The aim of this diploma thesis was the design of three possible variants, how to span the wide and deep valley with a bridge. After an evaluation, situation of the highway on the only wide load-bearing structure which is constituted by a box girder with transverse cantilevers supported by prefabricated bar braces, was chosen as an optimal solving. The load- bearing structure made of post- tensioned concrete is going to be incrementally launched and be supported by one-column pillars along an axis of the motorway. The work is composed of a detailed design of this preferred variant, which is processed according to the ultimate and serviceability limit state including the construction stage analysis of the bridge by the construction technology by an incremental launching method.

På grund av bostadsbristen de senaste åren har byggbranschen varit tvungen att möta den höga efterfrågan på bostäder. Ett sätt att underlätta det tryck som skapats på grund av den höga efterfrågan är att rekonstruera byggnader avsedda för annan användning än bostäder till bostadshus. Ett problem som har uppstått vid ombyggnation av till exempel ett kontorshus som består av spännarmerade pelardäck, är känsligheten för nya hål som krävs för nya installationer som går igenom de efterspända bjälklagen (bestående av betongplattor). Problematiken består av att håltagningar som vanligtvis är lokaliserade nära pelarna måste göras på ett större avstånd från pelaren på grund av de spännkablar som går över och nära plattans pelaranslutning. Efterspända kablar är normalt sett belägna över plattans pelaranslutning enligt dagens dimensioneringsnormer för att bidra till plattornas genomstansningskapacitet.I detta examensarbete undersöktes det om det finns vetenskapligt stöd för att flytta kablarna till en längre distans från pelaren (än vad normerna rekommenderar) med hänsyn till genomstansningskapaciteten, och därmed förenkla vid en potentiell ombyggnation.Huvudsyftet med arbetet var att med hjälp av en litteraturstudie samt beräkningar jämföra ett experiment som utförts av Ghassem Hassanzadeh och Håkan Sundquist vid KTH 1997- 1998 (som visade att kablar på ett längre avstånd från pelaren ger ett visst bidrag till betongplattans genomstansningskapacitet) med dagens normer samt nyare studier. Dagens dimensioneringsnormer inkluderar inte bidraget till kapaciteten när spännkablarna placeras utanför det så kallade grundkontrollsnittet (området som undersöks vid dimensionering enligt normerna).Ett annat syfte med detta examensarbete var att studera och uppdatera de beräknade resultaten (enligt dåtidens normer) från studien. Denna rapport uppdaterar studien genom att undersöka rådande normernas beräknade resultat samt jämföra med liknande tester från andra forskare. Dimensioneringsnormerna som undersöktes var Eurokod 2, ACI 318 och MC2010Som del av litteraturstudien redovisas även en liknande försökserie från Portugal av A. Pinho Ramos, Valter J.G. Lúcio & Duarte M.V Faria samt en sammanställning av olika försök som genomfördes i Schweiz av Clément T, Ramos A.P, Fernández Ruiz M, Muttoni A. Sammanställning i Schweiz beräknade genomstansningskapaciteten för 74 olika plattor där plattorna från försöket vid KTH finns med. Den här studien tyder på att dagens dimensioneringsnormer har en säkerhetsmarginal vid approximationer (vid både normalfall och vid flytt av kablar), men att det fortfarande saknas tillräckliga belägg för att rättfärdiga en flytt av spännkablar.Rapporten är skriven för CBI Betonginstitutet där G. Hassanzadeh har varit handledare.

[ES] A lo largo de los años, numerosos materiales de construcción han sido objeto de experimentación y mejoras tecnológicas para cumplir con sus propósitos previstos y mantenerse competitivos en la industria de la construcción. En una era marcada por crecientes preocupaciones sobre el cambio climático, la selección de materiales de construcción con bajo impacto de carbono es fundamental. Sin embargo, materiales locales como la tierra carecen de los avances técnicos y la integridad estructural necesarios para lograr una adopción generalizada entre arquitectos y la sociedad. Si bien los materiales a base de tierra ofrecen beneficios ambientales innegables, como baja energía incorporada y emisiones de carbono, persisten dudas sobre su rendimiento técnico y su fiabilidad estructural. Los arquitectos y constructores a menudo prefieren opciones convencionales percibidas como más fiables. La tesis busca explorar las posibilidades arquitectónicas de los materiales de tierra, examinando formas de integrarlos en varios elementos arquitectónicos y proponiendo enfoques de diseño innovadores, como estructuras postensadas, para mejorar su usabilidad y ampliar sus aplicaciones. El objetivo es capitalizar las cualidades únicas de los materiales terrosos y desafiar la noción predominante de ellos como formas estandarizadas y planas, abordando las preocupaciones de viabilidad. La metodología de investigación emplea un método mixto concurrente, que combina datos experimentales con observaciones del comportamiento del material para derivar resultados. A través de un proceso de experimentación de tres fases, se prueban rigurosamente variables como materiales de moldeo, mezclas de tierra y estructuras postensadas. El diseño iterativo y las pruebas meticulosas refinan las técnicas de fabricación, asegurando la solidez del diseño de investigación. En resumen, esta tesis avanza significativamente los materiales de construcción contemporáneos y la ingeniería arquitectónica. A través de la innovación y la colaboración interdisciplinaria, facilita la creación de estructuras funcionales y estéticamente agradables que se integran perfectamente con su entorno, al tiempo que