Kreuzverzahnungen werden zur Leistungsübertragung und zur Verbindung von Wellen bei hohen Drehmomenten und geringem Bauraum eingesetzt. Es handelt sich hierbei um nichtschaltbare Kupplungen, die sich durch ihre parallelen Zähne auszeichnen. Diese sind in Zahnfelder gruppiert und stehen in einem Kreuzungswinkel zueinander. Die Zähne besitzen gerade Flanken sowie eine konstante Zahnhöhe. Zur Übertragung von Betriebslasten ist eine Vorspannkraft erforderlich. Die Spannkraft kann entweder durch eine zentrale Spannschraube oder durch mehrere dezentral angeordnete Schrauben aufgebracht werden. Bisher existieren keine Berechnungsverfahren zur Ermittlung von Beanspruchungen und Tragfähigkeiten. Aktuell liegen nur Geometrienormen für Kreuzverzahnungen vor. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher die Erstellung eines analytischen Tragfähigkeitsnachweises. Auf Grundlage von umfangreichen Geometrieuntersuchungen und der Analyse der Beanspruchung von Verzahnung und Verschraubung wurde für zentral und dezentral verspannte Kreuzverzahnungen ein FE-Netzgenerator entwickelt. Mit diesem wurde eine umfangreiche Variantenrechnung durchgeführt. Mittels FE-Analysen wurden für eine Vielzahl von Geometrievarianten Berechnungsfaktoren abgeleitet. Lastverteilung und Zahnfußspannungen in schadensrelevanten Bereichen können nun analytisch bestimmt werden. Daraus wird ein Berechnungskonzept abgeleitet, welches vier Einzelnachweise umfasst: Gewährleistung der erforderlichen Vorspannkraft (Abhebesicherheit der Rückflanken), Zahnfußtragfähigkeit, Zahnflankentragfähigkeit und die Schraubensicherheit. Experimentelle Untersuchungen lieferten eine Basis zur Verifizierung des entwickelten Tragfähigkeitsnachweises. Aus Bauteilversuchen wurden dauerhaft ertragbare Torsionsmomentamplituden ermittelt und relevante Schadensorte im Zahnfuß konnten festgestellt werden. Schraubenkraftmessungen lieferten neue Erkenntnisse zum Setzverhalten. Es wurden statische und dynamische Versuche durchgeführt. In FE-Simulationen konnte das Verhalten von Axialkräften zentraler Verspannschrauben bei schwellenden Torsionsmomenten ermittelt werden. Die Experimente bestätigten die Simulationsergebnisse. In der vorliegenden Arbeit wird aus theoretischen Betrachtungen, FE-Simulationen und experimentellen Untersuchungen eine analytische Methode für die beanspruchungsgerechte Auslegung und Dimensionierung von Kreuzverzahnungen erarbeitet.

Die Querkrafttragfähigkeit eines Bauteils kann durch verschiedene Maßnahmen gesteigert werden. Zu den weltweit anerkannten Verfahren gehört das oberflächige Aufkleben von Bewehrungen aus Stahl oder Faserverbundkunststoffen. Der textilbewehrte Feinbeton hingegen ist eine noch weitgehend unbekannte Alternative. Es fehlen ebenso systematische Untersuchungen zum Tragverhalten einer solchen Querkraftverstärkung wie geeignete Bemessungsmodelle. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Möglichkeiten einer textilbewehrten Querkraftverstärkung zu analysieren. An Stahlbetonbalken unterschiedlicher Querschnittsgeometrie wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die Aufschluss über die Wirkung der Verstärkung sowie typische Versagenszustände geben. Die für die Querkrafttragfähigkeit entscheidenden Verformungen des Steges wurden durch photogrammetrische Messungen erfasst. Der Vergleich der verstärkten und unverstärkten Probekörper verdeutlicht signifikante Unterschiede. Bei den verstärkten Probekörpern ist die Stauchung des gemittelten Hauptdehnungszustandes steiler geneigt als bei den unverstärkten Probekörpern. Die steilere Neigung der Hauptstauchung, aufgrund der aufgebrachten Verstärkung, hat nach der rechnerischen Tragfähigkeit des Fachwerkmodells zur Folge, dass weniger Lasten über die Stahlbügelbewehrung abgetragen werden können. Die so fehlende Tragfähigkeit gegenüber dem unverstärkten Bauteil muss die Verstärkungsschicht zunächst ausgleichen, bevor eine Traglaststeigerung möglich ist. Als zweite wesentliche Wirkung begrenzt die textile Bewehrung die Breite der auftretenden Schubrisse wie anhand der gemessenen Rissbreiten nachgewiesen werden konnte. Die Verstärkung verzögert auftretende Schubrisse und begrenzt deren Breite und Ausdehnung. Ein Versagen der Biegedruckzone durch Schubdruckbruch tritt so erst bei deutlich höheren Lasten ein als es bei unverstärkten Stahlbetonbauteilen der Fall ist. Nach dem herkömmlichen Fachwerkmodell der Stahlbügelbewehrung sind die Stegbewehrungen eines Bauteils in der Biegedruckzone zu verankern. Externe Querkraftverstärkungen können aber nur selten oder mit hohem Aufwand bis zur Höhe der Biegedruckzone geführt werden. Meist behindern anschließende Querschnittsteile die Erreichbarkeit zur Druckzone. Für die experimentellen Untersuchungen wurden die Probekörper mit einer U-förmigen Verstärkung außerhalb der rechnerischen Biegedruckzone versehen. Die geprüften Tragfähigkeiten lagen dennoch deutlich über der Tragfähigkeit der unverstärkten Referenz. Eine Verankerung der Verstärkung am Steg des Bauteils scheint demnach möglich. Das Kräftegleichgewicht einer solchen Verankerung wurde mit einem neu entwickelten Stabwerkmodell nachgewiesen. Die Eignung des Modells zur Berechnung der Tragfähigkeit der Verstärkung wurde durch Nachrechnung der eigenen Versuche geprüft. