Zur Ermittlung der Verformungen von Stahlbetonbauteilen im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

In Beton‐ und Stahlbetonbau 104, Heft 8, wurden die für die Ermittlung der Verformungen von Stahlbetonbauteilen benötigte Normalkraft‐mittlere Dehnungslinie, bzw. Biegemoment‐mittlere Krümmungslinie erläutert. Ein Rechenmodell und ein dazugehöriges Näherungsverfahren sowie deren praktische Anwendungen werden hier vorgestellt. Abschließend wird ein Vorgehen zur Vordimensionierung mit begleitenden Hilfsmitteln dargestellt. About the Calculation of Displacements of Reinforced Concrete Members in the Servicebility Limit State In Beton‐ und Stahlbetonbau 104, issue 8, the determination of axial tensile force – average strain, respectively bending moment – average curvature diagrams, in order to calculate the displacements of reinforced concrete members, were explained. A calculation model for the deformations, an approximation of it, and their practical applications are explained. Finally, a method for preliminary dimensioning with accompanying diagrams and tables is presented.     

Bauteile aus Stahlfaserbeton und stahlfaserverstärktem Stahlbeton

Mit der zu erwartenden Einführung der Richtlinie “Stahlfaserbeton” des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) entsteht für den Verbundwerkstoff Stahlfaserbeton ein neues, breites Spektrum an zusätzlichen Anwendungsmöglichkeiten. Durch die Wirkung der Fasern im Beton können nach Überschreitung der Betonzugfestigkeit nennenswerte Kräfte zwischen den Rissufern übertragen und bei der rechnerischen Erfassung des Tragverhaltens berücksichtigt werden. Im Aufsatz werden Vorgehensweisen, Hilfsmittel und ein auf Tabellenkalkulationen und Optimierungsmethoden basierendes Programm zur Biegebemessung und Verformungsabschätzung von Querschnitten und Systemen aus Stahlfaserbeton und stahlfaserverstärktem Stahlbeton entwickelt. Grundlage sind die bekannten Bemessungsansätze und ‐hilfsmittel für Stahlbetonquerschnitte. Die Anwendung der Hilfsmittel – auch für Verformungsabschätzungen auf Basis nichtlinearer Verfahren – zeigen zwei Beispiele. Structural Elements of Steel Fibre Reinforced Concrete with or without Bar Reinforcement Tools for Design and Deflection Estimations according to the Guideline “Stahlfaserbeton” by DAfStb The expected release of the guideline “Stahlfaserbeton” by ‘German Committee for Reinforced Concrete’ (DAfStb) offers a wide application range for the composite material steel fibre reinforced concrete (SFRC). Due to additional steel fibres in concrete considerable tension forces can be transferred between crack edges after reaching plain concrete's tensile strength. These forces can be accounted for in calculation of load bearing capacity. Adapted from common design methods and tools for plain reinforced concrete new procedures, tools and a computer application – based on spreadsheet analysis and optimisation methods – for SFRC are presented in this article. These allow for both bending design as well as deflection estimation of crosssections and structural systems made of SFRC with and without additional rebars. Their application – also in case of deflection estimation using non‐linear methods – is demonstrated in two elaborated examples.     

Vergleich statischer und dynamischer Methoden zur Zustandsbewertung von Stahlbeton‐ und Spannbetontragwerken

