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Bauwerkssicherheit für Bevölkerungsschutz und kritische Infrastrukturen - Prognosemodell für Gebäudegefährdungen in hängigen Lagen

Im Rahmen des Gesamtprojekts 'Bauwerkssicherheit für Bevölkerungsschutz und kritische Infrastrukturen' des Bundesamts für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK) werden die möglichen Auswirkungen von Überflutungen infolge Starkregens auf Gebäude und kritische Infrastrukturen untersucht. Der Fokus liegt dabei auf den potenziell betroffenen, städtebaulichen Agglomerationen in Hang- und Tallagen, die weder an Fluss- noch Bachläufen liegen, sondern durch Oberflächenabfluss von Hängen, auf Straßen und austretendes Wasser aus Kanalsystemen gefährdet werden. In den letzten Jahren sind zwar einige Untersuchungen zur Erfassung und Abbildung dieses Gefahrenprozesses durchgeführt worden, die Entwicklung von geeigneten Methoden der Risikoanalyse, der Risikodarstellung in Karten und Medien sowie des Umgangs mit den Risikofolgen befindet sich aber noch in den Anfängen. Ziel der vorliegenden Untersuchung ist, das Verständnis für die auftretenden Prozesse zu verbessern und allgemein anwendbare Untersuchungsmethoden für diese Naturgefahr zu entwickeln bzw. auf Eignung und Übertragbarkeit zu testen. Weiterhin sollen verbesserte Erkenntnisse zu den schädigenden Einflüssen der Überflutungen auf die vorhandenen Gebäude und die Infrastruktur gewonnen werden. Entsprechende Vorgehensweisen zur Erfassung und Bewertung dieser Einflüsse und Schäden sind zu entwickeln und anzuwenden. In der Untersuchung werden die Niederschlags-, Strömungs- und Abflussvorgänge am Beispiel der Gemeinde Wachtberg und der Stadt Bonn im Einzugsgebiet des Mehlemer Bachs untersucht und die Auswirkungen auf die Bebauung detailliert abgebildet. Dieses Gebiet wurde am 03.07.2010 von einem heftigen Unwetterereignis mit Starkregen betroffen. Bei Erörterung der Zwischenergebnisse zu dieser Sachverständigenstudie mit anderen Behörden zeigte sich, dass die Frage der Berücksichtigung der örtlichen Kanalisationsdaten bei Starkregenuntersuchungen als sehr wichtig angesehen wird. Denn dieses relativ neue Thema der ausreichenden Kanaldimensionierung in der Siedlungswasserwirtschaft hat in den letzten Jahren aufgrund von Extremwetterereignissen und den damit verbundenen Schäden an Bedeutung zugenommen. So soll auch die Fragestellung untersucht werden, ob und wann bei Starkregen die örtliche Kanalisation überlastet wird und inwiefern dies mit dem Oberflächenabfluss zusammenwirkt.

Baustoffkreislauf im Massivbau (BiM), Konsequenzen aus den Materialeigenschaften von Recycling-Betonen zum Zwecke deren vergleichbarer Einstufung

Einstufung von Recycling- Beton im Vergleich zu Beton aus natürlichen Zuschlägen nach DIN 4226 im Hinblick auf seine mechanischen Eigenschaften. Untersuchung des Tragverhaltens von Bauteilen aus Recycling- Betonen an verschiedenen Querschnitten und Systemen. Überprüfung der Anwendbarkeit der Bemessungs- und Konstruktionsvorschriften gemäß EC2 / DIN 1045 auf Recycling-Betone nach sicherheitstheoretischen Gesichtspunkten.

Entwurfsmethodik und -werkzeuge für Offshore-Tragstrukturen über 25 m Wassertiefe

Kombination von Berechnungsverfahren und -programmen aus der Meerestechnik und der Windenergietechnik mit dem Entwicklungsziel einer Entwurfsmethodik für die Optimierung von Fachwerk- oder Dreibein-Tragstrukturen im Wassertiefenbereich über 25 m, wie sie für die Erschließung des deutschen Offshore-Windenergiepotenzials entscheidend sind.

Kolkprozesse an Brückenpfeilern

Mittels hydraulisch-sedimentologischer Modellversuche werden verschiedene Einflussfaktoren auf die Erosionstiefen an in Strömungen stehenden Brückenpfeilern untersucht, insbesondere der Einfluss hoher Fließgeschwindigkeit.

Geotechnik der Abfallstoffe, Teilprojekt: Berechnung der Standsicherheit und des Verformungsverhaltens von Deponien mittels konventioneller Verfahren und FE-Berechnungen

Beim Entwurf von Siedlungsabfalldeponien muessen die Standsicherheit der Deponie, die Verschiebungen in Muellkoerper und Untergrund sowie die auf die Abdichtung wirkenden Belastungen untersucht werden. Dazu bieten sich numerische Berechnungen nach der Finite-Elemente-Methode an, die es ermoeglichen, den Einfluss der Muelleigenschaften, der Deponiegeometrie sowie des Aufbaus Dichtungselemente, der Eigenschaften der einzelnen Komponenten der Abdichtung sowie des Untergrundes zu beruecksichtigen. Siedlungsabfaelle unterscheiden sich in ihrem Spannungs-Verformungsverhalten stark von Lockergesteinen. In diesem Forschungsprojekt werden deshalb verschiedene bodenmechanische Stoffgesetze auf ihre Eignung zur Beschreibung des Spannungdehnungsverhaltens von Siedlungsabfaellen untersucht und neue Ansaetze zu einer verbesserten Beschreibung der inneren Lastabtragung entwickelt. Auf der Basis dieser Stoffgesetze werden in Finite-Elemente- Berechnungen die in Deponiekoerper und Abdichtung entstehenden Spannungen und Verformungen untersucht.