empujan los límites de los paradigmas de diseño convencionales. / [CA] Al llarg dels anys, nombrosos materials de construcció han sigut objecte d'experimentació i millores tecnològiques per a complir amb els seus propòsits previstos i mantindre's competitius en la indústria de la construcció. En una era marcada per creixents preocupacions sobre el canvi climàtic, la selecció de materials de construcció amb baix impacte de carboni és fonamental. No obstant això, materials locals com la terra manquen dels avanços tècnics i la integritat estructural necessàries per a aconseguir una adopció generalitzada entre arquitectes i la societat. Encara que els materials a base de terra ofereixen beneficis ambientals innegables, com baixa energia incorporada i emissions de carboni, persisteixen dubtes sobre el seu rendiment tècnic i la seua fiabilitat estructural. Els arquitectes i constructors sovint prefereixen opcions convencionals percebudes com més fiables. La tesi busca explorar les possibilitats arquitectòniques dels materials de terra, examinant maneres d'integrar-los en diversos elements arquitectònics i proposant enfocaments de disseny innovadors, com ara estructures postensades, per a millorar la seua usabilitat i ampliar les seues aplicacions. L'objectiu és capitalitzar les qualitats úniques dels materials terris i desafiar la noció predominant d'ells com a formes estandarditzades i planes, abordant les preocupacions de viabilitat. La metodologia de recerca empra un mètode mixt concurrent, que combina dades experimentals amb observacions del comportament del material per a derivar resultats. A través d'un procés d'experimentació de tres fases, es proven rigorosament variables com ara materials de motlleig, mesclades de terra i estructures postensades. El disseny iteratiu i les proves meticuloses refinen les tècniques de fabricació, assegurant la solidesa del disseny de recerca. En resum, aquesta tesi avança significativament els materials de construcció contemporanis i l'enginyeria arquitectònica. A través de la innovació i la col·laboració interdisciplinària, facilita la creació d'estructures funcionals i estèticament agradables que s'integren perfectament amb el seu entorn, alhora que impulsen els límits dels paradigmes de disseny convencionals. / [EN] Over the years, numerous building materials have undergone experimentation and technological enhancements to meet their intended purposes and remain competitive in the construction industry. In an era marked by escalating climate change concerns, the selection of low-carbon footprint building materials is paramount. However, local materials like earth lack the necessary technical advancements and structural integrity to garner widespread adoption among architects and society. While earth-based materials offer undeniable environmental benefits, including low embodied energy and carbon emissions, doubts persist regarding their technical performance and structural reliability. Architects and builders often prefer conventional options perceived as more dependable. The thesis seeks to explore the architectural possibilities of earthen materials, examining ways to integrate them into various architectural elements and proposing innovative design approaches, such as post-tensioned structures, to enhance their usability and broaden their applications. The objective is to capitalize on the unique qualities of earth materials and challenge the prevailing notion of them as standardized, flat forms while addressing feasibility concerns. The research methodology employs a concurrent mixed method, combining experimental data with observations of material behavior to derive outcomes. Through a three-phase experimentation process, variables such as mold materials, earth mixtures, and post-tensioned structures are rigorously tested. Iterative design and meticulous testing refine fabrication techniques, ensuring the robustness of the research design. In summary, this thesis significantly advances contemporary building materials and architectural engineering. Through innovation and interdisciplinary collaboration, it facilitates the creation of functional, aesthetically pleasing structures that seamlessly integrate with their environment while pushing the boundaries of conventional design paradigms. / Maher, JSL. (2024). Tectonic Potentials of Earthen Materials: Post-Tensioned Structures [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207011

The Diploma’s thesis is focused on the design of selected parts of reinforced concrete exhibition hall (prestressed concrete purlin, prestressed concrete girder, reinforced concrete column, reinforced concrete footing, post-tensioned concrete girders). The load calculation (the self weight, the permanent load, the wind load, the snow load and imposed load), the design and the review of selected reinforced concrete items and the drawing documentation are included in this thesis.

The matter of this thesis is static design and examination of prestressed storage tank to 50000 tons of sugar. Computational model of the steel roof structure is processed and its effect on the silos. Loads is provided of sugar. Optimal design is performed and assessment ultimate and serviceability limit state reinforced concrete and prestressing horizontal silo wall including local load. Next, it is performed the design of a reinforced concrete of the plane bed and column and assessment at the ultimate limit state. The thesis is also drawing documentation, technical report and visualization of construction process. The aim of this work is to the design of the main components based on the required storage capacity tank, mechanical properties of the stored material and technical amenities.