Risse in Stahlbeton‐ und Spannbetontragwerken führen zu einem Steifigkeitsverlust, der die statischen und dynamischen Eigenschaften der jeweiligen Struktur beeinflusst. Eine klassische Methode zur Bestimmung statischer Kennwerte sind Probebelastungen, bei denen gemessene Verformungen mit rechnerischen Werten abgeglichen werden und somit einen Rückschluss auf die Tragfähigkeit der Struktur ermöglichen. Bei Bauwerken wie Brücken können derartige Tests sehr kosten‐, zeit‐ und materialaufwändig sein und erfordern häufig eine längerfristige Sperrung. Des Weiteren müssen die gemessenen Verformungen vor Ort durch erfahrene Ingenieure überwacht werden, um gegebenenfalls bei Überschreiten kritischer Werte den Test abzubrechen. Auch die dynamischen Eigenschaften von Strukturen werden maßgeblich durch die Steifigkeit beeinflusst und können in vielen Fällen schnell und mit wenig Aufwand bestimmt werden. Im Rahmen dieses Aufsatzes werden die Ergebnisse statischer und dynamischer Untersuchungen zur Zustandsbewertung, durchgeführt an Stahlbeton‐ und Spannbetonbauteilen im Labor und an einer schrittweise geschädigten Spannbetonbrücke, hinsichtlich ihrer Sensibilität auf Schäden und Handhabbarkeit in der praktischen Anwendung gegenübergestellt. Comparison of Static and Dynamic Methods to Assess the State of Reinforced and Prestressed Concrete Structures Cracks in reinforced and prestressed concrete structures lead to a reduction in stiffness and therefore to an influence on the static and dynamic properties. A conventional method to assess the static characteristics are static load tests which enable to correlate measured deformations with calculated values and to draw conclusions about the loading capacity. In case of bridges, these tests can be very cost‐intensive and time‐consuming and often require a closure of the bridge. Furthermore the measured deformations have to be examined in situ, in order to abort the test if the deformations exceed critical values. As well, the dynamic properties are affected by changes in stiffness and in many cases they can be quickly determined without large effort. Within this article the results of static and dynamic tests with laboratory reinforced and prestressed concrete structures and tests on a gradually damaged prestressed concrete bridge are presented. The results are compared with regard to the sensitivity of the different methods to damage.     

Untersuchungen zur Anwendung von UHPFRC‐Tübbingen bei der zweischaligen Tunnelbauweise

Faserbewehrter Beton wird heute zunehmend auch bei Tunnelbauwerken (Tunnelinnenschalen, Tübbinge) eingesetzt. Wesentliche Vorteile sind das hohe Tragvermögen, das daraus entstehende Einsparungspotential an herkömmlicher stabförmiger Bewehrung (Biegebewehrung, Bügelbewehrung in der Randzone), die Aufnahme von Spaltzugbeanspruchungen durch die Fasern, Rissbreitenbegrenzung, erhöhte Dauerhaftigkeit, verbesserter Brandwiderstand (insbesondere bei Verwendung von Kunststofffasern), Optimierung der Arbeitsabläufe etc. Neue Entwicklungen in der Betontechnologie haben in den letzten Jahrzehnten den faserbewehrten ultrahochfesten Beton (engl. UHPFRC – Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete) hervorgebracht. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einsatz des ultrahochfesten, stahlfaserbewehrten Betons beim zweischaligen Tübbingausbau untersucht. Als Referenzobjekt dient die derzeit im Bau befindliche Tunnelkette Perschling, die im Zuge des viergleisigen Ausbaus der Westbahnstrecke der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) in Niederösterreich errichtet wird. Ziel der statischen Untersuchung ist es, unter der Randbedingung, dass die maximalen Verformungen des C 40/50‐Normalbetontübbings gemäß Ausschreibungsstatik nicht überschritten werden, herauszufinden, inwieweit die Schalendicke durch Einsatz einer alternativen UHPFRC‐Tübbingschale reduziert und dadurch wirtschaftliche Vorteile generiert werden können. Investigations on the application of Ultra‐High‐Performance‐Fibre‐Reinforced‐Concrete (UHPFRC) tunnel segments at the double shell lining construction. Today fibre reinforced concrete is increasingly applied for tunnel construction (tunnel linings, tunnel segments). The essential benefits are e.g. the higher load bearing capacity, savings potential on the conventional bending and binder reinforcement, the absorption of splitting forces by the fibres, crack width limitation, higher durability, improved fire resistance, optimization of the workflow, etc. Beside the steel fibres carbon or glass fibres and polypropylene fibres are being added increasingly. Recent developments in concrete technology have produced the Ultra‐High‐Performance Fibre‐Reinforced‐Concrete. This work examines the use of UHPFRC at the double shell segmental lining system. As reference object serves the currently constructed tunnel chain Perschling which is part of the four track west railway route extension in Lower Austria. The aim of the analysis is the design of an alternative UHPFRC shell with minimum thickness while maintaining the constraint that the deformations are not exceeding those in the tender design with its C 40/50 reinforced concrete segments.     