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen zur Verankerung der Verstärkung wurden an separaten Verbundprobekörpern untersucht. Es wurden verschiedene Verankerungsmittel geprüft, die durch Querdruck die Tragfähigkeit der Verbundfuge von Alt- und Feinbeton erhöhen. Die besten Ergebnisse erreichten Verankerungen mit vorgespannten Ankern. Die Steigerung der Verbundtragfähigkeit ist allerdings gering, da die notwendigen Bohrungen für die Anker die wirksame Fläche der textilen Bewehrung schwächen. / Shear resistance of structural members can be increased by different measures. So far only reinforcements from steel or fibre-reinforced plastic pasted on the surface have been acknowledged worldwide. Textile reinforced fine grained concrete, however, is still mostly an unknown option. Systematic research into the load bearing behaviour of this kind of shear strengthening as well as qualified design rules are missing. It is the aim of this thesis to analyse the possibilities of textile reinforced shear strengthening. Experimental investigations on RC beams with different cross sectional geometries provided information about the strengthening effect as well as common failure modes. The web deformations, which are crucial for the shear resistance, were recorded by photogrammetric measurements. A comparison of strengthened and unstrengthened specimen demonstrates significant differences. In case of the strengthened sample, the compressive strain of the averaged principle strain condition has a steeper inclination than in case of the unstrengthened specimen. This steeper inclination ensues from the applied strengthening. According to the calculated load-bearing capacity of the truss model, the steeper inclination results in less loads being removed by the steel stirrup reinforcement. Compared to the unstrengthened structural member, this lack in the load-bearing capacity has to be evened out by the strengthening layer before an increase in the load carrying capacity is possible. Secondly, the textile reinforcement limits the width of the occurring shear cracks. This could be proven by measuring the crack-width. The strengthening delays occurring shear cracks and restricts their widths and extension. Consequently, failure of the flexural compression zone induced by shear cracks only occurs under significantly higher loads than in unstrengthened RC members. In the traditional truss model of the steel stirrup reinforcement, the web reinforcements of a structural member have to be anchored in the flexural compression zone. However, external shear strengthening can be pulled up to the height of the flexural compression zone only rarely or with great effort. Often connected parts of the cross section prevent access to the compression zone. For the purpose of the experimental analysis, the specimens were fit with a U-shaped strengthening layer outside the calculated flexural compression zone. Nevertheless, the measured load-bearing capacities were distinctly higher than the load-bearing capacity of the unstrengthened reference beam. Consequently, anchoring the strengthening at the specimen’s web appears to be possible. The force balance of such an anchorage could be proved with the help of a newly developed strut-and-tie-model. The applicability of the model for calculating the load bearing capacity of the strengthening was checked by recalculating the corresponding test results. Additional structural measures for anchoring the strengthening were tested on separate bond specimens. Furthermore, various anchorage materials which increase the load carrying capacity of the interface between old and fine grained concrete through transverse pressure were tested. The best results could be achieved with pre-stressed anchorages. However, the resulting load-bearing capacity’s increase was only slight because the drill holes required for the anchors reduce the effective area of the textile reinforcement.