[ES] Las láminas de hormigón armado utilizan principalmente su forma como meca-nismo resistente. Son estructuras extremadamente eficientes y bellas. El desarrollo de este tipo de estructuras se inicia en torno a los años 20 del siglo XX alcanzando su esplendor cuantitativo y cualitativo en torno a los años 50 y 60. Su ocaso les llega en las décadas siguiente, fundamentalmente por motivos económicos. Su breve período de existencia hace que los ejemplos que tenemos de esta tipología sean muy limitados. Por cuestiones relativas a la durabilidad del hormigón armado, la protección de este singular patrimonio arquitectónico resulta necesaria y urgente, de modo especial en la Comunitat Valenciana (España) con un clima costero con cloruros agresivos para las estructuras de hormigón, especialmente para aquellas de escaso espesor y por lo tanto reducido recubrimiento del armado. El presente estudio pretende la caracterización histórica, constructiva y estructural de las estructuras laminares de hormigón armado en la Comunitat Valenciana. Para ello se ha realizado una labor previa de localización y documentación de die-cisiete estructuras para su completa catalogación. El objetivo final es la divulgación y puesta en valor, de esta tipología estructural en la Comunitat Valenciana con la esperanza de que administraciones y propietarios emprendan acciones para su conservación, rehabilitación y protección. Con su puesta en común podemos estudiar los distintos tipos de subcategorías de esta tipología, sus características comunes y diferenciadoras, el contexto histórico de su aparición, la evolución de su tecnología constructiva a lo largo de la historia, comparar los problemas que han afrontado en las fases de proyecto y ejecución o las lesiones que han sufrido a lo largo de su vida útil de cara a la prevención necesaria para una adecuada conservación. En la segunda parte de este trabajo, basada en tres artículos publicados, se estudia en detalle de la iglesia de San Nicolás del Grao de Gandía (España), de modo que sirva como primer paso para posteriores estudios en profundidad de los otros ejemplos de láminas en la Comunitat Valenciana. La iglesia de San Nicolás de Gandía (1962) es la obra póstuma del prestigioso ingeniero Eduardo Torroja Miret (1899-1961) en colaboración con el arquitecto Gonzalo Echegaray Comba y el ingeniero Jaime Nadal Aixalá. Torroja, fue pionero en el uso del hormigón pretensado, utilizándolo de modo variado e ingenioso en muchas de sus obras. Esta tecnología le permitió conseguir el estado tensional adecuado en el hormigón a la vez que garantizar su estanqueidad. Su intuición y experiencia le llevaron a asesorar en el desarrollo del método de tesado y anclaje patentado como "Método Barredo". La estructura de la iglesia de San Nicolás consiste en dos láminas plegadas de hormigón armado apoyadas en los pórticos testeros del edificio. Se trata de una solución innovadora, para salvar una luz de 29 m. El comportamiento de las láminas fue mejorado mediante una serie de costillas de rigidización y un sistema de tendones postesados que permitió minimizar los efectos de flexión esviada derivados de la sección asimétrica de dichas láminas. Los valores obtenidos de dos modelos informáticos de elementos finitos muestran una buena correspondencia con los cálculos realizados a manos por el ingeniero, reafirmando su excelente intuición estructural. Los resultados ayudan a comprender el funcionamiento de esta ingeniosa y compleja estructura. En 1996 se realizó un estudio detallado de la patología constructivas presentes en la iglesia, especialmente fisuras y desprendimiento del recubrimiento de hormigón por corrosión de las armaduras. Se describen también las lesiones presentes en el edificio y el proyecto y obras de rehabilitación que comenzaron en el año 2001 y culminaron en el año 2012, 50 aniversario de la iglesia. / [CA] Les làmines de formigó armat utilitzen principalment la seva forma com a mecanisme resistent. Són estructures extremadament eficients i belles. El desenvolupament d'aquest tipus d'estructures s'inicia al voltant dels anys 20 de segle XX aconseguint els seus any daurats quantitatius i qualitatius al voltant dels anys 50 i 60. El seu ocàs comença a la dècada següent, fonamentalment per motius econòmics. El seu breu període d'existència, és causa de que els exemples que tenim d'aquesta tipologia siguin molt limitats. Per qüestions relatives a la durabilitat del formigó armat, la protecció d'aquest singular patrimoni arquitectònic resulta necessària i urgent, de manera especial a la Comunitat Valenciana (Espanya) amb un clima de costa amb clorurs agressius per a les estructures de formigó, especialment per a aquelles d'escàs gruix i per tant reduït recobriment de l'armat. El present estudi pretén la caracterització històrica, constructiva i estructural de les estructures laminars de formigó armat a la Comunitat Valenciana. Per a això s'ha realitzat una tasca prèvia de localització i documentació de disset estructures per a la seva completa catalogació. L'objectiu final és la divulgació i posada en valor, d'aquesta tipologia estructural a la Comunitat Valenciana amb la esperança que administracions i propietaris emprenguin accions per a la seva conservació, rehabilitació i protecció. Amb la seva posada en comú podem estudiar els diferents tipus de subcategories d'aquesta tipologia, les seves característiques comunes i diferenciadores, el context històric de la seva aparició, l'evolució de la seva tecnologia constructiva al llarg de la història, comparar els problemes que han afrontat en les fases de projecte i execució o les lesions que han patit al llarg de la seva vida útil de cara a la prevenció necessària per a una adequada conservació. A la segona part d'aquest treball, basada en tres articles publicats, s'estudia en detall de l'església de Sant Nicolau del Grau de Gandia (Espanya), de manera que serveixi com a primer pas per a posteriors estudis en profunditat dels altres exemples de làmines a la Comunitat Valenciana. L'església de Sant Nicolau de Gandia (1962) és l'obra pòstuma de el prestigiós enginyer Eduardo Torroja Miret (1899-1961) en col·laboració amb l'arquitecte Gonzalo Echegaray Comba i l'enginyer Jaime Nadal Aixalá. Torroja, va ser pioner en l'ús del formigó pretesat, utilitzant-lo de manera variada i enginyosa en moltes de les seves obres. Aquesta tecnologia li va permetre aconseguir l'estat tensional adequat en el formigó a l'hora que garantir la seva estanquitat. La seva intuïció i experiència van portar a assessorar en el desenvolupament del mètode de tesat i ancoratge patentat