Ein elasto‐plastisches Materialmodell zur realistischen Berechnung der Verformungen mechanisch überhöhter Stahl‐ und Verbundträger

Zur anteiligen Kompensation der Verformungen von Stahl‐ und Verbundträgern werden diese häufig überhöht eingebaut. Wird die Überhöhung durch eine mechanische Beanspruchung (Boxen) aufgebracht, so besitzt der Stahlträger bereits im Einbauzustand plastische Dehnungen. Wie von Grages in [3] gezeigt, führt dies bei der Rückbelastung zu einer Abnahme der Steifigkeit. Dieses Phänomen ist auch als Bauschinger‐Effekt [2] bekannt und kann bei praktischen Verformungsberechnungen zu einer Unterschätzung der tatsächlich auftretenden Deformationen führen. In dem aktuellen Aufsatz wird ein ratenunabhängiges elasto‐plastisches Materialmodell mit linearer und nichtlinearer isotroper sowie nichtlinearer kinematischer Verfestigung vorgestellt, welches eine realistische Abschätzung der Verformungen erlaubt. Das gezeigte Materialmodell ist durch die geringe Anzahl an Eingangsparametern sehr einfach anwendbar. Eine gezielte Anpassung der einzelnen Parameter wird in anschaulicher Form dargestellt. Die Qualität des Modells wird anhand der Nachrechnung von in [3] durchgeführten Versuchen überprüft. An elasto‐plastic material model for realistic calculation of the deformations of mechanical cambered steel‐ and composite girders. Steel and composite girders are often cambered before they are embedded into structures to compensate deflections. In case of a mechanical pre‐deformation via a hydraulic press the steel girder contains plastic strains before assembly. As shown by Grages [3] this leads to a reduction of stiffness and strength during reverse loading. This phenomenon is also known as the Bauschinger‐Effect [2] and may lead to an underestimation of the real deformation during a structural analysis. In this paper a rate‐independent elastoplastic material model with linear and nonlinear isotropic as well as nonlinear kinematic hardening is introduced which allows a realistic estimation of deformations. The material model presented can be easily applied due to its low number of parameters. A straightforward algorithm to adjust the single parameters is described. The quality of the model is verified by a recalculation of experimental data from [3].     

Berücksichtigung der Fließgeschwindigkeit bei Hochwasser‐Schadensmodellen

Die Quantifizierung der Schadenspotentiale infolge Hochwasser setzt realistische Zusammenhänge zwischen Einwirkungs‐ und Verlustkenngrößen voraus. Da sich herkömmliche Schadensfunktionen auf den Zusammenhag zwischen Fluthöhe und den versicherungsseitig nachvollziehbaren Kosten für eine bestimmte Nutzungsklasse (wie. z. B. private Wohngebäude) beschränken, fehlt zum einen die notwendige Differenzierung nach den für die Widerstandsseite relevanten Merkmalen, zum anderen bleiben weitere Einwirkungsgrößen wie die Fließgeschwindigkeit unberücksichtigt. Auf der Grundlage einer einheitlichen Datenerhebung wurde ein System entwickelt, mit dem die strukturelle Schädigung eines Bauwerks oder eines betroffenen Bauwerksbestands für konkrete Hochwasserszenarien bestimmt werden kann. Dieses Instrumentarium wird erweitert, so dass der Zusammenhang zwischen den Einwirkungskenngrößen Überflutungshöhe und Fließgeschwindigkeit und dem strukturellen Schaden hergestellt werden kann. Die Studie stützt sich auf dabei zwei Datensätze, die nach dem Hochwasser 2002 erhoben wurden: – Datensatz 1 bezieht sich auf eine schriftliche Befragung, welche zwischen 2002 und 2004 in Sachsen durchgeführt wurde. – Datensatz 2 stellt dabei das Ergebnis einer Auswertung von Schadensgutachten im Auftrag der Landestalsperrenverwaltung Sachsen dar. Im Ergebnis kann ein neuartiger Typ von Verletzbarkeitsfunktionen bereitgestellt werden, der den Zusammenhang zwischen Überflutungshöhe, Fließgeschwindigkeit und den Schadensgraden D_i in Abhängigkeit von der konkreten Bauwerksverletzbarkeit beschreibt. Mit Hilfe ebenfalls neu entwickelter Schadensfunktionen werden die so berechneten Schadensgrade in konkrete Verlustaussagen überführt. Wie an drei Testgebieten im Freistaat Sachsen nachgewiesen werden kann, gelingt es mit diesen Funktionen, die gemeldeten Verluste infolge des Hochwassers 2002 in guter Übereinstimmung nachzuvollziehen. Im Weiteren werden erste Untersuchungen zum Einfluss der städtebaulichen Einbindung und der Anströmrichtung auf die strukturellen Schäden vorgestellt. Consideration of flow velocity in flood damage models. Reliable prognoses of building damage caused by flood impact require realistic relationships between action and damage or loss describing parameters. Due to the fact that commonly applied damage functions are related to the different usage classes (i.e. private housing), the required differentiation according to the parameters on the resistance side is still missing and further impact parameters like flow velocity remain unconsidered. On the basis of the August 2002 Saxony flood data base, a method to determine the structural damage for any given flood scenario was developed. This method is improved to consider the correlation between inundation level and flow velocity and structural damage. The study is based on two different datasets collected after the flood 2002 in Saxony: – Dataset 1 is related to the outcome of a questionnaire survey performed by the authors between 2002 and 2004. – Dataset 2 is the outcome of an evaluation of damage expertises by order of the “Landestalsperrenverwaltung Sachsen”. A set of new Specific Vulnerability Functions (SVF) for calculation of damage grades is derived considering the inundation level and the flow velocity depending on the vulnerability of the predominant building types. Based on new developed Specific Damage Functions (SDF) the calculated damage grades are transferred into loss estimates. The developed tools are applied to the reinterpretation of the August 2002 flood damage. Results of the approach are presented for three different study areas in the free state of Saxony. In all cases a remarkable good agreement between the predicted and the reported loss can be stated. First investigations with respect to the location of buildings, the direction of inflow and the structural damage are represented.     

