour of UHPC subjected to high frequency
                                                                                                                                                                                                                     compression loading
     werden soll.                                                               high-performance concretes and to develop a
                                                                                material model.                                                                                                                   u Förderer | Funding
                                                                                                                                                                                                                    Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) / SPP 2020
     In unserem Teilprojekt „Lastinduzierte Tempera-
                                                                                                                                                                                                                  u Zeitraum | Period
     turfelder bei UHPC“ soll ein Beitrag zur Untersu-                          The focus of the subproject “Load-induced                                                                                           09.2017 – 08.2020
     chung des Schädigungsverlaufes von ultrahoch-                              increase of temperature in UHPC” is to
                                                                                                                                                                                                                  u Leiterin | Project manager
     festem Beton (UHPC) geleistet werden. In                                   investigate the increase in temperature of                                                                                          Dr.-Ing. Silke Scheerer
     bisherigen Untersuchungen an Hochleistungsbe-                              concrete specimens due to cyclic loading,                                                                                         u Bearbeiter | Contributor
                                                                                                                                                        Prüfkörper mit unterschiedlicher Betonzusammensetzung
     tonen unter hochfrequenter Druckbeanspruchung                              which has been observed in some previous                                Specimens with different composition of the concrete
                                                                                                                                                                                                                    Dipl.-Ing. Melchior Deutscher
     wurde eine Betonerwärmung festgestellt, aller-                             fatigue investigations. The thesis is that the                          Photo: Melchior Deutscher

22                                                                                                                                                                                                                                                                           23
FORSCHUNG | RESEARCH                                                                                                                                                               Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden

                                                                                                                                                               Lastfall eines Flugzeuganpralls entspricht. Diese                the concrete sample is loaded and destroyed by
                                                                                                                                                               dynamischen Versuche wurden mit Hilfe des klas-                  means of a shock wave.
                                                                                                                                                               sischen Versuchsprinzips des Split-Hopkinson-
                                                                                                                                                               Bars durchgeführt, bei dem die Betonprobe mit                    For the different loading rates, both uniaxial tests
                                                                                                                                              statisch         Hilfe einer Stoßwelle belastet und zerstört wird.                and biaxial tests with different stress ratios were
                                                                                                                                                               Für die verschiedenen Belastungsgeschwindig-                     conducted. Comparative calculations were made
                                                                                                                                                               keiten wurden sowohl einaxiale Versuche als                      by the individual test results. From this, the
                                                                                                                                                               auch zweiaxiale Versuche mit verschiedenen                       influences of the dynamic load on the uniaxial
         vorbereiteter Probekörper                  einaxialer Versuch                    zweiaxialer Versuch                                                  Spannungsverhältnissen durchgeführt.                             case and various biaxial stress states can be
                                                                                                                                                                                                                                derived. On the other hand, the influence of the
                                                                                                                                                               Anhand der einzelnen Versuchsergebnisse wur-                     stress ratio can be determined at a certain load
                                                                                                                                                               den vergleichende Berechnungen angestellt.                       rate. In summary, it can be stated that increasing
                                                                                                                                                               Daraus können die Einflüsse der dynamischen                      the compressive strength of concrete affects
                                                                                                                                       dynamisch               Belastung auf den einaxialen Fall und hinsichtlich               both, the biaxial stress state and the response
                                                                                                                                                               verschiedener zweiaxialer Spannungszustände                      to an impact load; the increase of the dynamic
                                                                                                                                                               abgeleitet werden. Andererseits kann auch der                    strength has a clear effect on the multi-axial
                                                                                                                                                               Einfluss des Spannungsverhältnisses bei einer                    behaviour of the concrete sample within the
                                                                                                                                                               bestimmten Belastungsgeschwindigkeit ermit-                      examined velocity range.
                                                                                                                                                               telt werden. Zusammenfassend kann festgestellt
     Von links nach rechts: vorbereitete Probekörper, ein- und zweiaxialer Versuchsaufbau (verschiedene Prüfmaschinen) für statische Versuche
                                                                                                                                                               werden, dass sich die druckfestigkeitssteigern-                  The presented project was funded by the German Federal
     (oben) und für dynamische (unten) | Left to right: prepared specimens, uni- and biaxial setups (different test facilities) for static (top) and dynamic   den Effekte einer zweiaxialen und einer stoß-                    Ministry of Economic Affairs and Energy (BMWi, project
     (bottom) trials | Photo: Matthias Quast, Rainer Belger
                                                                                                                                                               artigen Belastung teilweise überlagern, wobei                    No. 1501483) on the basis of a decision of the German
                                                                                                                                                               im untersuchten Geschwindigkeitsbereich der                      Parliament.