com "Mètode Barredo". L'estructura de l'església de Sant Nicolau consisteix en dues làmines plegades de formigó armat recolzades en els pòrtics extrems de l'edifici. Es tracta d'una solució innovadora, per salvar una llum de 29 m. El comportament de les làmines és millorat mitjançant una sèrie de costelles de rigidització i un sistema de tendons posttesats que va permetre minimitzar els efectes de flexió esviada derivats de la secció asimètrica d'aquestes làmines. Els valors obtinguts de dos models informàtics d'elements finits mostren una bona correspondència amb els càlculs realitzats a mà per l'enginyer, reafirmant la seva excel·lent intuïció estructural. Els resultats ajuden a comprendre el funcionament d'aquesta enginyosa i complexa estructura. El 1996 es va realitzar un estudi detallat de les patologies constructives presents a l'església, especialment fissures i despreniment de el recobriment de formigó per corrosió de les armadures. Es descriuen també les lesions presents a l'edifici i el projecte i obres de rehabilitació que van començar l'any 2001 i van culminar en l'any 2012, 50 aniversari de l'església. / [EN] Shell concrete structures mainly use their shape as a resistant mechanism. They are extremely efficient and beautiful structures. The development of this type of structures began around the 20s of the 20th century, reaching its quantitative and qualitative golden years around the 50s and 60s. Its decline came in the following decades, mainly for economic reasons. The examples we have of this typology are very few because its short period of existence . The protection of this unique architectural heritage is necessary and urgent, especially in the Valencian Region (Spain) because durability of reinforced concrete in a coast environment with chlorides floating in the air attacking reinforced concrete structures, especially for those of fewer thickness and reduced coating of the reinforcement. The present study aims at the historical, constructive and structural characterization of the reinforced concrete shell structures in Valencian Region. At this point, a preliminary task of locating and documenting seventeen structures has been carried out for their complete cataloging. The final objective is the dissemination and enhancement of this structural typology in the Valencian Region with the hope that administrations and owners will undertake actions for its conservation, rehabilitation and protection. In the catalogue are exposed the different types of subcategories of this typology, their common and different characteristics, their birth historical context, the evolution of their construction technology throughout history, compare the problems they have faced in the design and execution phases or the injuries that they have suffered throughout their useful life with a view to the prevention necessary for proper conservation. In the second part of this work, based on three published articles, the church of San Nicolás del Grao in Gandía (Spain) is studied in detail, so that it serves as a first step for later in-depth studies of the other examples of shells in Valencian Region. The church of San Nicolás de Gandía (1962) is the last work of famous engineer Eduardo Torroja Miret (1899-1961) in collaboration with architect Gonzalo Echegaray Comba and engineer Jaime Nadal Aixalá. Torroja, was a pioneer in the use of prestressed concrete, using it in diferent and ingenious ways in many of his works. This technology allowed it to achieve the desired tension state in the concrete while its tightness is guaranteed. His intuition and experience led him to advise on the development of the patented tensioning and anchoring method "Barredo Method". San Nicolás' Curch's structure consists of two folded plates of reinforced concrete supported on the extreme concrete frames of the building. It is an innovative solution for a span of 29 m. The behavior of the plates was improved by means of a series of stiffening ribs and a post-tensioned tendon system that made it possible to minimize the effects of skewed bending produced by the asymmetric section the plates. The values obtained from two finite element computer models show a good correspondence with the calculations carried out by the engineer, reaffirming his excellent structural intuition. The results help to understand how this ingenious and complex structure works. In 1996 a detailed study of the construction pathologies present in the church was carried out. cracks and detachment of the concrete coating due to corrosion of the steel reinforcements, were specially studied. The project and rehabilitation works that began in 2001 and culminated in 2012, the 50th anniversary of the church, are also described. / Arnau Paltor, FA. (2021). Estudio y caracterización de las estructuras laminares de hormigón armado en la Comunitat Valenciana [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/174526

The thesis is focused on the preparation of realization the multipurpose building Brno - Klíčova. The content of this the thesis is study of construction technology followed by the construction technology project. The aim of the thesis is to identify the sources of the time, money, workers and materials of the building and then select the appropriate process of realization.

Glas und Beton sind sich in wesentlichen Materialeigenschaften ähnlich: Beide zeigen gegenüber einer hohen Druckfestigkeit eine vergleichsweise geringe Zugfestigkeit und versagen spröde. Diese Analogie führte zur Entwicklung bewehrter Glasträger, die sich durch eine aufgeklebte Stahllasche an ihrer Biegezugkante auszeichnen. Dadurch wurden die Übertragung von Zugkräften auch im Rissfall möglich, sodass ein duktiles Bauteilverhalten erreicht und der im Konstruktiven Glasbau notwendige Nachweis der Resttragfähigkeit erfüllt wird. Glasträger mit verbundlos vorgespannter Bewehrung – Spannglasträger – stellen die Fortführung dieses Analogiegedankens dar. Neben einer gezielten Steigerung der Erstrisslast, können die Träger planmäßig überhöht werden. Damit wird einer bisher üblichen Überdimensionierung mit der Anordnung nicht ausgenutzter „Opferscheiben“ entgegen gewirkt und sichere sowie materialeffiziente Konstruktionen mit maximaler Transparenz ermöglicht. Diese Konstruktionsweise wurde bislang ausschließlich für einzelne Sondierungsuntersuchungen in breiter Variantenvielfalt genutzt. Eine Systematik und einheitliche Bezeichnungsweise ist nicht vorhanden. Darüber hinaus beschränken sich verfügbare Ergebnisse auf die Beschreibung der Tragfähigkeit, ohne die Resttragfähigkeit explizit zu belegen