Clara Walsemann, M.Sc.

• Baukonstruktion 1 - Stabtragwerke
• Baukonstruktion 2 - Wandbauten und Technisches Darstellen
• Baukonstruktion 3 - Skelettbauten
• Baukonstruktion 4 - Details
• Mauerwerksbau

• Tragwerksplanung im Bestand
• Tragwerksplanung im Mauerwerksbau

Ein Kooperationsprojekt des Lehrstuhls für Massivbau der Ruhr-Universität Bochum und des Fachgebietes Massivbau der Hochschule Bochum

Stahlbetonbauteile sind während ihrer Nutzungsdauer neben den eigentlichen Lasteinwirkungen zusätzlich Zwangeinwirkungen unterworfen. Diese ergeben sich immer dann, wenn ein Bauteil infolge von Betonschwinden oder infolge von Temperatureinwirkungen das Bestreben hat, sich zu verlängern oder zu verkürzen, durch seine Auflagerung aber an derartigen Verformungen gehindert wird. Die beschriebenen Zwangkräfte können rechnerisch nur mit erheblichem Aufwand exakt bestimmt werden und werden deshalb in der Praxis üblicherweise auf der sicheren Seite liegend abgeschätzt. Dadurch ergibt sich eine immense Verschwendung von Bewehrungsstahl, die sich vermeiden ließe, wenn einfach handhabbare Verfahren für eine wirklichkeitsnahe Abschätzung der Zwanglängskräfte in Stahlbetondecken existieren würden.

Im Rahmen des hier beschriebenen Forschungsprojektes soll ein Verfahren, mit dem die in Stahlbetondecken infolge von Temperatureinwirkungen auftretenden Zwangkräfte wirklichkeitsnah abgeschätzt werden können, entwickelt werden.

Hierfür wurden zunächst anhand kleinformatiger Versuchskörper in der Klimakammer des Labors für Baustoffe und Konstruktiven Ingenieurbau der Hochschule Bochum Zwangkräfte für bestimmte konstante relative Luftfeuchten und für bestimmte konstante Temperatureinwirkungen experimentell bestimmt.

Die Ergebnisse der Versuche wurden anschließend mit Hilfe der im Fachgebiet Massivbau eingesetzten FEM-Software DIANA im Rahmen von physikalisch nichtlinearen Simulationen analysiert. Die Werte einzelner Parameter (z.B. der Bruchenergie, der Verbundsteifigkeit, etc.) wurden in den FEM-Modellen so kalibriert, dass die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen mit möglichst genauer Übereinstimmung nachgerechnet werden können.

Anschließend wurde mit Hilfe des auf diese Weise gewonnenen FEM-Modelle, im Rahmen einer Parameterstudie die Zwangkräfte in einfeldrigen Stahlbetondecken unter vorgegebenen Temperaturbeanspruchungen ermittelt. Hierfür wurden praxisübliche Abmessungen, Betonfestigkeitsklassen, Bewehrungsabstände und Temperaturdifferenzen verwendet.

In einem weiteren Schritt wird eine Empfindlichkeitsstudie zum Einfluss ausgewählter Parameter auf die Entwicklung der Zwangkraft mithilfe stochastischer Verfahren durchgeführt.

Im letzten Schritt der Bearbeitung wird das Konzept der Bemessungsnorm DIN EN 1992-1-1 zur Berechnung der Rissbreiten infolge von Zwangkräften überprüft. Erste Vorarbeiten führen zu der Vermutung, dass das Konzept nicht gleichermaßen für die Berechnung der Rissbreiten infolge von „Zwang infolge von Temperatureinwirkungen“ und für „Zwang infolge von Betonschwinden“ geeignet ist. Da die Rissbreiten infolge von Zwangeinwirkungen der häufigste Grund für Bauschäden sind, soll hier eine Anpassung des Normkonzeptes erarbeitet werden, mit der derartige Bauschäden in Zukunft vermieden werden können.

