Bohrlochintegrität ist unerlässlich für die erfolgreiche und nachhaltige Produktion und Injektion von Fluiden aus Reservoirgesteinen, wie beispielsweise bei der Nutzung von Kohlenwasserstoffen, Geothermie oder Standorten für geologische Speicherung. Um die Integrität einer Bohrung über seine Lebenszeit zu gewährleisten, ist vor allem eine erfolgreiche primäre Komplettierung nötig. Besonders die Zementation der Rohre stellt dabei ein großes Risiko dar, weil durch die natürlichen Gegebenheiten im Bohrloch viele Faktoren Einfluss auf die Zusammensetzung und Verteilung der Zementsuspension haben. Diese Studie untersucht das Monitoring-potenzial von faseroptischer ortsverteilter Dehnungsmessung DSS (distributed strain sensing). Ergänzend zu faseroptischer ortsverteilten Temperaturmessung DTS (distributed temperature sensing), welche seit mehr als zwei Jahrzehnten in der Industrie Anwendung findet, kann jeder Ort einer Glasfaser zusätzlich Informationen über den mechanischen Spannungszustand geben. Experimentelle und analytische Arbeiten wurden durchgeführt, um die Auswirkung von Laständerungen auf einer Faser zu quantifizieren. Desweiteren wurde der Einfluss komplexer mehrschichtiger Bohrlochkabel auf Dehnungsmessergebnisse untersucht. Ein faseroptisches Messkabel wurde im Zuge dieser Arbeit im Ringraum entlang der Produktionsrohrtour einer Bohrung installiert. Die gemessenen Geländedaten zeigen Ergebnisse aus zwei Arbeitsschritten der Fertigstellung der Bohrung - der Filterverkiesung und der Zementation. Aufgrund der Dichtedifferenz von Kies und Bohrspülung wurde am Kabel ein Dehnungseffekt gemessen. Die Teufe, in welcher der Dehnungseffekt auftritt, korreliert mit Wireline Gamma-Gamma-Dichtedaten, welche im gleichen Zeitfenster gemessen wurden. Die anschliessende Kompaktion des Kieskopfes wurde durch das Glasfaserkabel in Form einer zunehmenden mechanischen Belastung erfasst. Während der anschliessenden Zementation der Rohrtour wurde ein Dehnungseffekt in der Mischzone von Flüssigkeiten mit unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften gemessen. Anhand eines Experiments konnte bestätigt werden, dass fluidrheologische Parameter (wie die Fluidviskosität) mit einem faseroptischen Messkabel quantifiziert werden können. Hierfür werden Fluidscherspannungen gemessen, welche durch das Fliessen von Fluiden an der Kabeloberfläche hervorgerufen werden (amtliches Zeichen zur Patentanmeldung: EP 19171265.2). DSS-Messungen erweiten das Verständnis von Fluidverdrängungsvorgängen in Bohrlöchern und ermöglichen eine Beurteilung von Komplettierungsvorgängen in Echtzeit. / Borehole integrity is fundamental for the successful and sustainable utilization of hydrocarbons, geothermal energy and sites for geological storage. The success of the primary well completion is necessary to ensure the integrity of a well over its lifetime. In particular, the casing cementation represents a great risk because many factors have an influence on the composition and distribution of the cement suspension due to the natural conditions in the borehole. This study investigates the monitoring potential of fiber-optic distributed strain sensing (DSS) using a measurement cable which is installed in the annulus of a well. Similar to distributed temperature sensing (DTS), which is used for temperature monitoring in industry applications for more than two decades, fibers additionally convey information about their mechanical stress state. Laboratory as well as analytical work was performed to quantify the effect of load changes on a fiber. In addition, the influence of complex multilayered downhole cable on the strain response is examined. The presented field data shows results from two stages of the well completion - the gravel packing and the cementation. Due to the difference in density of gravel and drilling fluid, a deformation is measured on the cable. The depth at which the stretching effect occurs correlates with wire-line gamma-gamma density data measured in the same time window. The subsequent compaction of the gravel head, which was not revealed by the logging measurement, was detected by the fiber optic cable in the form of an increasing mechanical load on the cable. During cement pumping, fluid shear stresses create a measurable load on the cable, especially in the mixing zone of liquids with dfferent rheological properties. Based on this observation, an experiment was designed and conducted which aims at measuring fluid rheological parameters such as fluid viscosity. For this purpose, the fluid shear stresses acting on the fiber optic sensing cable in the flow path are measured (patent application number: EP 19171265.2). DSS measurements extend the understanding of fluid displacements in wellbores and allow an assessment of well completion process in real time.