oder die Dauerhaftigkeit nachzuweisen. Mit dieser Arbeit wurde anhand einer Analogiebetrachtung zum Eurocode 2 eine Bezeichnungsweise für bewehrte und vorgespannte Glasträger entwickelt und für vorhandene Konstruktionen erfolgreich angewendet. Darin zeigt sich, dass der Stand der Technik auf diese Weise charakterisierbar ist. Zusätzlich wird die These aufgestellt, dass sich das Tragverhalten von Spannglasträgern wie im Stahlbeton- und Spannbetonbau beschreiben und die auftretenden Spannkraftverluste analog berechnen lassen. Diese These wird mithilfe experimenteller Studien als Kern dieser Arbeit untersucht und durch eine ergänzende numerische Modellierung bestätigt. Zunächst wird das Tragverhalten im Kurzzeit-Biegeversuch an 15 Prüfkörpern unter variierten Bewehrungsgraden und Vorspannkräften untersucht. Dabei zeigen sich gesteigerte Erstrisslasten sowie ein sicheres Verhalten im Anschluss an die Belastung. Durch die Vorspannung wird das Tragverhalten gezielt beeinflusst. Zusätzlich erbringt eine zerstörungsfreie Untersuchungsreihe an 28 Prüfkörpern unter konstanter Gebrauchslast über 1000 Stunden erstmals eine Beschreibung der auftretenden Spannkraftverluste. Diese sind maßgeblich von der horizontalen Durchbiegung sowie der daraus resultierenden Belastung der Zwischenschicht im Verbund-Sicherheitsglas abhängig. Aus der Größenordnung der Verluste lässt sich schlussfolgern, dass eine Begrenzung dieses Verformungsanteils sowie eine konstruktive Entlastung der Zwischenschicht notwendig sind. Zudem wird die Änderung der Vorspannkraft unter einer Temperaturlast beschrieben. Im Ergebnis zeigt sich, dass dieser Lastfall mittels der linearen Balkentheorie beschreibbar und der damit assoziierte Spannkraftverlust berechenbar ist. Die Resttragfähigkeit von 24 Spannglasträgern wird mithilfe eines eigens entwickelten Prüfverfahrens bestätigt. Während die Bewehrung einerseits eine Überbrückung von Rissflanken ermöglicht, verursacht die Vorspannkraft andererseits im teilzerstörten Tragsystem bisweilen ein frühzeitiges Versagen. Daher wird empfohlen, die baukonstruktive Detailentwicklung zu intensivieren, um einen größeren Sicherheitsvorteil aus der Konstruktionsweise zu generieren. Die Arbeit beinhaltet erstmals eine systematische Datensammlung zum Tragverhalten von Spannglasträgern. Es zeigt sich, dass auf eine Anordnung von „Opferscheiben“ zugunsten einer steigenden Materialeffizienz nicht nur verzichtet werden kann, sondern im Sinne eines effektiven Tragverhaltens verzichtet werden muss. Mit der vorgeschlagenen Bezeichnungsweise, den abgeleiteten konstruktiven Maßnahmen sowie den gezeigten Untersuchungsmethoden besteht nunmehr die Möglichkeit, sichere und dauerhafte Spannglasträger zu entwerfen und deren Trageffizienz zu belegen. / Glass and concrete share essential material characteristics: Their compressive strength exceeds their tensile strength considerably and both of them fail in a brittle manner. This analogy led to the development of reinforced glass beams, which are improved by means of adhesively bonded steel sections in the tensile zone. This improvement allowed for a direct transfer of tensile loads in a post-breakage state and resulted in a ductile structural element, which met the special demand of structural glass for a sufficient residual loadbearing capacity. Glass beams with unbonded, post-tensioned reinforcement – Spannglass Beams – carry this analogy concept on. The members will comprise an increased initial fracture strength and may be uplifted intentionally. This development has rendered the need for over-dimensioning by removing unnecessary sacrificial layers, which will result in a material efficient structure and will maximise transparency. Solely single exploratory investigations have used this idea in a wide variety of options so far. There is neither a uniform classification nor a consistent nomenclature. Furthermore, available results are limited to the concise description of the short-term load-bearing properties without proving the residual load-bearing capacity explicitly and confirming longterm durability. This thesis describes the development and the application of a nomenclature for reinforced and pre-compressed glass beams in an analogy study according to Eurocode 2. The state of technology can be characterised in this manner. Additionally, the research describes the load-bearing behaviour as well as the calculation of the loss of pre-stress of Spannglass Beams by analogy with concrete structures. As the key section of this thesis, this statement is examined by means of comprehensive experimental studies and completed by a numerical calculation. Primarily, the load-bearing behaviour of 15 specimens in short-term bending tests and a variety of reinforcement ratios and pre-stress levels were determined. The results show an increase of initial fracture strength as well as safe behaviour after failure. The pre-stress changes the load-bearing performance significantly. Furthermore, a non-destructive study including a constant loading for 1000 h describes the loss of pre-stress in 28 specimens for the first time. The horizontal deflection and the thus resulting shear stresses of the interlayer material of a laminated glass section are the critical parameters. From the magnitude of losses it may be concluded that the deflections need to be limited and the interlayer foils need to be relieved from stress. Moreover, the structural response during a change in temperature is in good agreement with the results obtained from linear beam theory. This allows for an estimation of the associated losses. Finally, a specifically developed test approach confirms the residual load-bearing capacity of 24 specimens. The reinforcement shows the ability to bridge cracks in the glass. However, it should be noted that pre-stress occasionally causes an early failure of the partially broken Spannglass cross-section. Therefore, intensifying the development of structural details in order to generate an increased advantage concerning safety is recommended. This contribution contains a systematic acquisition of analytical, experimental and numerical data regarding the loadbearing characteristics of Spannglass Beams for the first time. The use of a sacrificial layers is not necessary. Even more, to reach the most effective load-bearing behaviour, it is necessary to abandon them completely. Implementing the developed nomenclature, realising the recommended structural provisions and using the proposed methods, it is now possible to compose safe and durable Spannglass Beams as well as prove their structural efficiency.