Die Querkrafttragfähigkeit eines Bauteils kann durch verschiedene Maßnahmen gesteigert werden. Zu den weltweit anerkannten Verfahren gehört das oberflächige Aufkleben von Bewehrungen aus Stahl oder Faserverbundkunststoffen. Der textilbewehrte Feinbeton hingegen ist eine noch weitgehend unbekannte Alternative. Es fehlen ebenso systematische Untersuchungen zum Tragverhalten einer solchen Querkraftverstärkung wie geeignete Bemessungsmodelle. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Möglichkeiten einer textilbewehrten Querkraftverstärkung zu analysieren. An Stahlbetonbalken unterschiedlicher Querschnittsgeometrie wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die Aufschluss über die Wirkung der Verstärkung sowie typische Versagenszustände geben. Die für die Querkrafttragfähigkeit entscheidenden Verformungen des Steges wurden durch photogrammetrische Messungen erfasst. Der Vergleich der verstärkten und unverstärkten Probekörper verdeutlicht signifikante Unterschiede. Bei den verstärkten Probekörpern ist die Stauchung des gemittelten Hauptdehnungszustandes steiler geneigt als bei den unverstärkten Probekörpern. Die steilere Neigung der Hauptstauchung, aufgrund der aufgebrachten Verstärkung, hat nach der rechnerischen Tragfähigkeit des Fachwerkmodells zur Folge, dass weniger Lasten über die Stahlbügelbewehrung abgetragen werden können. Die so fehlende Tragfähigkeit gegenüber dem unverstärkten Bauteil muss die Verstärkungsschicht zunächst ausgleichen, bevor eine Traglaststeigerung möglich ist. Als zweite wesentliche Wirkung begrenzt die textile Bewehrung die Breite der auftretenden Schubrisse wie anhand der gemessenen Rissbreiten nachgewiesen werden konnte. Die Verstärkung verzögert auftretende Schubrisse und begrenzt deren Breite und Ausdehnung. Ein Versagen der Biegedruckzone durch Schubdruckbruch tritt so erst bei deutlich höheren Lasten ein als es bei unverstärkten Stahlbetonbauteilen der Fall ist. Nach dem herkömmlichen Fachwerkmodell der Stahlbügelbewehrung sind die Stegbewehrungen eines Bauteils in der Biegedruckzone zu verankern. Externe Querkraftverstärkungen können aber nur selten oder mit hohem Aufwand bis zur Höhe der Biegedruckzone geführt werden. Meist behindern anschließende Querschnittsteile die Erreichbarkeit zur Druckzone. Für die experimentellen Untersuchungen wurden die Probekörper mit einer U-förmigen Verstärkung außerhalb der rechnerischen Biegedruckzone versehen. Die geprüften Tragfähigkeiten lagen dennoch deutlich über der Tragfähigkeit der unverstärkten Referenz. Eine Verankerung der Verstärkung am Steg des Bauteils scheint demnach möglich. Das Kräftegleichgewicht einer solchen Verankerung wurde mit einem neu entwickelten Stabwerkmodell nachgewiesen. Die Eignung des Modells zur Berechnung der Tragfähigkeit der Verstärkung wurde durch Nachrechnung der eigenen Versuche geprüft. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen zur Verankerung der Verstärkung wurden an separaten Verbundprobekörpern untersucht. Es wurden verschiedene Verankerungsmittel geprüft, die durch Querdruck die Tragfähigkeit der Verbundfuge von Alt- und Feinbeton erhöhen. Die besten Ergebnisse erreichten Verankerungen mit vorgespannten Ankern. Die Steigerung der Verbundtragfähigkeit ist allerdings gering, da die notwendigen Bohrungen für die Anker die wirksame Fläche der textilen Bewehrung schwächen. / Shear resistance of structural members can be increased by different measures. So far only reinforcements from steel or fibre-reinforced plastic pasted on the surface have been acknowledged worldwide. Textile reinforced fine grained concrete, however, is still mostly an unknown option. Systematic research into the load bearing behaviour of this kind of shear strengthening as well as qualified design rules are missing. It is the aim of this thesis to analyse the possibilities of textile reinforced shear strengthening. Experimental investigations on RC beams with different cross sectional geometries provided information about the strengthening effect as well as common failure modes. The web deformations, which are crucial for the shear resistance, were recorded by photogrammetric measurements. A comparison of strengthened and unstrengthened specimen demonstrates significant differences. In case of the strengthened sample, the compressive strain of the averaged principle strain condition has a steeper inclination than in case of the unstrengthened specimen. This steeper inclination ensues from the applied strengthening. According to the calculated load-bearing capacity of the truss model, the steeper inclination results in less loads being removed by the steel stirrup reinforcement. Compared to the unstrengthened structural member, this lack in the load-bearing capacity has to be evened out by the strengthening layer before an increase in the load carrying capacity is possible. Secondly, the textile reinforcement limits the width of the occurring shear cracks. This could be proven by measuring the crack-width. The strengthening delays occurring shear cracks and restricts their widths and extension. Consequently, failure of the flexural compression zone induced by shear cracks only occurs under significantly higher loads than in unstrengthened RC members. In the traditional truss model of the steel stirrup reinforcement, the web reinforcements of a structural member have to be anchored in the flexural compression zone. However, external shear strengthening can be pulled up to the height of the flexural compression zone only rarely or with great effort. Often connected parts of the cross section prevent access to the compression zone. For the purpose of the experimental analysis, the specimens were fit with a U-shaped strengthening layer outside the calculated flexural compression zone. Nevertheless, the measured load-bearing capacities were distinctly higher than the load-bearing capacity of the unstrengthened reference beam. Consequently, anchoring the strengthening at the specimen’s web appears to be possible. The force balance of such an anchorage could be proved with the help of a newly developed strut-and-tie-model. The applicability of the model for calculating the load bearing capacity of the strengthening was checked by recalculating the corresponding test results. Additional structural measures for anchoring the strengthening were tested on separate bond specimens. Furthermore, various anchorage materials which increase the load carrying capacity of the interface between old and fine grained concrete through transverse pressure were tested. The best results could be achieved with pre-stressed anchorages. However, the resulting load-bearing capacity’s increase was only slight because the drill holes required for the anchors reduce the effective area of the textile reinforcement.