     BETON SCHNELL BELASTET                                                                                                                                    Einfluss der dynamischen Festigkeitssteigerung
                                                                                                                                                               gegenüber dem Einfluss der Mehraxialität deut-
                                                                                                                                                               lich überwiegt.
     CONCRETE QUICKLY LOADED
                                                                                                                                                               Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit
                                                                                                                                                               Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie
     Bauwerke von größerer gesellschaftlicher Bedeu-                                Structures that play a major role in society                               aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages
     tung gehören zur sogenannten kritischen Infra-                                 belong to the so-called ‘critical infrastructure’.                         unter dem Förderkennzeichen 1501483 gefördert.
     struktur, so zum Beispiel Einrichtungen des Ge-                                Among them are health care facilities, transpor-
     sundheitswesens, der Verkehrsinfrastruktur und                                 tation, and energy supply infrastructure. These
     der Energieversorgung. Vor allem diese Gebäude                                 structures are exposed to external natural and
     sind äußeren, natürlichen und anthropogenen Ri-                                anthropogenic risks. In most cases, a reinforced
     siken ausgesetzt. In den meisten Fällen bildet hier                            concrete structure acts as a barrier to protect the
     eine Konstruktion aus Stahlbeton die schützende                                users. Therefore, it is vital to study the material
                                                                                                                                                                                                                                   u Titel | Title
     Hülle zwischen den Nutzern und den Einwirkun-                                  behaviour of concrete under extraordinarily load                                                                                                 Zweiaxiale Betondruckfestigkeit unter hohen Belastungsge-
     gen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung,                                cases, such as impact or explosion.                                                                                                              schwindigkeiten
     das Materialverhalten von Beton auch unter so                                                                                                                                                                                     Biaxial compressive strength of concrete under high loading
                                                                                                                                                                                                                                       rates
     außergewöhnlichen Lastfällen wie Anprall oder                                  The effect of an impact load on the uniaxial and
     Explosion zu untersuchen.                                                      biaxial compressive strength of a concrete type                                                                                                u Förderer | Funding
                                                                                                                                                                                                                                     Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
                                                                                    C20/25 was extensively investigated in various
                                                                                                                                                                                                                                   u Zeitraum | Period
     In sehr ausführlichen Versuchsreihen wurde der                                 series of tests. The static reference tests were                                                                                                 10.2014 – 12.2017
     Einfluss einer stoßartigen Belastung auf die ein-                              carried out in hydraulic testing machines with a
                                                                                                                                                                                                                                   u Leiter | Project manager
     und zweiaxiale Druckfestigkeit eines Betons der                                strain rate of about 3∙10 -5 1/s. This loading rate                                                                                              Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach
     Festigkeitsklasse C20/25 untersucht. Die stati-                                is in the range of conventional static laboratory                                                                                              u Bearbeiter | Contributor
     schen Referenzversuche wurden in hydraulischen                                 tests. The impact load occurred at a strain rate                                                                                                 Dipl.-Ing. Matthias Quast

     Prüfmaschinen mit einer Dehnrate von 3∙10 -5 1/s                               in the range of 75 to 150 1/s, which roughly
     durchgeführt. Diese Belastungsgeschwindigkeit                                  corresponds to the load sustained by an aircraft
     liegt im Bereich üblicher statischer Laborversu-                               during a crash. These dynamic experiments
     che. Die stoßartige Belastung erfolgte mit einer                               were carried out using the classic experimental                            Probekörper im einaxial statischen Versuchsaufbau
     Dehnrate im Bereich von 75 bis 150 1/s, was dem                                principle of the split-Hopkinson bar, in which                             Specimen in uniaxial static test setup | Photo: Matthias Quast

24                                                                                                                                                                                                                                                                                                   25
FORSCHUNG | RESEARCH                                                                                                                                     Institut für Massivbau | Institute of Concrete Structures | TU Dresden

                                                                                                                                    Zur Beschreibung der Wellenausbreitung an die-                       continuities, artificial pores are to be introduced
                                                                                                                                    sen Störstellen sollen künstliche Modellporen                        into concrete specimens and loaded dynami-
                                                                                                                                    in Betonproben eingebracht und im Split-Hop-                         cally in the split-Hopkinson bar. Number, size,
                                                                                                                                    kinson-Bar dynamisch belastet werden. Anzahl,                        position, and water content of the artificially
                                                                                                                                    Größe, Lage und Wassergehalt der künstlich                           generated pores are to be varied. To reduce
                                                                                                                                    erzeugten Poren werden dabei variiert. Um die                        the influence of other discontinuities, such as
                                                                                                                                    Einflüsse anderer Inhomogenitäten, wie Zu-                           aggregate’s grain sizes and air pores, a very
                                                                                                                                    schlagkörner und Luftporen, zu reduzieren, wird                      fine-grained, well-compacted concrete is used.
                                                                                                                                    ein sehr feinkörniger, gut verdichteter Beton
                                                                                                                                    verwendet.                                                           Also, special attention must be paid to the
                                                                                                                                                                                                         measuring technology and especially its
                                                                                                                                    Darüber hinaus ist besonderes Augenmerk auf                          arrangement. Since the stress wave passes
                                                                                                                                    die Messtechnik und speziell deren Anordnung                         through the specimen within a few microsec-
                                                                                                                                    zu legen. Da die Belastungswelle den Probekör-                       onds, a high sampling rate of the strain gauges
                                                                                                                                    per innerhalb weniger Mikrosekunden durch-                           is required. The partial transmission, reflection,
                                                                                                                                    läuft, ist eine hohe Abtastrate der Dehnmess-                        and superimposition of the wave play a role
                                                                                                                                    streifen erforderlich. Außerdem kommt es an                          as well. The position of the strain gauges thus
                                                                                                                                    den Störstellen zu einer nur teilweisen Übertra-                     determines what part of the wave is measured.
                                                                                                                                    gung, zu Reflexion und Überlagerung der einge-                       In combination with numerical simulation,
     Messung der Wellenlaufzeit mittels Ultraschall | Measuring of the wave transit time with ultrasonic | Photo: Sven Hofmann
                                                                                                                                    tragenen Welle. Die Position der Dehnungsmes-                        the experimental results are verified to gain
                                                                                                                                    ser bestimmt somit, welcher Anteil der Welle                         insights into the influence of water-filled pores
                                                                                                                                    gemessen wird. In Kombination mit numerischer                        on the behaviour of concrete under impact
                                                                                                                                    Simulation werden die experimentell gewonne-                         load.