Glas und Beton sind sich in wesentlichen Materialeigenschaften ähnlich: Beide zeigen gegenüber einer hohen Druckfestigkeit eine vergleichsweise geringe Zugfestigkeit und versagen spröde. Diese Analogie führte zur Entwicklung bewehrter Glasträger, die sich durch eine aufgeklebte Stahllasche an ihrer Biegezugkante auszeichnen. Dadurch wurden die Übertragung von Zugkräften auch im Rissfall möglich, sodass ein duktiles Bauteilverhalten erreicht und der im Konstruktiven Glasbau notwendige Nachweis der Resttragfähigkeit erfüllt wird. Glasträger mit verbundlos vorgespannter Bewehrung – Spannglasträger – stellen die Fortführung dieses Analogiegedankens dar. Neben einer gezielten Steigerung der Erstrisslast, können die Träger planmäßig überhöht werden. Damit wird einer bisher üblichen Überdimensionierung mit der Anordnung nicht ausgenutzter „Opferscheiben“ entgegen gewirkt und sichere sowie materialeffiziente Konstruktionen mit maximaler Transparenz ermöglicht. Diese Konstruktionsweise wurde bislang ausschließlich für einzelne Sondierungsuntersuchungen in breiter Variantenvielfalt genutzt. Eine Systematik und einheitliche Bezeichnungsweise ist nicht vorhanden. Darüber hinaus beschränken sich verfügbare Ergebnisse auf die Beschreibung der Tragfähigkeit, ohne die Resttragfähigkeit explizit zu belegen oder die Dauerhaftigkeit nachzuweisen. Mit dieser Arbeit wurde anhand einer Analogiebetrachtung zum Eurocode 2 eine Bezeichnungsweise für bewehrte und vorgespannte Glasträger entwickelt und für vorhandene Konstruktionen erfolgreich angewendet. Darin zeigt sich, dass der Stand der Technik auf diese Weise charakterisierbar ist. Zusätzlich wird die These aufgestellt, dass sich das Tragverhalten von Spannglasträgern wie im Stahlbeton- und Spannbetonbau beschreiben und die auftretenden Spannkraftverluste analog berechnen lassen. Diese These wird mithilfe experimenteller Studien als Kern dieser Arbeit untersucht und durch eine ergänzende numerische Modellierung bestätigt. Zunächst wird das Tragverhalten im Kurzzeit-Biegeversuch an 15 Prüfkörpern unter variierten Bewehrungsgraden und Vorspannkräften untersucht. Dabei zeigen sich gesteigerte Erstrisslasten sowie ein sicheres Verhalten im Anschluss an die Belastung. Durch die Vorspannung wird das Tragverhalten gezielt beeinflusst. Zusätzlich erbringt eine zerstörungsfreie Untersuchungsreihe an 28 Prüfkörpern unter konstanter Gebrauchslast über 1000 Stunden erstmals eine Beschreibung der auftretenden Spannkraftverluste. Diese sind maßgeblich von der horizontalen Durchbiegung sowie der daraus resultierenden Belastung der Zwischenschicht im Verbund-Sicherheitsglas abhängig. Aus der Größenordnung der Verluste lässt sich schlussfolgern, dass eine Begrenzung dieses Verformungsanteils sowie eine konstruktive Entlastung der Zwischenschicht notwendig sind. Zudem wird die Änderung der Vorspannkraft unter einer Temperaturlast beschrieben. Im Ergebnis zeigt sich, dass dieser Lastfall mittels der linearen Balkentheorie beschreibbar und der damit assoziierte Spannkraftverlust berechenbar ist. Die Resttragfähigkeit von 24 Spannglasträgern wird mithilfe eines eigens entwickelten Prüfverfahrens bestätigt. Während die Bewehrung einerseits eine Überbrückung von Rissflanken ermöglicht, verursacht die Vorspannkraft andererseits im teilzerstörten Tragsystem bisweilen ein frühzeitiges Versagen. Daher wird empfohlen, die baukonstruktive Detailentwicklung zu intensivieren, um einen größeren Sicherheitsvorteil aus der Konstruktionsweise zu generieren. Die Arbeit beinhaltet erstmals eine systematische Datensammlung zum Tragverhalten von Spannglasträgern. Es zeigt sich, dass auf eine Anordnung von „Opferscheiben“ zugunsten einer steigenden Materialeffizienz nicht nur verzichtet werden kann, sondern im Sinne eines effektiven Tragverhaltens verzichtet werden muss. Mit der vorgeschlagenen Bezeichnungsweise, den abgeleiteten konstruktiven Maßnahmen sowie den gezeigten Untersuchungsmethoden besteht nunmehr die Möglichkeit, sichere und dauerhafte Spannglasträger zu entwerfen und deren Trageffizienz zu belegen.:1 Einleitung 1.1 Problemstellung und Motivation 1.2 Zielsetzung 1.3 Vorgehensweise 1.4 Abgrenzung 2 Analogiebetrachtung 2.1 Zielsetzung 2.2 Anwendungsbereich 2.3 Begriffe 2.3.1 Bewehrte und hybride Glastragwerke 2.3.2 Thermische und mechanische Vorspannung 2.3.3 Spanngliedkonstruktion und Spannverfahren 2.3.4 Lage und Verlauf des Spanngliedes 2.3.5 Weitere Begriffe 2.4 Grundlagen der Tragwerksplanung 2.5 Baustoffe 2.5.1 Festigkeit 2.5.2 Elastische Formänderungseigenschaften 2.5.3 Kriechen und Schwinden 2.5.4 Bewehrungsmaterial 2.5.5 Komponenten von Spannsystemen 2.5.6 Querschnittsgestaltung 2.6 Dauerhaftigkeit 2.7 Schnittgrößenermittlung 2.7.1 Allgemeines 2.7.2 Imperfektionen 2.7.3 Idealisierung 2.7.4 Lineare Berechnung 2.7.5 Nichtlineare Berechnung 2.7.6 Zeitabhängigkeit der Vorspannkraft 2.7.7 Vorspannung während der Berechnung 2.8 Grenzzustände und Nachweise 2.8.1 Grenzzustand der Tragfähigkeit 2.8.2 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit 2.8.3 Nachweis der Resttragfähigkeit 2.9 Bewehrungs- und Konstruktionsregeln 2.10 Zusammenfassung 3 Experimentelle Untersuchungen 3.1 Zielsetzung 3.2 Prüfkörper – Konstruktion und Materialien 3.3 Tragverhalten