Die evangelische St. Pankratius-Kirche in Lucka wird aktuell genutzt und dient wöchentlich zehn bis 20 Menschen als Ort der Messe. Die Kirche befindet sich zu Teilen in einem sanierungsbedürftigen Zustand, vor allem im Dachstuhl sind Schäden an der historischen Bausubstanz nicht zu übersehen. Zum Erhalt dieses Baudenkmals ist neben der Sanierung und konstruktiven Ertüchtigung auch ein Konzept zur erweiterten Nutzung geplant. In Anbetracht sinkender Mitgliederzahlen der Kirche ist eine Erweiterung des kulturellen Angebotes in diesem Gotteshaus notwendig, um die aktive Nutzung auch in den nächsten Jahrzehnten sicherzustellen. Diese Thesis soll als Vorarbeit und Grundlage für die Umsetzung von Sanierungsmaßnahmen dienen. Darin soll zum Einen die Tragkonstruktion des Daches vermessen und aus statischer Sicht betrachtet werden. Zum Anderen erfolgt eine Bauzustandsanalyse, welche Schadensuntersuchungen und Sanierungsempfehlungen beinhaltet.:1. Einleitung 1.1. Motivation 1.2. Aufbau der Arbeit 2. Vorstellung des Objektes 2.1. Geschichtliche Einordnung 2.2. Beschreibung der Kirche 3. Vermessung und Aufnahme des Dachstuhls 3.1. Messtechnik und Messablauf 3.2. Bestandsaufnahme 3.2.1. Bauteile 3.2.2. Tragwerk 3.2.3. Verbindungen 3.2.4. Bauteilquerschnitte 3.2.5. Visuelle Sortierung und Festigkeit 3.2.6. Verformungen 3.3. Überführung in ein 3D-Modell 4. Holz als Baustoff 4.1. Allgemein 4.2. Bemessung von Holz 4.3. Versagensmechanismen im Holzbau 4.4. Materialkennwerte von Holz 5. Lastannahme nach DIN EN 1991-1 5.1. Eigenlasten 5.2. Nutzlasten 5.3. Schneelasten 5.4. Windlasten 5.5. Zusammenfassung Lastfälle 6. Bildung des statischen Modells 6.1. Kraftfluss 6.2. Modellierung der Verbindungen 6.3. Tragverhalten 6.4. Statische Systeme 7. Statische Nachweise des Ist-Zustandes 7.1. Szenario 1 - System intakt 7.2. Szenario 2 - Ausfall Sparrenfußpunkt 8. Erfassen der Schadensbilder 8.1. Untersuchungen 8.1.1. Visuelle Untersuchungen 8.1.2. Feuchtemessung 8.1.3. Nachweis Sulfat und Bor 8.1.4. Nachweis chlorierter Kohlenwasserstoffe 8.1.5. Bestimmung der Käfernagsel 8.2. Bestimmung der Holzarten 8.3. Fotodokumentation 9. Schadensursachen 9.1. Biologische Einflüsse 9.1.1. Pilzbefall 9.1.2. Insektenbefall 3 9.2. Mechanische Einflüsse 9.3. Bauphysikalische Einflüsse 10.Bauliche Maßnahmen 10.1. Konstruktiver Holzschutz 10.2. Chemischer Holzschutz 10.3. Instandsetzung und Ertüchtigung 11.Denkmalschutz 12.Wirtschaftlichkeitsanalyse 13.Sanierungskonzept 14.Statische Nachweise der Ertüchtigungen 15.Zusammenfassung / The protestant St. Pankratius church in Lucka is currently in use and serves ten to 20 people as a place of mass every week. Parts of the church require redevelopment, especially the roof truss showing damage to the historic structure. To preserve this architectural monument, in addition to the renovation and structural reinforcement, a concept for expanded use is foreseen. Given the church’s declining membership, expanding the cultural offerings in this house of worship is necessary to ensure its active use in the coming decades. This thesis aims to serve as preliminary work and a basis for implementing renovation measures. It consists of two parts: First, the roof’s supporting structure will be measured and examined from a structural point of view. Second, the condition of the building will be analysed, including an investigation of damages and recommendations for renovations.:1. Einleitung 1.1. Motivation 1.2. Aufbau der Arbeit 2. Vorstellung des Objektes 2.1. Geschichtliche Einordnung 2.2. Beschreibung der Kirche 3. Vermessung und Aufnahme des Dachstuhls 3.1. Messtechnik und Messablauf 3.2. Bestandsaufnahme 3.2.1. Bauteile 3.2.2. Tragwerk 3.2.3. Verbindungen 3.2.4. Bauteilquerschnitte 3.2.5. Visuelle Sortierung und Festigkeit 3.2.6. Verformungen 3.3. Überführung in ein 3D-Modell 4. Holz als Baustoff 4.1. Allgemein 4.2. Bemessung von Holz 4.3. Versagensmechanismen im Holzbau 4.4. Materialkennwerte von Holz 5. Lastannahme nach DIN EN 1991-1 5.1. Eigenlasten 5.2. Nutzlasten 5.3. Schneelasten 5.4. Windlasten 5.5. Zusammenfassung Lastfälle 6. Bildung des statischen Modells 6.1. Kraftfluss 6.2. Modellierung der Verbindungen 6.3. Tragverhalten 6.4. Statische Systeme 7. Statische Nachweise des Ist-Zustandes 7.1. Szenario 1 - System intakt 7.2. Szenario 2 - Ausfall Sparrenfußpunkt 8. Erfassen der Schadensbilder 8.1. Untersuchungen 8.1.1. Visuelle Untersuchungen 8.1.2. Feuchtemessung 8.1.3. Nachweis Sulfat und Bor 8.1.4. Nachweis chlorierter Kohlenwasserstoffe 8.1.5. Bestimmung der Käfernagsel 8.2. Bestimmung der Holzarten 8.3. Fotodokumentation 9. Schadensursachen 9.1. Biologische Einflüsse 9.1.1. Pilzbefall 9.1.2. Insektenbefall 3 9.2. Mechanische Einflüsse 9.3. Bauphysikalische Einflüsse 10.Bauliche Maßnahmen 10.1. Konstruktiver Holzschutz 10.2. Chemischer Holzschutz 10.3. Instandsetzung und Ertüchtigung 11.Denkmalschutz 12.Wirtschaftlichkeitsanalyse 13.Sanierungskonzept 14.Statische Nachweise der Ertüchtigungen 15.Zusammenfassung

