Ein zentraler Baustein zur Reduktion von CO2-Emissionen ist der Ausbau der erneuerbaren Energien, insbesondere der Windenergie. Forschungsbedarf besteht dabei bei der ressourceneffizienten Herstellung der Turmstrukturen. Bei Nabenhöhen von über 100 Metern sind Hybridtürme aus vorgespannten Stahlbetonsegmenten die geeignetste Konstruktion. Hierfür ist jedoch eine genaue Kenntnis des Ermüdungsverhaltens von Beton erforderlich. In der Literatur existieren überwiegend Untersuchungen an kleinformatigen zylindrischen Probekörpern, deren Ergebnisse nur bedingt auf die großmaßstäblichen Bauteile übertragen werden können. Im Rahmen dieses Vorhabens wurden daher zum einen Großversuche mit zyklisch biegebeanspruchten, vorgespannten Betonbalken sowie Begleitversuche an zylindrischen Probekörpern und zum anderen numerische Simulationen der Balkenversuche durchgeführt. Das numerische Materialmodell wurde aufbauend auf einem additiven Dehnungsmodell im Finite-Elemente-Programm ANSYS Mechanical in einem iterativen Berechnungsablauf implementiert. Die Betondehnungen setzen sich hierbei aus vier Anteilen zusammen, einem elastischen, einem plastischen, einem viskosen und einem Temperaturdehnungsanteil. Somit konnte der kombinierte Einfluss der Anteile auf das Ermüdungsverhalten von Beton dargestellt werden. In den Großversuchen konnte bei den Balkenprobekörpern ein Ermüdungsversagen der Betondruckzone erzeugt werden, das sich an dieser Stelle durch Risse parallel zur Drucknormalspannung sowie teilweises Abplatzen der Betondruckzone, die der größten Spannungsschwingbreite ausgesetzt war, einstellte. Es zeigte sich, dass dies erst nach deutlich mehr Lastwechseln eintrat als bei den axial beanspruchten Betonzylindern in den zyklischen Begleitversuchen mit derselben Spannungsschwingbreite. Dies ist auf die Spannungsumlagerung zurückzuführen, die im Querschnitt aufgrund der ermüdungsbedingten Materialdegradation und Steifigkeitsverringerung der stark beanspruchten Randbereiche stattfand. In den Begleitversuchen wurden die Materialparameter für das numerische Modell ermittelt, mit dem im Anschluss die Balkenversuche nachgerechnet wurden. Es konnten die in den Versuchen beobachteten Effekte der Steifigkeitsdegradation und Spannungsumlagerung und die daraus resultierende Lebensdauerverlängerung nachgebildet werden. Das Modell kann somit für weitergehende Lebensdaueruntersuchungen von ermüdungsbeanspruchten Betonbauteilen verwendet werden.:ABSCHLUSSBERICHT 1 Allgemeine Angaben 2 Zusammenfassung / Summary 3 Wissenschaftlicher Arbeits- und Ergebnisbericht 4 Veröffentlichte Projektergebnisse

Die ökologische Bewertung von Bauteilen stößt in der Praxis auf erhebliche Wissens- und Anwendungsdefizite. Die Komplexität der an Bauteile gestellten Forderungen und die unterschiedlichen Informationsinteressen von Bauherren, Planern und Produzenten erschweren die Entwicklung geeigneter Informations- und Bewertungsmodelle. Eine am IÖR durchgeführte Forschungsarbeit hat die Anwendungsmöglichkeiten der Ökobilanz als Analyse- und Bewertungsinstrument geprüft. Im Rahmen der Arbeit wurden methodische Probleme untersucht und ein Bewertungsansatz für Bauteile entwickelt. Es wird deutlich, dass die Ergebnisse der Ökobilanz für den Planer von Bedeutung sind, dass er als Entscheidungshilfe jedoch einen inhaltlich breiteren Bewertungsansatz benötigt. Es wird vorgeschlagen, die Bilanz von Bauteilen neben den für eine Ökobilanz typischen Umweltwirkungen um funktionsbezogene, technische, gesundheitsorientierte und wirtschaftliche Aspekte zu erweitern. Des Weiteren wird festgestellt, dass die Bilanzierung von Bauteilen vom methodischen Ansatz her stets eine Kombination aus Produkt- und Betriebsbilanz ist, wobei die betriebliche Bilanzierung aufgrund der langen Nutzungsdauer von Bauprodukten stärker in den Vordergrund rücken sollte.:Tabellenverzeichnis................................................................................VI Abbildungsverzeichnis...........................................................................VII Einleitung.................................................................................................1 A Bestimmung eines spezifischen Bilanzansatzes – methodische Untersuchungen zu Bilanzmodellen.........................................................5 1 Stoffstrombetrachtungen und Ökobilanz – Zusammenhänge...............7 1.1 Stoffstrombetrachtungen – Antwort auf das Umdenken in der Umweltpolitik...........................................................................................7 1.2 Stoffstrommanagement – Einordnung der Ökobilanz........................7 2 Unterschiedliche Bilanzmodelle im Rahmen von Stoffstrombetrachtungen – Methodendiskussion..............................................................................11 2.1 Ökobilanzen als Synonym