unter kurzzeitiger Beanspruchung 3.3.1 Prüfkörper 3.3.2 Versuchseinrichtung 3.3.3 Untersuchungsverfahren und -bedingungen 3.3.4 Analyse- und Auswertungsverfahren 3.3.5 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 3.3.6 Folgerungen und Zusammenfassung 3.4 Tragverhalten unter Dauerlast 3.4.1 Prüfkörper 3.4.2 Versuchseinrichtung 3.4.3 Untersuchungsverfahren und -bedingungen 3.4.4 Analyse- und Auswertungsverfahren 3.4.5 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 3.4.6 Folgerungen und Zusammenfassung 3.5 Resttragfähigkeit 3.5.1 Prüfkörper 3.5.2 Versuchseinrichtung 3.5.3 Untersuchungsverfahren und -bedingungen 3.5.4 Analyse- und Auswertungsverfahren 3.5.5 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 3.5.6 Folgerungen und Zusammenfassung 3.6 Tragverhalten unter Temperaturbelastung 3.6.1 Prüfkörper 3.6.2 Versuchseinrichtung 3.6.3 Untersuchungsverfahren und -bedingungen 3.6.4 Analyse- und Auswertungsverfahren 3.6.5 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 3.6.6 Folgerungen und Zusammenfassung 3.7 Zusammenfassung 4 Numerische Untersuchungen 4.1 Zielsetzung 4.2 Modellbeschreibung 4.2.1 Systembeschreibung 4.2.2 Einwirkungen 4.2.3 Berechnung 4.3 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 4.3.1 Vergleich mit dem analytischen Modell 4.3.2 Modellierung der Umlenkung 4.3.3 Einfluss der Zwischenschicht 4.3.4 Auswahl eines Imperfektionswertes 4.3.5 Seilkraftverlust im Dauerversuch 4.4 Zusammenfassung 5 Diskussion 5.1 Zielsetzung 5.2 Tragverhalten unter kurzzeitiger Beanspruchung 5.2.1 Tragverhalten unter Vorspannbelastung 5.2.2 Trag- und Bruchverhalten unter Biegebelastung 5.2.3 Rissverhalten unter Biegebelastung 5.2.4 Spannungszuwachs in der Bewehrung 5.3 Tragverhalten unter Dauerbelastung 5.4 Resttragfähigkeit 5.5 Zusammenfassung 6 Konstruktive Empfehlungen 6.1 Zielsetzung 6.2 Teilprojekte 6.2.1 Forschungsprojekt „Glasträger mit Bewehrung“ 6.2.2 Spannglasbrücke – glasstec 2014 6.2.3 Fußgängerbrücke in Nara (Japan) 2015 6.3 Verankerungen 6.3.1 Tragfähigkeit der Verankerung 6.3.2 Seilkrafteinleitung 6.3.3 Toleranzausgleich 6.3.4 Neigungsausgleich 6.4 Vorspannverfahren 6.5 Umlenkpunkte 6.5.1 Geklotzte Umlenkpunkte 6.5.2 Geklebte Umlenkpunkte 6.6 Montage 6.7 Weiterführende Konstruktionen 6.7.1 Spannglasträger mit nachträglichem Verbund 6.7.2 Segmentbauweise 6.8 Zusammenfassung 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Ausblick 8 Literatur 8.1 Fachbücher und Fachaufsätze 8.2 Normen und Richtlinien Bezeichnungen Abbildungsverzeichnis und -nachweis Tabellenverzeichnis A Analytische Schnittgrößenberechnung B Kurzzeit-Biegeversuche C Dauerversuche 1000 h D Versuche zur Resttragfähigkeit E Biegeversuche unter Temperaturlast F SOFiSTiK Quelltext / Glass and concrete share essential material characteristics: Their compressive strength exceeds their tensile strength considerably and both of them fail in a brittle manner. This analogy led to the development of reinforced glass beams, which are improved by means of adhesively bonded steel sections in the tensile zone. This improvement allowed for a direct transfer of tensile loads in a post-breakage state and resulted in a ductile structural element, which met the special demand of structural glass for a sufficient residual loadbearing capacity. Glass beams with unbonded, post-tensioned reinforcement – Spannglass Beams – carry this analogy concept on. The members will comprise an increased initial fracture strength and may be uplifted intentionally. This development has rendered the need for over-dimensioning by removing unnecessary sacrificial layers, which will result in a material efficient structure and will maximise transparency. Solely single exploratory investigations have used this idea in a wide variety of options so far. There is neither a uniform classification nor a consistent nomenclature. Furthermore, available results are limited to the concise description of the short-term load-bearing properties without proving the residual load-bearing capacity explicitly and confirming longterm durability. This thesis describes the development and the application of a nomenclature for reinforced and pre-compressed glass beams in an analogy study according to Eurocode 2. The state of technology can be characterised in this manner. Additionally, the research describes the load-bearing behaviour as well as the calculation of the loss of pre-stress of Spannglass Beams by analogy with concrete structures. As the key section of this thesis, this statement is examined by means of comprehensive experimental studies and completed by a numerical calculation. Primarily, the load-bearing behaviour of 15 specimens in short-term bending tests and a variety of reinforcement ratios and pre-stress levels were determined. The results show an increase of initial fracture strength as well as safe behaviour after failure. The pre-stress changes the load-bearing performance significantly. Furthermore, a non-destructive study including a constant loading for 1000 h describes the loss of pre-stress in 28 specimens for the first time. The horizontal deflection and the thus resulting shear stresses of the interlayer material of a laminated glass section are the critical parameters. From the