Textile reinforced concrete (TRC) is an innovative composite material, which is being intensely and practice-oriented investigated on national and international level. In the last few years this material has gained increasing importance in the field of civil engineering. In the context of the collaborative research project SFB 532 at the RWTH Aachen University, research was carried out to understand and to predict the behaviour of different yarn structures in fine grained concrete. Based on the results, innovative commingling yarns were made of alkali-resistant glass fibres and water soluble PVA. These hybrid yarns have an open structure, which improves the penetration of the textile reinforcement by the concrete matrix. Hence, the load bearing capacity of TRC structural elements was significantly improved. This paper presents a technique for the production of such commingling yarns for concrete applications. The mechanical properties of the new yarns are determined due to tensile stress tests. The bond behaviour of the commingling yarns was investigated by pull-out- and tensile stress tests on TRC-specimens. The results of the different tests are being presented and briefly discussed.

Die Querkrafttragfähigkeit eines Bauteils kann durch verschiedene Maßnahmen gesteigert werden. Zu den weltweit anerkannten Verfahren gehört das oberflächige Aufkleben von Bewehrungen aus Stahl oder Faserverbundkunststoffen. Der textilbewehrte Feinbeton hingegen ist eine noch weitgehend unbekannte Alternative. Es fehlen ebenso systematische Untersuchungen zum Tragverhalten einer solchen Querkraftverstärkung wie geeignete Bemessungsmodelle. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Möglichkeiten einer textilbewehrten Querkraftverstärkung zu analysieren. An Stahlbetonbalken unterschiedlicher Querschnittsgeometrie wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die Aufschluss über die Wirkung der Verstärkung sowie typische Versagenszustände geben. Die für die Querkrafttragfähigkeit entscheidenden Verformungen des Steges wurden durch photogrammetrische Messungen erfasst. Der Vergleich der verstärkten und unverstärkten Probekörper verdeutlicht signifikante Unterschiede. Bei den verstärkten Probekörpern ist die Stauchung des gemittelten Hauptdehnungszustandes steiler geneigt als bei den unverstärkten Probekörpern. Die steilere Neigung der Hauptstauchung, aufgrund der aufgebrachten Verstärkung, hat nach der rechnerischen Tragfähigkeit des Fachwerkmodells zur Folge, dass weniger Lasten über die Stahlbügelbewehrung abgetragen werden können. Die so fehlende Tragfähigkeit gegenüber dem unverstärkten Bauteil muss die Verstärkungsschicht zunächst ausgleichen, bevor eine Traglaststeigerung möglich ist. Als zweite wesentliche Wirkung begrenzt die textile Bewehrung die Breite der auftretenden Schubrisse wie anhand der gemessenen Rissbreiten nachgewiesen werden konnte. Die Verstärkung verzögert auftretende Schubrisse und begrenzt deren Breite und Ausdehnung. Ein Versagen der Biegedruckzone durch Schubdruckbruch tritt so erst bei deutlich höheren Lasten ein als es bei unverstärkten Stahlbetonbauteilen der Fall ist. Nach dem herkömmlichen Fachwerkmodell der Stahlbügelbewehrung sind die Stegbewehrungen eines Bauteils in der Biegedruckzone zu verankern. Externe Querkraftverstärkungen können aber nur selten oder mit hohem Aufwand bis zur Höhe der Biegedruckzone geführt werden. Meist behindern anschließende Querschnittsteile die Erreichbarkeit zur Druckzone. Für die experimentellen Untersuchungen wurden die Probekörper mit einer U-förmigen Verstärkung außerhalb der rechnerischen Biegedruckzone versehen. Die geprüften Tragfähigkeiten lagen dennoch deutlich über der Tragfähigkeit der unverstärkten Referenz. Eine Verankerung der Verstärkung am Steg des Bauteils scheint demnach möglich. Das Kräftegleichgewicht einer solchen Verankerung wurde mit einem neu entwickelten Stabwerkmodell nachgewiesen. Die Eignung des Modells zur Berechnung der Tragfähigkeit der Verstärkung wurde durch Nachrechnung der eigenen Versuche geprüft. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen zur Verankerung der Verstärkung wurden an separaten Verbundprobekörpern untersucht. Es wurden verschiedene Verankerungsmittel geprüft, die durch Querdruck die Tragfähigkeit der Verbundfuge von Alt- und Feinbeton erhöhen. Die besten Ergebnisse erreichten Verankerungen mit vorgespannten Ankern. Die Steigerung der Verbundtragfähigkeit ist allerdings gering, da die notwendigen Bohrungen für die Anker die wirksame Fläche der textilen Bewehrung schwächen. / Shear resistance of structural members can be increased by different measures. So far only reinforcements from steel or fibre-reinforced plastic pasted on the surface have been acknowledged worldwide. Textile reinforced fine grained concrete, however, is still mostly an unknown option. Systematic research into the load bearing behaviour of