Im Lausitzer Braunkohlerevier wurden eine Vielzahl von Braunkohletagebauen stillgelegt und rekultiviert. In den locker gelagerten und überwiegend aus sandigem Boden bestehenden Kippen kam es im Zuge des Grundwasseranstieges seit ca. 2006 zu einer erheblichen Anzahl von Bodenverflüssigungsereignissen. Diese stellen eine Gefährdung für Personen dar und führten daher zu Sperrungen der Kippenflächen. Das Ziel der Arbeit war es, das Risiko für Personenschäden durch Bodenverflüssigungsereignisse auf Innenkippen des Lausitzer Braunkohlereviers zu ermitteln. Die Ergebnisse bilden eine Möglichkeit, Maßnahmen zur Verbesserung der Sicherheit auf der Kippe angepasst zu planen und damit eine bessere gesellschaftliche Akzeptanz zu erreichen. An Beispielen wird in der Arbeit dargestellt, wie der Grad der Gefährdung von Personen durch unterschiedliche Prozesse ermittelt und dargestellt werden kann. Die einfachen physikalischen bzw. empirischen Zusammenhänge bilden die Grundlage zur Ermittlung des Risikos, das Eintrittswahrscheinlichkeit und Schadensausmaß eines Bodenverflüssigungsereignisses berücksichtigt. Der Prozess der spontanen Bodenverflüssigung auf Kippen wird beschrieben. Es wird herausgearbeitet, dass die Auswirkungen eines Bodenverflüssigungsereignisses wesentlich von der Gestalt der Geländeoberfläche und der Lage des Grundwasserspiegels relativ zur Geländeoberfläche abhängen. Für die Geländemorphologie wird die Maßgeblichkeitszahl als Kenngröße genutzt, um zusammen mit dem Grundwasserflurabstand eine empirische Abhängigkeit der Auswirkungen eines Bodenverflüssigungsereignisses zu begründen. Mit diesen Ergebnissen wird auf Basis eines digitalen Geländemodells und eines Grundwassermodells eine Gefährdungskarte abgeleitet. Durch die räumliche Auswertung der Gefährdungskarte und einer angenommenen Zahl von Personen, die auf der geplanten Nutzung der Kippen beruht, wird das kollektive Risiko für Personenschäden berechnet. In die Berechnung geht auch die Eintrittswahrscheinlichkeit von Bodenverflüssigungsereignissen ein, die tagebaubezogen auf Grundlage von Auswertungen von digitalen Geländemodellen im Zeitraum von 2006 bis 2018 ermittelt wurde. Das ermittelte Risiko durch Bodenverflüssigung wird mit Risiken des Alltags verglichen. Darauf aufbauend wird ein Grenzrisiko vorgeschlagen. Die Ergebnisse werden interpretiert und es wird eine Empfehlung abgegeben, wie mit dem ermittelten Risiko umgegangen werden kann. / In the Lusatian lignite mining area, a large number of opencast lignite mines were closed down and recultivated. In the loosely stored tips, which mainly consist of sandy soil, a considerable number of soil liquefaction events have occurred in the course of the groundwater rise since approx. 2006. These represent a hazard to persons and therefore led to the closure of the tipping areas. The aim of the work was to determine the risk of personal injury caused by soil liquefaction events on inner tips of the Lusatian brown coal mining area. The results provide an opportunity to plan actions to improve safety on the dump and thus achieve better social acceptance. The paper uses examples to illustrate how the degree of risk to people posed by different processes can be determined and represented. The simple physical and empirical correlations form the basis for determining the risk which takes into account the probability of occurrence and the extent of damage of a soil liquefaction event. The process of spontaneous soil liquefaction on tips is described. It is worked out that the effects of a soil liquefaction event depend essentially on the shape of the terrain surface and the position of the groundwater level relative to the terrain surface. For the terrain morphology, the significance number is used as a parameter in order to establish an empirical dependence of the effects of a soil liquefaction event together with the groundwater level. With these results, a hazard map is derived on the basis of a digital terrain model and a groundwater model. By spatial evaluation of the hazard map and an assumed number of persons based on the planned use of the tips, the collective risk of personal injury is calculated. The calculation also includes the probability of soil liquefaction events occurring, which was determined on the basis of evaluations of digital terrain models in the period from 2006 to 2018. The calculated risk from soil liquefaction is compared with everyday risks. Based on this, a limiting risk is proposed. The results are interpreted and a recommendation is given on how to deal with the identified risk.

Für gemischtkörnige Böden existieren momentan keine eigenen Klassifikationskennwerte zur Beschreibung des Zustands. Die Verfahren zur Zustandsbeschreibung fein- bzw. grobkörniger Böden sind dafür nicht uneingeschränkt nutzbar. Die vorgelegte Arbeit stellt als Lösung ein Konzept für eine allgemeingül-tige Zustandsbeschreibung von Böden auf Basis eines neu entwickelten Bodenzustandsindex vor. Grundlage dafür ist die Aufteilung der Korngrößen des gemischtkörnigen Bodens in Grob- und Feinkorn. Entsprechend der Anteile wird unterschieden in vom Grob- oder vom Feinkorn dominierte Bereiche. Die Abgrenzung erfolgt über einen neuen Kennwert, den Grenzfeinkornanteil. Der eingeführte Bodenzustandsindex ermöglicht zum einen die Quantifizierung des Zustands in Anlehnung an Lagerungsdichte und Konsistenz, und zum anderen wird eine einheitliche sprachliche Zuordnung von Bereichen der Festigkeit vorgeschlagen. Mit diesen Grundlagen wurden Verfahren zur näherungsweisen Angabe von bodenmechanischen Kennwerten der Verdichtung, Zusammendrückbarkeit, Scherfestigkeit und Wasserdurchlässigkeit gemischtkörniger Böden entwickelt. Die abgeleiteten Näherungsverfahren ermöglichen sowohl die Abschätzung der Kennwerte in Abhängigkeit vom Feinkornanteil als auch in Abhängigkeit vom Zustand. Die Qualität der entwickelten Näherungen wird durch die Überprüfung mit eigenen experimentellen Daten und publizierten Ergebnissen aufgezeigt.:1 Einführung - Gegenstand der Arbeit 2 Bautechnische Relevanz gemischtkörniger Böden 3 Klassifizierung und Grenzen der Zustandsbeschreibung 4 Näherungsverfahren für fein- und grobkörnige Böden 5 Allgemeines Konzept zustandsabhängiger Kennwerte gemischtkörniger Böden 6 Modellvalidierung anhand eigener und publizierter Versuchsergebnisse 7 Zusammenfassung und Ausblick