     WELLEN IM BETON                                                                                                                nen Ergebnisse verifiziert, um Erkenntnisse über
                                                                                                                                    den Einfluss von wassergefüllten Poren auf das                       The presented project was funded by the German Federal
                                                                                                                                    Verhalten von Beton unter Stoßbelastung zu er-                       Ministry of Economic Affairs and Energy (BMWi, project No.
     WAVES IN CONCRETE                                                                                                              langen.                                                              1501553) by a decision of the German Parliament.

                                                                                                                                    Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit
     Flugzeuganprall, Erdbeben und Explosionen – sol-                          Plane impact, earthquakes, and explosions            Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie
     che außergewöhnlichen Beanspruchungen sind                                – such extraordinary loads are critical to the       aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages
     entscheidend für die Bemessung und Konstrukti-                            design and construction of buildings, for            unter dem Förderkennzeichen 1501553 gefördert.
     on von Gebäuden der kritischen Infrastruktur, wie                         example power plants or airports. To ensure
     beispielsweise Kraftwerke oder Flughäfen. Um                              and assess the safety of these structures,
     die Sicherheit dieser Bauwerke zu gewährleisten                           understanding of the material and damage
     und beurteilen zu können, ist das Verständnis des                         behaviour of concrete under rapid, dynamic
     Material- und Schädigungsverhaltens von Beton                             impact is crucial.
                                                                                                                                                                                                            u Titel | Title
     unter schneller, dynamischer Einwirkung von ent-                                                                                                                                                         Untersuchung des Einflusses von Porenwasser auf die Wellen-
     scheidender Bedeutung.                                                    Concrete has higher strengths under dynamic                                                                                    ausbreitung in Beton bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten
                                                                               stress than in the quasi-static case. This phe-                                                                                  Investigation of the influence of pore water on the wave propa-
                                                                                                                                                                                                                gation in concrete at high loading rates
     Beton weist unter dynamischer Beanspruchung                               nomenon has been known for over 100 years,
     höhere Festigkeiten als im quasi-statischen Fall                          as the so-called ‘strain rate effect’. In addition                                                                           u Förderer | Funding
                                                                                                                                                                                                              Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
     auf. Dieses Phänomen ist seit über 100 Jahren be-                         to inertial effects due to the rate-dependent
                                                                                                                                                                                                            u Zeitraum | Period
     kannt und wird als sogenannter Dehnrateneffekt                            growth rate of the microcracks, the pore water                                                                                 09.2017 – 08.2020
     bezeichnet. Neben Trägheitseffekten aufgrund der                          is considered as another cause of this increase
                                                                                                                                                                                                            u Leiter | Project managers
     geschwindigkeitsabhängigen Wachstumsrate der                              in strength. The viscous behaviour of the free                                                                                 Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach,
                                                                                                                                                                                                              Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Häußler-Combe
     Mikrorisse gilt das Porenwasser als weitere Ursa-                         water between the crack surfaces creates
     che für diese Festigkeitssteigerung. Das viskose                          capillary forces that counteract crack growth.                                                                               u Bearbeiter | Contributor
                                                                                                                                                                                                              Dipl.-Ing. Oliver Mosig
     Verhalten des freien Wassers zwischen den Riss‑                           Also, the pores and their water content have a
     oberflächen erzeugt Kapillarkräfte, welche dem                            significant influence on the propagation of the
     Risswachstum entgegenwirken. Zudem beeinflus-                             impact wave.
     sen die Poren und deren Wassergehalt maßgeb-                                                                                   Mit Wasser gefüllter Schlauch im Split-Hopkinson-Bar
     lich die Ausbreitung der Belastungswelle.                                 To describe the wave propagation at these dis-       Water filled tube in the Split-Hopkinson-Bar | Photo: Oliver Mosig

26                                                                                                                                                                                                                                                                                27
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