this kind of shear strengthening as well as qualified design rules are missing. It is the aim of this thesis to analyse the possibilities of textile reinforced shear strengthening. Experimental investigations on RC beams with different cross sectional geometries provided information about the strengthening effect as well as common failure modes. The web deformations, which are crucial for the shear resistance, were recorded by photogrammetric measurements. A comparison of strengthened and unstrengthened specimen demonstrates significant differences. In case of the strengthened sample, the compressive strain of the averaged principle strain condition has a steeper inclination than in case of the unstrengthened specimen. This steeper inclination ensues from the applied strengthening. According to the calculated load-bearing capacity of the truss model, the steeper inclination results in less loads being removed by the steel stirrup reinforcement. Compared to the unstrengthened structural member, this lack in the load-bearing capacity has to be evened out by the strengthening layer before an increase in the load carrying capacity is possible. Secondly, the textile reinforcement limits the width of the occurring shear cracks. This could be proven by measuring the crack-width. The strengthening delays occurring shear cracks and restricts their widths and extension. Consequently, failure of the flexural compression zone induced by shear cracks only occurs under significantly higher loads than in unstrengthened RC members. In the traditional truss model of the steel stirrup reinforcement, the web reinforcements of a structural member have to be anchored in the flexural compression zone. However, external shear strengthening can be pulled up to the height of the flexural compression zone only rarely or with great effort. Often connected parts of the cross section prevent access to the compression zone. For the purpose of the experimental analysis, the specimens were fit with a U-shaped strengthening layer outside the calculated flexural compression zone. Nevertheless, the measured load-bearing capacities were distinctly higher than the load-bearing capacity of the unstrengthened reference beam. Consequently, anchoring the strengthening at the specimen’s web appears to be possible. The force balance of such an anchorage could be proved with the help of a newly developed strut-and-tie-model. The applicability of the model for calculating the load bearing capacity of the strengthening was checked by recalculating the corresponding test results. Additional structural measures for anchoring the strengthening were tested on separate bond specimens. Furthermore, various anchorage materials which increase the load carrying capacity of the interface between old and fine grained concrete through transverse pressure were tested. The best results could be achieved with pre-stressed anchorages. However, the resulting load-bearing capacity’s increase was only slight because the drill holes required for the anchors reduce the effective area of the textile reinforcement.

Die Querkrafttragfähigkeit eines Bauteils kann durch verschiedene Maßnahmen gesteigert werden. Zu den weltweit anerkannten Verfahren gehört das oberflächige Aufkleben von Bewehrungen aus Stahl oder Faserverbundkunststoffen. Der textilbewehrte Feinbeton hingegen ist eine noch weitgehend unbekannte Alternative. Es fehlen ebenso systematische Untersuchungen zum Tragverhalten einer solchen Querkraftverstärkung wie geeignete Bemessungsmodelle. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Möglichkeiten einer textilbewehrten Querkraftverstärkung zu analysieren. An Stahlbetonbalken unterschiedlicher Querschnittsgeometrie wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die Aufschluss über die Wirkung der Verstärkung sowie typische Versagenszustände geben. Die für die Querkrafttragfähigkeit entscheidenden Verformungen des Steges wurden durch photogrammetrische Messungen erfasst. Der Vergleich der verstärkten und unverstärkten Probekörper verdeutlicht signifikante Unterschiede. Bei den verstärkten Probekörpern ist die Stauchung des gemittelten Hauptdehnungszustandes steiler geneigt als bei den unverstärkten Probekörpern. Die steilere Neigung der Hauptstauchung, aufgrund der aufgebrachten Verstärkung, hat nach der rechnerischen Tragfähigkeit des Fachwerkmodells zur Folge, dass weniger Lasten über die Stahlbügelbewehrung abgetragen werden können. Die so fehlende Tragfähigkeit gegenüber dem unverstärkten Bauteil muss die Verstärkungsschicht zunächst ausgleichen, bevor eine Traglaststeigerung möglich ist. Als zweite wesentliche Wirkung begrenzt die textile Bewehrung die Breite der auftretenden Schubrisse wie anhand der gemessenen Rissbreiten nachgewiesen werden konnte. Die Verstärkung verzögert auftretende Schubrisse und begrenzt deren Breite und Ausdehnung. Ein Versagen der Biegedruckzone durch Schubdruckbruch tritt so erst