Um die Anwendung der Methode der experimentellen Tragsicherheitsbewertung auch für Bauteile zu ermöglichen, die eine Gefährdung eines gering duktilen Versagens, wie des Biegeschubversagens, aufweisen, wurden diese Versagensform und ihre messtechnisch erfassbare Vorankündigung ausführlich analysiert. Bisher waren solche sprödbruch-gefährdeten Bauteile von einer experimentellen Untersuchung ausgeschlossen, weil keine geeigneten Kriterien zur sicheren Bestimmung der Versuchsgrenzlast existierten. Diese Wissenslücke wurde in dieser Arbeit geschlossen und Indikatoren bzw. Kriterien entwickelt, die eine sichere Bestimmung der maximal zulässigen Beanspruchung während eines Belastungsversuches an einem schubbeanspruchten und sprödbruchgefährdeten Bauteil ermöglichen. In der Arbeit wurde ein zweigeteilter Ansatz verfolgt, bei dem zunächst durch theoretische Überlegungen die Gefahr eines spröden Schubversagens beurteilt werden kann. Dazu wurden die geschichtliche Entwicklung der Schubbemessung analysiert und eine Bewertung sowie ein Vergleich der verschiedenen Bemessungsregeln durchgeführt. Damit und aus der Analyse der maßgeblichen Einflussfaktoren auf das Schubtragverhalten von Stahlbetonbauteilen, konnten Randbedingungen formuliert werden, für die ein Schubversagen bereits im Vorfeld einer experimentellen Untersuchung ausgeschlossen werden kann. Ist es trotzdem notwendig, die Schubtragsicherheit eines Stahlbetonbauteiles experimentell nachzuweisen, können die in dieser Arbeit formulierten Kriterien zur Beurteilung des Tragzustandes verwendet werden. Um die theoretisch entwickelten Indikatoren zu praxistauglichen Kriterien hocharbeiten zu können, wurden experimentelle Untersuchungen an Stahlbetonbalken ohne und mit geringer Schubbewehrung durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass für die Beurteilung des Schubtragverhaltens vor allem die schräge Rissentstehung und entwicklung maßgeblich sind. Um den kritischen Rissbildungszustand beurteilen zu können, wurde zwischen lokaler und globaler Schubschädigung unterschieden. Für die messtechnische Wahrnehmung bzw. Erfassung der schrägen Rissentwicklung wurden herkömmliche Verformungsmesstechniken wie Induktive Wegaufnehmer und Dehnungs-messungsstreifen mit der Nahbereichsphotogrammetrie und der Schallemissionsanalyse kombiniert eingesetzt. In den Versuchen konnte der Übergang vom spröden Versagen infolge Querkraft hin zu duktilem Biegeversagen durch die Veränderung der Schubschlankheit und des Bügelbewehrungsgrades gezeigt werden. Bereits geringe Bügelbewehrungsmengen führten zu einem wesentlich duktileren Verformungsverhalten und einem Versagen, das eine deutliche Vorankündigung zeigt. Aus den durchgeführten theoretischen Überlegungen und experimentellen Untersuchungen wurden Empfehlungen für die Vorgehensweise bei experimentellen Tragsicherheitsbewertungen schubgefährdeter Konstruktionen abgeleitet. / In order to allow the application of loading tests (experimental evaluation of the load bearing safety) for structural members, that are deemed to fail brittle, e. g. in shear compression, this type of failure and its measurable announcement have been studied in detail. Up till today structural members endangered of brittle failures could not be investigated experimentally, because no appropriate criteria for the determination of the ultimate test load existed. This gap in knowledge was closed in this thesis and indicators and criteria were developed, which allow the detection of the maximum allowable load during load testing of shear critical structures with the risk of a brittle failure. In this work a two-step approach is chosen. At first theoretical considerations are presented with which the danger of a brittle shear failure can be evaluated. Therefor the historical development of the shear design was analyzed and an evaluation and comparison of the different shear design rules are given. Therewith and with the analysis of the significant influencing factors on the shear bearing behavior of reinforced concrete members, boundary conditions were proposed for which a shear failure can be excluded in advance of an experimental evaluation of the load bearing safety. However, if it is still necessary to experimentally evaluate the shear bearing safety of a reinforced concrete structural member, the criteria given in this thesis can be utilized for the evaluation of the bearing condition. To develop the theoretically derived indicators up to practical criteria experimental investigations on reinforced concrete beams without and with low shear reinforcement have been carried out. It was shown that the formation and development of inclined cracks are the most significant indicators for a developing shear failure. For the assessment of the critical crack condition a distinction between local and global shear damage was formulated. For the perception and detection of the inclined crack development common deformation measurements as inductive displacement transducers and strain gauges were combined with close-range photogrammetry and acoustic emission analysis. In the experimental investigations the transition from brittle shear failure to ductile bending failure was shown by varying the shear-to-depth-ratio and the amount of shear reinforcement. Already low amounts of shear reinforcement led to a significantly ductile deformation behavior and a failure with a clear advanced notice. With the theoretical considerations and the experimental investigations recommendations for experimental evaluations of the shear bearing safety were derived.