Entwicklung von Messtechnik zur Beprobung kontaminierter Betonbaukörper kerntechnischer Anlagen während des Rückbaus, Teilvorhaben: Analytik für die Beprobung von Beton

Entwicklung von Messtechnik zur Beprobung kontaminierter Betonbaukörper kerntechnischer Anlagen während des Rückbaus, Teilvorhaben: Elektronische Ergebnisdokumentation, Beprobungsplanung und Wissensmanagement

Entwicklung von Messtechnik zur Beprobung kontaminierter Betonbaukörper kerntechnischer Anlagen während des Rückbaus, Teilvorhaben: Entwicklung von Werkzeugen zur In-Situ-Analyse von Betoneigenschaften, Radionukliden und hydraulischer Loch-zu-Loch-Permeabilität sowie Befundkartierung

PULaCell: (FSP: biob. Kunststoffe): Biobasierte Polyurethan Verstärkungslamelle mit Cellulosefasern für Holzkonstruktionen, Teilvorhaben 3: Untersuchungen zum Einsatz von biobasierten Verstärkungsfasern

Die Holzkonstruktionsbauweise erlebt seit einigen Jahren einen starken Zuwachs, insbesondere auch in Deutschland. Gesamtziel des Vorhabens ist die erstmalige Herstellung einer biobasierten Verstärkungslamelle für Holzkonstruktionen, welche die in Außenanwendungen im Baubereich notwendigen Funktionalitäten Bewitterungsstabilität und Flammschutz bereits intrinsisch beinhaltet und weiterhin die dort auftretenden Zugkräfte aufnehmen kann. Dazu kombiniert PULaCell die hervorragenden Eigenschaften eines neuen biobasierten PU-Harzes mit hochfesten Cellulosefasern im kontinuierlichen Pultrusionsverfahren. Hiermit eröffnet sich ein Zugang zu einer biobasierten und kostengünstigen Alternative mit homogener Qualität für den Holzbau. Zur Bewertung des Verfahrens wird im Rahmen des Vorhabens eine vollständige Ökobilanz durchgeführt werden. Im Rahmen des ITCF-Teilvorhabens wird die Verstärkungsfaser für die Herstellung pultrudierter Faserverbundwerkstoffe mit biobasierter PU-Matrix modifiziert. Das Projekt ist in sechs Arbeitspakete (AP) strukturiert. AP1 erarbeitet die detaillierten Produktspezifikationen und das Lastenheft für die Verstärkungslamelle. Auf dieser Basis werden in AP2 die biobasierte PU-Matrix, in AP3 die biobasierte Verstärkungsfaser und in AP4 die Prozesstechnologie zur Herstellung der Verstärkungslamelle entwickelt. In AP5 wird die Implementation dieser Arbeiten in den industriellen Maßstab betrachtet sowie die Demonstratoren hergestellt. AP6 begleitet alle Arbeitspakete durch die Projektlaufzeit und führt eine umfassende technische, wirtschaftliche und ökologische Bewertung durch. Das ITCF befasst sich insbesondere in AP3 mit der Herstellung und Modifizierung der hochfesten Cellulosefaser zur Anbindung an die biobasierte Polyurethan-Matrix im pultrudierten Faserverbundwerkstoff.

Teilprojekt 10: Entwicklung einer Verstärkungslösung mit Carbonbeton an einem Brückenbauwerk, Teilprojekt 13: Grundlagen der Standardisierung von Carbonbeton

Um einen neuen Werkstoff in der Praxis zu etablieren, sind technische Regeln von besonderer Bedeutung. Auf Basis vorhandener und aktueller Forschungsergebnisse aus dem Verbundforschungsvorhaben C3 sollen Grundlagen für eine DAfStb-Richtlinie zur Herstellung und Verwendung von Carbonbeton erarbeitet werden. Neben Bemessungsverfahren für konstruktive Bauteile und Verstärkungsmaßnahmen mit Carbonbeton sollen Anforderungen an den Beton und die Carbonbewehrung enthalten sein sowie Hinweise für die Ausführung gegeben werden. Die VDZ gGmbH (VDZ) erarbeitet zusammen mit dem Deutschen Ausschuss für Stahlbeton e. V. (DAfStb) und dem Deutschen Beton- und Bautechnik - Verein e. V. (DBV) zunächst eine Definition des Geltungsbereiches sowie Anforderungen an Carbonbeton und seine Ausgangsstoffe. Der Geltungsbereich der Anwendung von Carbonbeton wird zusammen mit den Projektpartnern festgelegt. Des Weiteren sollen bisherige Ergebnisse aus den B-Projekten des C3-Gesamtvorhabens sowie aktuelle Literatur in Kooperation mit weiteren Projektpartnern konsolidiert, bewertet und mit bestehenden Regelwerken verglichen werden, um Grundlagen für die Erstellung neuer Regelwerke erarbeiten zu können. Der VDZ verantwortet hierbei vor allem die Fragestellungen zum Baustoff Beton. Ausgehend vom Vergleich mit bestehenden Regelwerken werden eventuelle Lücken aufgedeckt und weitere Forschungsprioritäten mit den Teilvorhaben der verschiedenen Projektpartner in den weiteren Arbeitspakten abgestimmt. Aufbauend auf dem Basisvorhaben B3 sowie den derzeit gültigen nationalen und europäischen Normen soll ein Sicherheitskonzept für Carbonbeton und seine Ausgangsstoffe erarbeitet werden. Hierfür werden die von den Projektpartnern erarbeiten Kennwerte für Carbonbeton herangezogen.

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