bei deutlich höheren Lasten ein als es bei unverstärkten Stahlbetonbauteilen der Fall ist. Nach dem herkömmlichen Fachwerkmodell der Stahlbügelbewehrung sind die Stegbewehrungen eines Bauteils in der Biegedruckzone zu verankern. Externe Querkraftverstärkungen können aber nur selten oder mit hohem Aufwand bis zur Höhe der Biegedruckzone geführt werden. Meist behindern anschließende Querschnittsteile die Erreichbarkeit zur Druckzone. Für die experimentellen Untersuchungen wurden die Probekörper mit einer U-förmigen Verstärkung außerhalb der rechnerischen Biegedruckzone versehen. Die geprüften Tragfähigkeiten lagen dennoch deutlich über der Tragfähigkeit der unverstärkten Referenz. Eine Verankerung der Verstärkung am Steg des Bauteils scheint demnach möglich. Das Kräftegleichgewicht einer solchen Verankerung wurde mit einem neu entwickelten Stabwerkmodell nachgewiesen. Die Eignung des Modells zur Berechnung der Tragfähigkeit der Verstärkung wurde durch Nachrechnung der eigenen Versuche geprüft. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen zur Verankerung der Verstärkung wurden an separaten Verbundprobekörpern untersucht. Es wurden verschiedene Verankerungsmittel geprüft, die durch Querdruck die Tragfähigkeit der Verbundfuge von Alt- und Feinbeton erhöhen. Die besten Ergebnisse erreichten Verankerungen mit vorgespannten Ankern. Die Steigerung der Verbundtragfähigkeit ist allerdings gering, da die notwendigen Bohrungen für die Anker die wirksame Fläche der textilen Bewehrung schwächen. / Shear resistance of structural members can be increased by different measures. So far only reinforcements from steel or fibre-reinforced plastic pasted on the surface have been acknowledged worldwide. Textile reinforced fine grained concrete, however, is still mostly an unknown option. Systematic research into the load bearing behaviour of this kind of shear strengthening as well as qualified design rules are missing. It is the aim of this thesis to analyse the possibilities of textile reinforced shear strengthening. Experimental investigations on RC beams with different cross sectional geometries provided information about the strengthening effect as well as common failure modes. The web deformations, which are crucial for the shear resistance, were recorded by photogrammetric measurements. A comparison of strengthened and unstrengthened specimen demonstrates significant differences. In case of the strengthened sample, the compressive strain of the averaged principle strain condition has a steeper inclination than in case of the unstrengthened specimen. This steeper inclination ensues from the applied strengthening. According to the calculated load-bearing capacity of the truss model, the steeper inclination results in less loads being removed by the steel stirrup reinforcement. Compared to the unstrengthened structural member, this lack in the load-bearing capacity has to be evened out by the strengthening layer before an increase in the load carrying capacity is possible. Secondly, the textile reinforcement limits the width of the occurring shear cracks. This could be proven by measuring the crack-width. The strengthening delays occurring shear cracks and restricts their widths and extension. Consequently, failure of the flexural compression zone induced by shear cracks only occurs under significantly higher loads than in unstrengthened RC members. In the traditional truss model of the steel stirrup reinforcement, the web reinforcements of a structural member have to be anchored in the flexural compression zone. However, external shear strengthening can be pulled up to the height of the flexural compression zone only rarely or with great effort. Often connected parts of the cross section prevent access to the compression zone. For the purpose of the experimental analysis, the specimens were fit with a U-shaped strengthening layer outside the calculated flexural compression zone. Nevertheless, the measured load-bearing capacities were distinctly higher than the load-bearing capacity of the unstrengthened reference beam. Consequently, anchoring the strengthening at the specimen’s web appears to be possible. The force balance of such an anchorage could be proved with the help of a newly developed strut-and-tie-model. The applicability of the model for calculating the load bearing capacity of the strengthening was checked by recalculating the corresponding test results. Additional structural measures for anchoring the strengthening were tested on separate bond specimens. Furthermore, various anchorage materials which increase the load carrying capacity of the interface between old and fine grained concrete through transverse pressure were tested. The best results could be achieved with pre-stressed anchorages. However, the resulting load-bearing capacity’s increase was only slight because the drill holes required for the anchors reduce the effective area of the textile reinforcement.