Das Projekt OEKO-ID hat zum Ziel. problematische Bauteilanschlüsse, insbesondere Balkenköpfe von Holzdecken, im Zusammenhang mit "ökologischen" Innendämmsystemen messtechnisch zu untersuchen. Des Weiteren sollen Möglichkeiten und Grenzen der hygrothermischen Simulation aufgezeigt werden. Ferner wurde eine neue Methode molekularbiologischer und baubiologischer Untersuchungen, hier zur Detektierung von Schimmelpilzen, entwickelt und optimiert.:Inhaltsverzeichnis 1 Technisch-wissenschaftliche Beschreibung der Arbeit 4 1.1 Projektabriss 4 2 Testhaus und energetische Sanierung 6 2.1 Literaturrecherche 6 2.2 Auswahl der Dämmsysteme 7 2.3 Planung Versuchsgebäude 8 2.4 Adaptierung Versuchsgebäude 8 2.5 Vorbereitende Arbeiten 2.7 Montage der Dämmsysteme 14 2.8 Baupraktische Erfahrungen im Spiegel des WTA-Merkblatts E-8-14 18 2.9 Beschreibung der verwendeten Dämmsysteme 20 2.10 Bewertung der verwendeten Dämmstoffe bezüglich der Verarbeitung 26 2.11 Vergleich der Dämmsysteme bezüglich OI3- Index 29 2.12 Erfahrungen beim Rückbau und der Entsorgung 31 2.13 Zusammenfassung der Eigenschaften der Dämmsysteme 39 2.14 Reduzierung der Transmissionswärmeverluste durch Innendämmmaßnahmen 41 3 Hygrothermische Materialkennwerte und -funktionen 43 3.1 Materialuntersuchungen 43 3.2 Beprobung . 44 3.3 Messverfahren 45 3.4 Verifizierungsexperimente: kontinuierliche Wasseraufnahme und Abtrocknung 52 3.5 Erstellung von Materialfunktionen 53 3.6 Zusammenfassung der Eigenschaften der Materialien und Innendämmsysteme 62 4 Mikrobiologische Untersuchungen und Methodenentwicklung 67 4.1 Vorgehen 67 4.2 Ergebnisse 75 5 Hygrothermische Vor-Ort-Messungen 81 5.1 Auswertung der Messdaten 81 5.2 Außen- und Raumklima 82 5.3 Temperatur und Luftfeuchte auf der Bestandsoberfläche 94 5.4 Temperatur und Luftfeuchte in der Mitte der Balkentasche 105 5.5 Temperatur und Luftfeuchte vor dem Stirnholz 109 5.6 Holzfeuchtemessungen 115 5.7 Oberflächentemperaturen 121 5.8 Temperatur- und Feuchteprofile an den Balken 125 5.9 Abdichtung der Balkenauflagertaschen 140 5.10 Mögliches Schimmelpilzwachstum in den Balkenauflagern 147 5.11 Konvertieren und Auswerten der Messungen 149 5.12 Resümee der hygrothermischen Messungen 149 6 Hygrothermische Simulationen 152 6 Hygrothermische Simulationen 152 6.1 Verwendete Simulationsprogramme 152 6.2 Temperatur-Korrektur der Holzfeuchtesensoren 154 6.3 Einfluss von Schlagregen 158 6.4 Berücksichtigung der Permeabilität der Baumaterialien 162 6.5 Simulation der Messergebnisse 166 6.6 Simulation der Grenzschicht Dämmsystem/ Bestandskonstruktion 168 6.7 Simulation eines Balkenkopfs 170 7 Dissemination - Darstellung der Verbreitungs- und Verwertungsmaßnahmen 174 7.1 Workshops 174 7.2 Zusammenarbeit mit anderen Projekten 175 7.3 Vorträge auf (Fach-)Tagungen und Konferenzen 175 7.4 Publikationen 178 8 Zusammenfassung 180 8.1 Technologische und ökologische Bewertung der Dämmsysteme 180 8.2 Bestimmung der Materialeigenschaften 181 8.3 Mikrobiologische Untersuchungen und Methodenentwicklung 181 8.4 Hygrothermische Vorortmessungen182 8.5 Hygrothermische Simulationen 183 8.6 Dissemination 184 9 Literaturverzeichnis 185 10 Unterschrift 192 A1 Anhang zum Abschnitt 2 Versuchsaufbau 193 A2 Anhang zum Abschnitt 4 - Mikrobiologische Untersuchungen 194 A3 Abdruck der Publikationen in internationalen wissenschaftlichen Zeitschriften 208 A4 Bauteilkatalog 230 A5 Monatliche Klima-Durchschnittswerte 247

Textile Reinforced Concrete (TRC) with a small thickness, high tensile and compressive strength has been combined with lightweight materials to create sandwich elements. Due to the low strength of the core materials in the sandwich elements, the additional shear connector devices were suggested to improve the load capacity. However, it raised an idea of using a higher strength material core, Expanded Polystyrene Concrete (EPC), without any connector devices to create a new type of lightweight sandwich element, which can be an answer for not only developing lightweight structures but also solving environmental problems. In this thesis, this novel idea was gradually realized with a study on TRC-EPC sandwich beams. Firstly, experimental material tests on EPC showed the possibility to recycle EPS waste for EPC with a density of around 950 kg/m3. Thus, an EPC with a density of 920 kg/m3 and a compressive strength of 5.2 N/mm2 was chosen for the core to realize the concept for TRC-EPC sandwich with 18 experimental beams. Bending tests of six series with shear-to-depth-ratio (a/d) from 1.5 to 5.2 were implemented to study load responses of this type of sandwich beam. The failure moments of all the specimens were smaller than the nominal moment strength of the cross section. The load capacities of the specimens depend strongly on the ratio a/d. The calculations for the shear capacity according to standards as well as shear calculation approaches were implemented. Due to their generalized form, ACI 318-05 and EC2 offer conservative results for a/d<5.2. The dependence of the shear capacity on a/d could be better described with CEB-FIB Model Code 1990. For the beams with 1.5<a/d and a/d<2.1, Strut and Tie Model gave the most suitable results. In case a/d>2.1, ZINK’s model offered better results than the others. Besides, a new proposed equation for the shear capacity of TRC-EPC sandwich beams depending on the a/d was also suggested. In order to model the load response of the six experimental series, FEM models with ATENA developed. The models with and without a consideration of the bond between the textile and fine HSC in the TRC layer underestimated the load capacity with tolerance 26% and 28 % respectively. The tolerances for the deflections in the models with a/d>2.5 were around 22 % and 23%. Finally, an engineering model originally based on sandwich theory was developed to model the load-deflection response of this type of sandwich beams. The model could predict the displacement with tolerances from -24 % to 12 %. The load capacity of TRC-EPC sandwich beams was underestimated with a tolerance in the range of 15- 34 %. / In dieser Arbeit wurde eine neue Sandwichkonstruktion untersucht, für die Textilbeton, ein Werkstoff mit geringer Dicke und gleichzeitig hoher Zug- und Druckfestigkeit, mit leichten Kernmaterialien kombiniert wurde. Aufgrund der geringen Festigkeit der Kernmaterialien werden in vielen Sandwichkonstruktionen