für die Analyse und Bewertung von Stoff- und Energieflüssen......................................................................11 2.2 Unterschiedliche Bilanzmodelle im Rahmen von Stoffstrombetrachtungen.......................................................................12 2.3 Auswertung der dargestellten Modelle............................................22 3 Produkt- und Betriebs-Ökobilanzen – Detailuntersuchungen.............25 3.1 Ökobilanzen – allgemeine Definition................................................25 3.2 Produkt-Ökobilanzen nach ISO-Norm..............................................25 3.2.1 Festlegung des Zieles und des Untersuchungsrahmens..............28 3.2.2 Sachbilanz....................................................................................29 3.2.3 Wirkungsabschätzung..................................................................29 3.2.4 Auswertung..................................................................................30 3.3 Betriebs-Ökobilanzen......................................................................30 3.4 Produkt- und Betriebs-Ökobilanz im Vergleich.................................32 4 Spezifischer Bilanzansatz für Bauteile................................................34 4.1 Betrachtungsgegenstand Bauteil – Besonderheiten.......................34 4.2 Bestimmung eines spezifischen Bilanzansatzes für Bauteile...........35 B Eingrenzung eines spezifischen Bilanzrahmens – methodische Untersuchungen zu Betrachtungsinhalten und -grenzen......................39 1 Problembereiche im Rahmen der Produkt-Ökobilanz..........................41 1.1 Zieldefinition....................................................................................41 1.1.1 Funktionale Äquivalenz.................................................................42 1.1.2 Untersuchungsrahmen.................................................................45 1.2 Sachbilanz.......................................................................................52 1.2.1 Input- und Outputgrößen in der Sachbilanz..................................52 1.2.2 Methodische und datenbezogene Probleme.................................54 2 Spezifik des Bauteiles Außenwand im Kontext planerischer Interessen und Ziele.............................................................................58 2.1 Anforderungen an das Bauteil Außenwand......................................58 2.2 Anforderungen an das Bauen – gesetzliche Bestimmungen, Verordnungen und Vorschriften.............................................................59 2.3 Interessen und Ziele der Akteursgruppe Planer..............................60 2.4 Eingrenzung eines spezifischen Bilanzrahmens für das Bauteil Außenwand............................................................................................65 3 Beschreibung des spezifischen Bilanzrahmens...................................69 3.1 Lebenswegphasen..........................................................................69 3.2 Lebenswegkriterien.........................................................................71 3.2.1 Funktionale Anforderungen..........................................................72 3.2.2 Ökologische Anforderungen..........................................................75 3.2.3 Ökonomische Anforderungen........................................................77 C Bilanzbeispiel – Bauteilbewertung im Test.........................................79 1 Außenwandvergleich auf Grundlage ausgewählter Einzelkriterien.....81 1.1 Unterschiedliche Außenwandkonstruktionen – Aufbau und Mindestanforderungen..........................................................................81 1.2 Außenwandvergleich auf Grundlage unterschiedlicher Einzelkriterien ..............................................................................................................82 1.2.1 Bereich Funktion...........................................................................82 1.2.2 Bereich Gesundheit.......................................................................87 1.2.3 Bereich Stoffe/Energie..................................................................92 1.2.4 Bereich Ökonomie.........................................................................99 2 Außenwandvergleich – komplexe Bewertung...................................101 Zusammenfassung..............................................................................105 Anhang A – Spezifischer Bilanzansatz.................................................107 Anhang B – Spezifischer Bilanzrahmen................................................113 Anhang C – Bilanzbeispiel....................................................................117 Literaturverzeichnis.............................................................................123