Textile reinforced concrete (TRC) is an innovative composite material, which is being intensely and practice-oriented investigated on national and international level. In the last few years this material has gained increasing importance in the field of civil engineering. In the context of the collaborative research project SFB 532 at the RWTH Aachen University, research was carried out to understand and to predict the behaviour of different yarn structures in fine grained concrete. Based on the results, innovative commingling yarns were made of alkali-resistant glass fibres and water soluble PVA. These hybrid yarns have an open structure, which improves the penetration of the textile reinforcement by the concrete matrix. Hence, the load bearing capacity of TRC structural elements was significantly improved. This paper presents a technique for the production of such commingling yarns for concrete applications. The mechanical properties of the new yarns are determined due to tensile stress tests. The bond behaviour of the commingling yarns was investigated by pull-out- and tensile stress tests on TRC-specimens. The results of the different tests are being presented and briefly discussed.

Dimensionierung und Konstruktion von Bewehrungstextilien für die Anwendung in Textilbeton werden in Abhängigkeit von der resultierenden Last im Bauteil durchgeführt. Um aus der Vielzahl möglicher Varianten von Bewehrungsstrukturen die passenden auszuwählen, wird ein reduziertes Beschreibungsschema zur Auswahl herangezogen. Als Anwendungsbeispiel wird eine komplexe Bewehrungsstruktur beschrieben, die für dünnwandige, selbsttragende Sandwichelemente genutzt wird. Die Sandwichelemente werden als Wandund Dachkonstruktion für ein 20 m² großes modulares Gebäude eingesetzt. Die Bewehrungsstrategie für die Elemente sowie die Herstellungstechnik und Prüfverfahren für die Bewehrung werden beschrieben. Zur Langzeitüberwachung der Sandwichelemente wird ein Monitoring-System verwendet.

In September 2000 the DAfStb issued a technical recommendation for the experimental assessment of structural safety and usability of concrete structures. By now, the influence of pavement or floor layers and of other factors on the load carrying capacity is not known exactly. In this thesis, it has been investigated how road pavements, the geometry and bridge caps reduce the actions on concrete bridge structures and how these influences should be taken into account in the experimental evaluation of the bending capacity by an additional test load increment. In co-operation with a local authority in Stralsund, Germany, comprehensive loading test could be performed at an abandoned concrete bridge with prefabricated girders. Between loading cycles, the pavement has been stepwise disassembled. In addition, the ultimate load of the structure as well as of an individual girder has been determined in fracture tests. By means of a hybrid analysis, i.e. a numerical simulation supported by experimental data, the influences of the pavement layers have been determined. These results were verified by experimental observations obtained in past bridge tests. The influence of the pavement layers on the load carrying capacity appeared to be as high as 28% at the maximum for the bridges investigated. Since the loading vehicle BELFA has been completed in March 2001, test loads can be applied now self-securing to bridges in the so-called large load circuit, i.e. the structure is loaded including supports and foundation. The technical concept, the principle and possible applications of the BELFA are described. The results presented will allow to determine the additional test load increment for compensating the influence of pavement layers, structural geometry and bridge caps in future experimental safety evaluations. For this analysis, the exact geometry of the structure, the thickness of the pavement layers as well as their material properties, especially the modulus of elasticity, have to be known. Guidelines for the analysis procedure as well as for simplifying assumptions are given. / Experimentelle Nachweise der Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit von Betonbauwerken sind seit September 2000 in einer DAfStb-Richtlinie geregelt. Der Einfluss mittragender Aufbauschichten und anderer Faktoren war bisher quantitativ unbekannt. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, wie Straßenbeläge, Bauwerksgeometrie und Kappen die Beanspruchung der Tragkonstruktion von Massivbrücken mindern und im experimentellen Nachweis der Biegetragsicherheit durch eine Überlast zu berücksichtigen sind. In Zusammenarbeit mit dem Straßenbauamt Stralsund konnten an einer Fertigteilträgerbrücke Belastungsversuche mit sukzessivem Rückbau des Fahrbahnaufbaus sowie Bruchversuche am Gesamtsystem und an ausgebauten Fertigteilträgern mit Ortbetonergänzung erfolgen. Mit Hilfe der hybriden Statik, also der Modifikation und Evaluation von Rechnungen anhand experimentell erlangter Messwerte, wurden die Einflüsse der Aufbauschichten quantifiziert und durch Auswertung weiterer Brückenbelastungsversuche verifiziert. Der Einfluss der Aufbauschichten betrug bei den untersuchten Brücken bis zu 28%. Seit der Inbetriebnahme des Belastungsfahrzeuges BELFA im März 2001 können Versuchlasten auch im großen Kräftekreislauf, d.h. am Gesamtsystem einschließlich Auflager- und Gründungssituation, selbstsichernd aufgebracht werden. Die Entwicklung des BELFA, seine Funktionsweise und seine Einsatzmöglichkeiten werden erläutert. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit ist es zukünftig möglich, die notwendige Überlast bei Belastungsversuchen zur Kompensation der Einflüsse aus Straßenbelag, Bauwerksgeometrie und Kappen mit genauem Aufmaß der Bauwerksgeometrie und der Schichtdicken sowie mit ingenieurmäßigem Abschätzen der Materialkennwerte (E-Moduli) hinreichend genau zu bestimmen. Handlungsempfehlungen geben Hinweise zur generellen Vorgehensweise sowie für vereinfachte Rechenannahmen.