zusätzliche Schubverbinder benötigt, um eine ausreichende Tragfähigkeit zu erreichen. Dies führte zu der Idee, Expanded Polystyrene Concrete (EPC) als höherfestes Kernmaterial zu verwenden, das keine zusätzlichen Verbindungsmittel benötigt. Damit entsteht eine neuartige Sandwichkonstruktion, die nicht nur eine Lösung für die Entwicklung neuer leichter Strukturen ist, sondern auch für Umweltprobleme. Diese Idee wurde in dieser Arbeit durch theoretische und experimentelle Untersuchungen an Textilbeton-EPC-Sandwichbalken umgesetzt. Zunächst wurden Materialuntersuchungen an EPC durchgeführt, um nachzuweisen, dass es möglich ist, EPC mit einer Dichte von rund 950 kg/m³ mit recyceltem EPS herzustellen. Für die anschließenden Untersuchungen an 18 Sandwichbalken wurde dann ein EPC mit einer Dichte von 920 kg/m³ und einer Druckfestigkeit von 5,2 N/mm² ausgewählt. In 6 Serien von Sandwichbalken wurden 4-Punkt-Biegeversuche mit Schubschlankheiten von 1,5 bis 5,2 durchgeführt. Die Bruchmomente aller Balken waren geringer als die rechnerische Momententragfähigkeit des Querschnitts und die Tragfähigkeit war stark von der Schubschlankheit abhängig. Es wurden Berechnungen zur Schubtragfähigkeit nach den verschiedenen internationalen Normen durchgeführt. Aufgrund ihrer allgemeingültigen Form ergaben ACI 318-05 und EC2 sehr konservative Ergebnisse für Schubschlankheiten kleiner als 5,2. Die Formulierung des CEB-FIB Model Code 1990 war besser geeignet, die Abhängigkeit der Schubtragfähigkeit von der Schubschlankheit abzubilden. Für die Balken mit Schubschlankheiten a/d=1,5 bis 2,1 brachten Stabwerkmodelle ausreichend gute Ergebnisse. In Fällen mit a/d>2,1 ergab das Modell von Zink die besten Übereinstimmungen. Um die Abhängigkeit der Schubtragfähigkeit von der Schubschlankheit besser erfassen zu können, wurde eine neue Berechnungsgleichung für Textilbeton-EPC-Balken vorgeschlagen. Um das Last-Verformungsverhalten der experimentellen Untersuchungen beschreiben zu können, wurden FEM-Modelle mit der Software ATENA entwickelt. Es wurden verschiedene Modelle untersucht, die den Verbund zwischen dem textilen Gelege und dem Feinbeton unterschiedlich stark berücksichtigten. Die Tragfähigkeit der untersuchten Balken wurde mit den FEM-Modellen um ca. 26% bis 28% unterschätzt. Die Abweichungen in den berechneten Durchbiegungen betrugen für die Balken mit a/d>2,5 ca. 22% bis 23%. Abschließend wurde ein Ingenieurmodell auf Grundlage der Sandwichtheorie entwickelt, mit dem das Last-Verformungsverhalten dieser Sandwichkonstruktion gut beschrieben werden kann. Mit dem Modell ergaben sich Abweichungen von -24% bis +12% zwischen experimentellen und theoretisch ermittelten Verformungen. Die Tragfähigkeit wurde mit einer Abweichung von 15% bis 34% unterschätzt.

Für die anschauliche Darstellung der Ergebnisse mechanischer Untersuchungen von Bauteilbeanspruchungen existieren diverse Visualisierungsformen. Eine solche Visualisierungsform ist die Darstellung von Hauptspannungstrajektorien, vorwiegend der Hauptnormalspannungstrajektorien des Spannungszustandes eines Bauteils. Trajektorienbilder sind im Bereich des Bauingenieurwesens insbesondere im Massivbau nach wie vor von großem Interesse. So werden beispielsweise die in der Stahlbetonnormung fest verankerten Stabwerkmodelle in erster Linie auf der Basis von Hauptspannungstrajektorien entwickelt. Aus diesem Grund gehören Trajektorienbilder heute nicht nur zum akademischen Standardlehrstoff, sondern werden auch in wissenschaftlichen Veröffentlichungen gern zur Erläuterung von komplexen Spannungszuständen herangezogen. Unglücklicherweise finden sich in der einschlägigen Fachliteratur und in wissenschaftlichen Arbeiten nicht selten grundlegende Fehldarstellungen. Diese Arbeit stellt einen geeigneten Algorithmus zur korrekten Darstellung von Trajektorienbildern auf der Basis numerisch (beispielsweise mit der Finite-Elemente-Methode) berechneter Spannungslösungen bereit. Anhand von systematischen Untersuchungen zu verschiedenen Bauteilgeometrien und Beanspruchungs-konstellationen konnte eine Reihe von immer wieder zu findenden Fehlinterpretationen von Trajektorienbildern aufgezeigt werden. Die oft angenommene Analogie von Spannungstrajektorien zu Stromlinien von Fluidströmungen im Sinne eines „Kraftflusses“ wurde widerlegt. Das Problem bei herkömmlichen Trajektorienbildern, dass diese nicht imstande sind, Auskunft über die Größe der Spannungen zu geben, führte mitunter zu der bisweilen verbreiteten Annahme, die Verdichtung von Trajektorien in einem Trajektorienbild bedeute eine Spannungskonzentration an entsprechender Stelle. Anhand von Beispielen wird dies eindeutig widerlegt. Zur Vermeidung dieses Fehleindrucks wurde eine neue Darstellungsform eingeführt, die neben den Richtungen auch die Größen der Hauptspannungen anhand eines Farbmaßstabes ablesbar macht. Mithilfe einer variablen Schrittweitensteuerung konnte die Genauigkeit bei der Pfadverfolgung der Trajektorien gegenüber festen Schrittweiten maßgeblich verbessert werden. Geeignete Abbruchkriterien gewährleisten das zuverlässige Auffinden von äußeren sowie innenliegenden Bauteilbegrenzungen und die Detektion geschlossener Trajektorien. Einen wesentlichen Punkt stellen mögliche Singularitäten wie isotrope Punkte, isotrope Grenzen oder isotrope Gebiete dar, in denen die Hauptspannungsrichtungen mithilfe der Lösung des Eigenwertproblems nicht eindeutig ermittelbar sind. Deren Nichtbeachtung ist eine wesentliche Ursache für Fehldarstellungen in der Literatur. Die an solchen Stellen auftretenden Effekte und entstehenden Probleme bei der Ermittlung und Interpretierbarkeit von Trajektorienbildern wurden systematisch analysiert und entsprechende Lösungsvorschläge erarbeitet. Bisher blieb die Verwendung von Trajektorienbildern praktisch auf zweidimensionale Probleme beschränkt. Das Potenzial von Spannungstrajektorien zur Visualisierung dreidimensionaler Spannungszustände war bislang noch unerforscht. Daher wurde das Verfahren zur Berechnung von Spannungstrajektorien auf dreidimensionale Spannungszustände übertragen. Während sich einige Teilbereiche des