Walsemann, C.; Albert, A.; Mark, P. (2022) Experimentelle und numerische Untersuchungen zu Zwangkräften aus Temperaturdifferenzen. Beton- und Stahlbetonbau 117, H. 11, S. 901–912.
doi.org/10.1002/best.202200061

Bachelor-Studium Bauingenieurwesen an der Hochschule Bochum

Vertiefungsrichtung: Konstruktiver Ingenieurbau

Thema der Bachelorarbeit: Physikalisch nichtlineare FEM-Simulationen des zeitabhängigen Verhaltens (Betonkriechen und -schwinden) von ungezwängten Stahlbetondeckenplatten

Auszeichnung: Jahrgangsbeste des Abschlussjahres

Master-Studium Bauingenieurwesen an der Hochschule Bochum

Vertiefungsrichtung: Konstruktiver Ingenieurbau

Thema der Masterarbeit: Entwicklung eines Bemessungskonzeptes zur
Bestimmung der Querkrafttragfähigkeit von Stahlbeton-Hohlkörperdecken

Auszeichnung: Jahrgangsbeste des Abschlussjahres

Werkstudentin bei der Ingenieursozietät Schürmann – Kindmann und Partner GbR

Wissenschaftliche Hilfskraft/ Tutorin im Fachgebiet Massivbau der Hochschule Bochum

Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Fachgebiet Baukonstruktion

Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Fachgebiet Massivbau Forschungsprojekt „Materialeffiziente Bemessung im Massivbau durch wirklichkeitsnahe Abschätzung von Zwangkräften“

• Tragwerksplanung eines Zweifamilienhauses (2018)
• Aussteifungsberechnungen von Mauerwerksgebäuden (2018)
• Tragwerksplanung für ein Mehrfamilienhaus mit Tiefgarage (2019)
• Tragwerksplanung eines Einfamilienhauses mit Carport (2019)
• Tragwerksplanung eines Zweifamilienhauses (2019)
• Tragwerksplanung eines Mehrfamilienhauses mit Staffelgeschoss und Tiefgarage (2020)
• Tragwerksplanung eines Wohngebäudes mit Garage (2020)
• Tragwerksplanung für ein Mehrfamilienhaus mit Penthouse (2020)
• Parameterstudie von auf Zwang infolge Temperatur beanspruchten Einfeldträgern mit Hilfe nichtlinearer FEM-Simulationen (2020)
• Untersuchung der Auflagersituation von einachsig gespannten Deckenplatten mit Hilfe nichtlinearer FEM-Analyse (2021)
• FEM-Analyse zur Nachrechnung von Bauteilversuchen zur Ermittlung der Zwangkräfte infolge einer Zugbeanspruchung (2021)
• Entwicklung eines FEM-Modells für physikalisch nichtlineare Simulationen mit streuenden Materialparametern (2022)
• Numerische Parameterstudie zu Zwangbeanspruchungen infolge von Temperatureinwirkungen (2022)
• Vergleich von äußeren Zugkräften mit Zwangkräften infolge von Temperaturbeanspruchungen mithilfe nichtlinearer FEM-Analysen (2022)
• Ermittlung der Zwangkräfte in Stahlbetondecken bei kombinierter Beanspruchung - Vergleich zwischen nichtlinearen FEM-Analysen und händischen Verfahren (2023)

• Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Begrenzung der Biegeschlankheit im Stahlbetonbau (2019)
• Numerische Untersuchungen zu Zwangbeanspruchungen infolge von Temperatureinwirkungen (2020)
• Experimentelle Untersuchungen zu Zwangbeanspruchungen bei Beton- und Stahlbetonbauteilen infolge von Temperaturänderungen (2020)
• Experimentelle Untersuchungen zur Entstehung von Zwangnormalkräften in Beton- und Stahlbetonbauteilen infolge von Temperaturbeanspruchungen (2021)
• Nichtlineare FEM-Analysen zur wirklichkeitsnahen Abschätzung von Zwangkräften infolge einer Temperatureinwirkung bei Stahlbetonbauteilen (2021)
• Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Bestimmung der Feuchteverteilung im grünstandfesten Beton (2021)
• Entwicklung und Durchführung eines Versuchsprogramms zur Ermittlung der Normalkraft infolge einer Temperaturbeanspruchung in gezwängten Beton- und Stahlbetonbauteilen (2021)
• Nichtlineare FEM-Untersuchungen zur Zwangkraftentwicklung infolge Temperatur bei statisch unbestimmt gelagerten Stahlbetonplatten (2022)