magnitude of losses it may be concluded that the deflections need to be limited and the interlayer foils need to be relieved from stress. Moreover, the structural response during a change in temperature is in good agreement with the results obtained from linear beam theory. This allows for an estimation of the associated losses. Finally, a specifically developed test approach confirms the residual load-bearing capacity of 24 specimens. The reinforcement shows the ability to bridge cracks in the glass. However, it should be noted that pre-stress occasionally causes an early failure of the partially broken Spannglass cross-section. Therefore, intensifying the development of structural details in order to generate an increased advantage concerning safety is recommended. This contribution contains a systematic acquisition of analytical, experimental and numerical data regarding the loadbearing characteristics of Spannglass Beams for the first time. The use of a sacrificial layers is not necessary. Even more, to reach the most effective load-bearing behaviour, it is necessary to abandon them completely. Implementing the developed nomenclature, realising the recommended structural provisions and using the proposed methods, it is now possible to compose safe and durable Spannglass Beams as well as prove their structural efficiency.:1 Einleitung 1.1 Problemstellung und Motivation 1.2 Zielsetzung 1.3 Vorgehensweise 1.4 Abgrenzung 2 Analogiebetrachtung 2.1 Zielsetzung 2.2 Anwendungsbereich 2.3 Begriffe 2.3.1 Bewehrte und hybride Glastragwerke 2.3.2 Thermische und mechanische Vorspannung 2.3.3 Spanngliedkonstruktion und Spannverfahren 2.3.4 Lage und Verlauf des Spanngliedes 2.3.5 Weitere Begriffe 2.4 Grundlagen der Tragwerksplanung 2.5 Baustoffe 2.5.1 Festigkeit 2.5.2 Elastische Formänderungseigenschaften 2.5.3 Kriechen und Schwinden 2.5.4 Bewehrungsmaterial 2.5.5 Komponenten von Spannsystemen 2.5.6 Querschnittsgestaltung 2.6 Dauerhaftigkeit 2.7 Schnittgrößenermittlung 2.7.1 Allgemeines 2.7.2 Imperfektionen 2.7.3 Idealisierung 2.7.4 Lineare Berechnung 2.7.5 Nichtlineare Berechnung 2.7.6 Zeitabhängigkeit der Vorspannkraft 2.7.7 Vorspannung während der Berechnung 2.8 Grenzzustände und Nachweise 2.8.1 Grenzzustand der Tragfähigkeit 2.8.2 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit 2.8.3 Nachweis der Resttragfähigkeit 2.9 Bewehrungs- und Konstruktionsregeln 2.10 Zusammenfassung 3 Experimentelle Untersuchungen 3.1 Zielsetzung 3.2 Prüfkörper – Konstruktion und Materialien 3.3 Tragverhalten unter kurzzeitiger Beanspruchung 3.3.1 Prüfkörper 3.3.2 Versuchseinrichtung 3.3.3 Untersuchungsverfahren und -bedingungen 3.3.4 Analyse- und Auswertungsverfahren 3.3.5 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 3.3.6 Folgerungen und Zusammenfassung 3.4 Tragverhalten unter Dauerlast 3.4.1 Prüfkörper 3.4.2 Versuchseinrichtung 3.4.3 Untersuchungsverfahren und -bedingungen 3.4.4 Analyse- und Auswertungsverfahren 3.4.5 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 3.4.6 Folgerungen und Zusammenfassung 3.5 Resttragfähigkeit 3.5.1 Prüfkörper 3.5.2 Versuchseinrichtung 3.5.3 Untersuchungsverfahren und -bedingungen 3.5.4 Analyse- und Auswertungsverfahren 3.5.5 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 3.5.6 Folgerungen und Zusammenfassung 3.6 Tragverhalten unter Temperaturbelastung 3.6.1 Prüfkörper 3.6.2 Versuchseinrichtung 3.6.3 Untersuchungsverfahren und -bedingungen 3.6.4 Analyse- und Auswertungsverfahren 3.6.5 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 3.6.6 Folgerungen und Zusammenfassung 3.7 Zusammenfassung 4 Numerische Untersuchungen 4.1 Zielsetzung 4.2 Modellbeschreibung 4.2.1 Systembeschreibung 4.2.2 Einwirkungen 4.2.3 Berechnung 4.3 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 4.3.1 Vergleich mit dem analytischen Modell 4.3.2 Modellierung der Umlenkung 4.3.3 Einfluss der Zwischenschicht 4.3.4 Auswahl eines Imperfektionswertes 4.3.5 Seilkraftverlust im Dauerversuch 4.4 Zusammenfassung 5 Diskussion 5.1 Zielsetzung 5.2 Tragverhalten unter kurzzeitiger Beanspruchung 5.2.1 Tragverhalten unter Vorspannbelastung 5.2.2 Trag- und Bruchverhalten unter Biegebelastung 5.2.3 Rissverhalten unter Biegebelastung 5.2.4 Spannungszuwachs in der Bewehrung 5.3 Tragverhalten unter Dauerbelastung 5.4 Resttragfähigkeit 5.5 Zusammenfassung 6 Konstruktive Empfehlungen 6.1 Zielsetzung 6.2 Teilprojekte 6.2.1 Forschungsprojekt „Glasträger mit Bewehrung“ 6.2.2 Spannglasbrücke – glasstec 2014 6.2.3 Fußgängerbrücke in Nara (Japan) 2015 6.3 Verankerungen 6.3.1 Tragfähigkeit der Verankerung 6.3.2 Seilkrafteinleitung 6.3.3 Toleranzausgleich 6.3.4 Neigungsausgleich 6.4 Vorspannverfahren 6.5 Umlenkpunkte 6.5.1 Geklotzte Umlenkpunkte 6.5.2 Geklebte Umlenkpunkte 6.6 Montage 6.7 Weiterführende Konstruktionen 6.7.1 Spannglasträger mit nachträglichem Verbund 6.7.2 Segmentbauweise 6.8 Zusammenfassung 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Ausblick 8 Literatur 8.1 Fachbücher und Fachaufsätze 8.2 Normen und Richtlinien Bezeichnungen Abbildungsverzeichnis und -nachweis Tabellenverzeichnis A Analytische Schnittgrößenberechnung B Kurzzeit-Biegeversuche C Dauerversuche 1000 h D Versuche zur Resttragfähigkeit E Biegeversuche unter Temperaturlast F SOFiSTiK Quelltext