entwickelten Algorithmus, wie beispielsweise die Schrittweitensteuerung, problemlos unter Hinzuziehung einer weiteren Richtungskomponente für dreidimensionale Probleme erweitern lassen, hat sich gezeigt, dass diese Erweiterung auch diverse Nichttrivialitäten enthält. Bei den aus der Berechnung erhaltenen Trajektorien handelt es sich im dreidimensionalen Fall um räumliche Kurven. Eine wesentliche Erkenntnis aus berechneten dreidimensionalen Trajektorienbildern ist, dass sich diese Raumkurven im Unterschied zum ebenen Fall in der Regel nicht schneiden und somit keine Maschen zwischen den Trajektorien wie im Zweidimensionalen aufspannen. Eine noch verbleibende Schwierigkeit bei der Anwendung dreidimensionaler Trajektorienbilder besteht in deren interpretierbarer Darstellung. In der vorliegenden Arbeit wurden hierzu einige Vorschläge erarbeitet sowie deren Anwendbarkeit getestet und bewertet. Um die Möglichkeit der eigenständigen Berechnung von Trajektorienbildern einem breiten Nutzerkreis zugänglich zu machen, können aufbauend auf den Erkenntnissen dieser Arbeit leicht bedienbare Softwarelösungen mit grafischer Benutzeroberfläche entwickelt werden. Der Algorithmus zur Trajektorienermittlung wurde mit diesem Ansinnen in allen Details beschrieben. Auf dem Gebiet der Trajektorien dreidimensionaler Spannungszustände hat sich darüber hinaus noch weiterer Forschungsbedarf herausgestellt, hierzu werden in der Arbeit an den entsprechenden Stellen einige Vorschläge zur Weiterentwicklung gemacht. Der entwickelte Algorithmus ermöglicht darüber hinaus auch direkt auch die Ermittlung von Trajektorien materiell oder geometrisch nichtlinearer sowie dynamischer und sonstiger Probleme, sofern der entsprechende Spannungszustand vorliegt. Außerdem kann der Algorithmus prinzipiell auch zur Bestimmung von Hauptschubspannungstrajektorien oder Hauptmomentenlinien angewandt werden. / There are several kinds of visualisation for the illustration of the results of mechanical investigations of structural elements’ load bearing behaviour. The illustration of the stress state via principal stress trajectories, mainly principal normal stress trajectories, is one of them. In the field of civil engineering, trajectory plots are still of notable interest, particularly in solid construction. Thus, the truss models as part of the European engineering standards for steel-reinforced concrete are primarily developed using principal stress trajectories. For this reason, trajectory plots are not only part of the academic subjects taught at university, but they are also used in scientific publications for the illustration of complex stress states. Unfortunately, fundamental misrepresentations are not rare in the relevant literature and scientific works. This work provides a suitable algorithm for accurate trajectory plots based on numerically computed stress solutions (e.g. using the finite element method). By means of systematic investigations of several structural element’s geometries and loading situations, a number of prevalent misinterpretations was identified. The analogy often assumed between stress trajectories and streamlines of fluid flow in terms of “load flow” has been disproved. A property of traditional trajectory plots is not able to indicate the level of stress. Thus, in areas of narrowing trajectories stress concentrations are often assumed. By means of examples this assumption was clearly disproved. To prevent the appearance of such misimpressions, the stress levels are represented using a colour scale known from contour plots. An adaptive incrementation during path tracing allows a significant increase of accuracy compared with uniform incrementation. Suitable stop criteria ensure reliable detection of outer and inner borders as well as closing of trajectories. One important aspect is the appearance of singularities like isotropic points, isotropic borders and isotropic areas, where the principal stress directions in terms of eigenvectors are not unique. Non-observance is one of the main causes of misrepresentations of trajectory plots in literature. The effects due to the appearance of isotropic points and the arising problems for calculation and interpretation of stress trajectories were systematically analysed, and proposals for a solution were made. Up to now, the usage of trajectory plots was limited to two-dimensional problems. The potential of stress trajectories for the visualisation of three-dimensional stress states was still unexplored. Therefore, the algorithm for the calculation of stress trajectories was augmented in three dimensions. Some parts of the two-dimensional algorithm like adaptive incrementation could be directly translated simply considering the third coordinate, whereas the necessary modifications of some parts turned out to be non-trivial. The stress trajectories of three-dimensional stress states prove to be space curves. An essential finding from the calculated three-dimensional trajectory plots was, that three-dimensional trajectories – compared to two-dimensional trajectories – generally do not intersect each other. According to this, three-dimensional trajectories generally do not build meshes. The interpretable display of three-dimensional trajectories is still a difficulty. In this work, the applicability of some methods has been tested and assessed. To enable a large group of users to create stress trajectory plots individually, easily operated software solutions with a graphical user interface should be developed. For this purpose, the developed algorithm for tracing trajectories is described in every detail. In the field of three-dimensional stress trajectories need of further research came to light, which is specified in the corresponding parts of this work. In addition, the developed algorithm allows also the calculation of stress trajectories of geometrical and material non-linear as well as dynamic and other problems, if only the stress state is available. Furthermore, the algorithm can be applied for the calculation of principal shear stress trajectories and principal moment trajectories.

Im Straßenbau sind Tragschichten ohne Bindemittel (ToB) die konstruktive Grundlage des frostsicheren Oberbaus unabhängig von der Bauweise oder der Belastungsklasse. Das mechanische Verformungsverhalten von ToB ist sowohl durch elastische als auch durch plastische Verzerrungen geprägt, wobei die Größe der jeweiligen Dehnungen/Stauchungen u. a. von der Art und Größe der Beanspruchung abhängt. Erschwerend kommt der Einfluss unterschiedlichster, derartige Gemische beeinflussender Randbedingungen hinzu. Verwiesen sei z. B. auf die Materialdichte, den Wassergehalt, Korngrößenverteilungen oder die Kornform. Die thermische Beanspruchung ungebundener Gesteinskorngemische (ofentrockener Zustand) innerhalb des Gebrauchstemperaturbereiches ist für das elastische Materialverhalten als unbedeutende Einflussgröße einzustufen. Dies gilt nicht mehr wenn Wasser im Material vorhanden ist und Temperaturänderungen vom positiven in den negativen °C-Temperaturbereich (oder entgegengesetzt) vorliegen. Die klimatischen Randbedingungen in Deutschland bedingen jedoch sowohl positive als auch negative °C-Temperaturen in den ToB, welche sehr häufig wechseln können. Deshalb ist ein Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit die Untersuchung des elastischen Verformungsverhaltens von Gesteinskorngemischen unter triaxialen Bedingungen und zyklischer Beanspruchung sowie zusätzlicher thermischer Beeinflussung des Materials. Von besonderer Bedeutung hierbei ist die Untersuchung des mechanischen Verformungsverhaltens während des Aggregatzustandswechsels des im Gesteinskorngemisch existenten Wassers von der fluiden in die kristalline Zu-standsform im Zuge der Materialabkühlung bzw. von der kristallinen in die fluide Zustandsform im Zuge der Materialerwärmung. Für die Analyse des spannungsabhängigen Materialverhaltens bei unterschiedlichen Verdichtungsgraden und Wassergehalten sowohl mit als auch ohne zusätzliche thermische Beeinflussung des Materials, stellt die Erarbeitung einer geeigneten Prüfprozedur einen weite-ren essentiell erforderlichen Bearbeitungsschwerpunkt im Rahmen des Untersuchungsprogramms dar. Neben der bekannten Temperaturunabhängigkeit von ToB im positiven °C-Temperaturbereich (Gebrauchstemperaturbereich) kann im Ergebnis der vorliegenden Arbeit festgestellt werden, dass Gleiches gilt wenn das im Gesteinskorngemisch existente Wasser quasi-vollständig kristallisiert ist und dieser Zustand unverändert erhalten bleibt (bzw. eine weitere Abkühlung vorliegt), d. h. die Massenanteile von Wasser in fluider und kristalliner Form als konstant angesehen werden können. Temperaturzustände, welche zwischen den beiden zuvor genannten Sachverhalten eingeordnet werden können (unabhängig davon, ob ein Abkühlungs- oder Erwärmungsprozess vorliegt), beeinflussen das mechanische Verformungsverhalten des Materials infolge des Aggregatzustandswechsels von Was-ser im Gesteinskorngemisch erheblich. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen kann u. a. herausgearbeitet werden das nicht nur ohne sondern auch bei thermischer Beeinflussung der Wassergehalt dominanten Charakter aufweist. Ein steigender Wassergehalt führt bei thermisch unbeeinflusstem Mate-rial zum bekannten Anstieg der elastischen Materialantwort. Bei thermischer Beeinflussung tritt ein gegenteiliges Phänomen auf. Die elastische Dehnung nimmt bei gleichen Beanspru-chungsrandbedingungen und steigendem Wassergehalt (dränierte Bedingungen) erheblich ab und kann mit dem ansteigenden kristallinen Wasseranteil im Gesteinskorngemisch begründet werden. Die Spannungsabhängigkeit des Gesteinskorngemisches, welche für den thermisch unbeeinflussten Zustand bekannt ist, kann hierbei resultierend aus dem vergleichsweise geringen Kristallisationsfortschritt von Wasser zum Betrachtungszeitpunkt auch für den thermisch beeinflussten Zustand zu Beginn der Abkühlphase bzw. am Ende der Erwärmungsphase festgestellt werden. Sowohl bei quasi-vollständigem Durchfrieren als auch bei fortschrei-tender Materialabkühlung und damit steigender kristalliner Wasseranteile im Gesteinskorngemisch kann im Rahmen der festgelegten Prüfbedingungen, der festgelegten Prüfprozedur und der definierten Beanspruchungszustände linear elastisches Materialverhalten unterstellt werden.

This paper describes the format of monitoring data files that are collected for external measuring sites and at laboratory experiments at the Institute for Building Climatology (IBK). The Monitoring Data Files are containers for storing time series or event driven data collected as input for transient heat and moisture transport simulations. Further applications are the documentation of real world behaviour, laboratory experiments or the collection of validation data sets for simulation results ( whole building / energy consumption / HAM ). The article also discusses the application interface towards measurement data verification tools as well as data storage solutions that can be used to archive measurement data files conveniently and efficiently.:1 Introduction 2 File Name Conventions 3 Headers 3.1 Specifics on Time Series Header Files 3.2 Specifics s on Event Driven Header Files 4 Data Section Format Description 5 SI Unit Strings 6 Competition Law Advice 7 Liability for external Links

Klimatische und gesellschaftliche Veränderungsprozesse sind Herausforderungen, die den gegenwärtig zunehmenden Bedarf an Konzepten und Maßnahmen zur Reduzierung hochwasserinduzierter Risiken insbesondere für die gebaute Umwelt unterstreichen. Eine Handlungsalternative bildet die Implementierung konstruktiver Maßnahmen des hochwasserangepassten Bauens, die zu einer Minderung der Schadensanfälligkeit bestehender Gebäude führen. Derzeit fehlen jedoch Verfahren, um die Effekte derartiger Maßnahmen zu beurteilen. Die vorliegende Dissertationsschrift beleuchtet in einer Experimentalstudie zunächst das Systemverhalten gefügter Außenwandkonstruktionen bei definierten Hochwasserbeanspruchungen. Zu den Zielen der Experimentalstudie gehören die Analyse der konstruktionsspezifischen Feuchteverteilung bei mehrtägiger, ein- und zweiseitiger Wasserbeanspruchung sowie die Untersuchung der Wasserdurchlässigkeit. Zu den üblichen Außenwandkonstruktionen, welche durch ihre signifikante räumliche Verbreitung und häufige Ausführung geprägt sind, zählen sowohl ein- als auch mehrschalige Mauerwerkskonstruktionen aus überwiegend mineralischen Baustoffen. Das Versuchsprogramm umfasst acht Schichtenfolgen üblicher Mauerwerkskonstruktionen, die den allgemein anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Darauf aufbauend steht die Untersuchung der Wirkungszusammenhänge zwischen dem dokumentierten Feuchteverhalten und dessen nachteiligen Folgen im Mittelpunkt. Die anschließende systematische Ermittlung und Beurteilung der Schadensanfälligkeit bestehender Mauerwerkskonstruktionen basiert auf der Nutzwertmethode, welche die nachteiligen Veränderungen der Eigenschaftswerte anhand von insgesamt elf identifizierten Kriterien bewertet. Auf der Basis der Labor- und Bewertungsergebnisse lassen sich für die untersuchten Baukonstruktionen exemplarische Anpassungsoptionen ableiten, die im Hinblick auf die Minderung zukünftiger Hochwasserschäden eine geeignete Konstruktionslösung darstellen. Anhand des verwendeten methodischen Ansatzes kann somit die Wirkung verschiedener baukonstruktiver Maßnahmen, bezogen auf die Verringerung des Risikos, eingeschätzt werden.:1 Einleitung 9 1.1 Herausforderungen 9 1.2 Forschungsfragen 14 1.3 Gliederung der Arbeit 17 2 Stand von Wissenschaft und Praxis 19 2.1 Stand der Forschung 19 2.1.1 Nationale Beiträge 19 2.1.2 Europäische und internationale Beiträge 21 2.1.3 Zusammenfassung der Forschungslage 24 2.2 Stand der nationalen Praxis 26 2.2.1 Management von Hochwasserrisiken 26 2.2.2 Bauvorsorge als Strategie zur Minderung hochwasserinduzierter Schäden an Gebäuden 30 2.2.3 Allgemein anerkannte Regeln der Technik 37 3 Hochwasserangepasste Bauweisen 39 3.1 Überblick 39 3.2 Schadensbilder 40 3.3 Verhalten üblicher Wandbaustoffe bei Hochwassereinwirkung 43 3.3.1 Überblick 43 3.3.2 Natursteine 46 3.3.3 Ziegel und andere keramische Produkte 47 3.3.4 Zement- und kalkgebundene Baustoffe 48 3.3.5 Gipsgebundene Baustoffe 51 3.3.6 Dämmstoffe 51 3.3.7 Holz und Holzwerkstoffe 52 3.3.8 Metalle und Gläser 53 3.4 Verhalten von Wandkonstruktionen bei Überflutung 53 4 Vorgehensweise 61 4.1 Methodisches Gesamtkonzept 61 4.2 Verfahren zur Analyse des Feuchteverhaltens 62 4.2.1 Überblick 62 4.2.2 Numerische Simulationsverfahren 63 4.2.3 Empirische Verfahren 66 4.3 Verfahren zur multikriteriellen Bewertung von Konstruktionslösungen 67 4.3.1 Überblick 67 4.3.2 Nutzwertanalyse 69 4.3.3 Analytisch-hierarchischer Prozess 72 4.3.4 Nutzen-Kosten-Untersuchungen 76 5 Untersuchungsgegenstand 79 5.1 Abgrenzung 79 5.2 Regelquerschnitte üblicher Außenwandkonstruktionen im Wohnungsbau 86 5.2.1 Einschaliges Mauerwerk aus traditionellen Vollziegeln 86 5.2.2 Einschaliges Mauerwerk aus Leichthochlochziegeln 88 5.2.3 Einschaliges Mauerwerk aus Porenbeton-Plansteinen 90 5.2.4 Einschaliges Mauerwerk aus Planhochlochziegeln mit integrierter Wärmedämmung 92 5.2.5 Einschaliges Mauerwerk aus Leichtbeton-Hohlblöcken mit außenliegender Wärmedämmung 94 5.2.6 Einschaliges Mauerwerk aus Hochlochziegeln mit außenliegender Wärmedämmung 96 5.2.7 Einschaliges Mauerwerk aus Hochlochziegeln mit vorgehängter hinterlüfteter Fassade 98 5.2.8 Zweischaliges Sichtmauerwerk aus Kalksandstein mit Kerndämmung 100 6 Labortechnische Analyse des Feuchteverhaltens 103 6.1 Ziele und Beschreibung des Verfahrens 103 6.2 Abgrenzung der betrachteten Einwirkungen 105 6.3 Versuchsanordnung 107 6.4 Versuchsdurchführung 109 6.5 Gravimetrische Feuchtemessung 112 6.6 Feuchteprofile 115 6.7 Wasserdurchlässigkeit 124 6.8 Interpretation der Versuchsergebnisse 126 7 Beurteilung der Schadensanfälligkeit 147 7.1 Ziele und Beschreibung der Verfahren 147 7.2 Kriterien und Indikatoren 148 7.3 Statisch-konstruktive Kriterien 150 7.3.1 Übersicht 150 7.3.2 Druckfestigkeit 152 7.3.3 Querzugfestigkeit | Scherfestigkeit 155 7.3.4 Haftzugfestigkeit | Haftscherfestigkeit 161 7.4 Bauphysikalische Kriterien 167 7.4.1 Übersicht 167 7.4.2 Wasseraufnahmeverhalten 169 7.4.3 Wasserdurchlässigkeit 173 7.4.4 Dimensionsstabilität 175 7.4.5 Wärmeleitfähigkeit 177 7.4.6 Trocknungsverhalten 181 7.5 Kriterien der Bauweise 184 7.5.1 Übersicht 184 7.5.2 Erreichbarkeit und Demontierbarkeit 185 7.6 Dauerhaftigkeit 187 7.6.1 Übersicht 187 7.6.2 Mikrobiell induzierte Korrosion 189 7.6.3 Elektrolytische (Metall-)Korrosion 193 7.7 Bestimmung der Gewichtungsfaktoren 194 7.8 Nutzwertanalyse 196 7.9 Zusammenfassung der Bewertungsergebnisse 205 8 Baukonstruktive Optionen 209 8.1 Optionen für einschaliges Mauerwerk ohne außenliegende Wärmedämmung 209 8.2 Optionen für einschaliges Mauerwerk mit außenliegender Wärmedämmung 212 8.3 Optionen für zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung 218 9 Zusammenfassung und Ausblick 221 9.1 Beantwortung der Forschungsfragen 221 9.2 Ausblick 226 10 Glossar 233 11 Literatur- und Quellenverzeichnis 241 11.1 Monographien und Aufsätze 241 11.2 Normen und Richtlinien 255 11.3 Produktdatenblätter 257 11.4 Bilder 257 Anlage A1 263 Anlage A2 265 Anlage A3 267 Anlage A4 269 Anlage A5 271 Anlage A6 273 Anlage A7 275 Anlage A8 277