Versuche zur Tragfähigkeit von Ankerplatten mit einbetonierten Kopfbolzendübeln in schmalen Stahlbetonstützen

Müssen große Lasten von Stahl‐ in Betonbauteile eingebracht werden, sind Ankerplattendetails mit aufgeschweißten Kopfbolzendübeln oft praktikable Lösungen. Dies gilt auch für die Befestigung von Stahlträgern an Stützen aus Stahlbeton. Hier können die Ankerplatten z. B. bauseits an der Schalung befestigt und mit dem Ortbeton einbetoniert werden. Die Dimensionierung dieser Einbauteile kann, wie auch die Berechnung von nachträglich installierten Befestigungsmitteln, derzeit nach Europäischen Technischen Zulassungen (ETA) erfolgen. Im Unterschied zu nachträglich installierten Befestigungen ist für die Ankerplatte mit einbetonierten Kopfbolzendübeln eine rechnerische Nutzung der Tragfähigkeit der Bewehrung möglich. Allerdings führen die diesbezüglichen Regelungen – im Vergleich zu den in den Versuchen ermittelten Tragfähigkeiten – rechnerisch zu stark eingeschränkten Tragfähigkeiten. Dies beruht einerseits auf der Reduktion der Tragfähigkeit wegen geringer Randabstände und andererseits auf der stark eingeschränkten Nutzbarkeit der Bewehrung. Im folgenden Beitrag werden Versuchsergebnisse vorgestellt, welche den Einfluss der Betondruckfestigkeit, der Verankerungslänge, der Lastexzentrizität sowie der Bewehrungsmenge und ‐position auf das Versagensgeschehen und die Tragfähigkeit zeigen. Results of Experimental Investigations on the Load‐Bearing Capacity of Steel Anchor Plates with in Concrete Encased Headed Studs in Reinforced Narrow Concrete Columns Anchor plates with welded shear studs are often used to transfer high loads from steel to reinforced concrete elements. This is for example the case for the fixation of steel beams to reinforced concrete columns. The anchor plates are fixed on site on the formwork and cast in‐place in the concrete. The design is calculated according to European Technical Approvals like the design of post‐installed anchors. In contrast to post‐installed fastenings, the utilisation of the reinforcement of in concrete encased headed studs is theoretically possible. But the regulations of the ETAs lead to great reductions in the analysed load‐bearing capacities compared to the capacities, obtained in tests. These tests have been conducted to investigate the load bearing behaviour and failure modes of anchor plates, especially in narrow reinforced concrete columns. In the following article the results of the experimental investigations are presented, which show the influence of concrete compression strength, shear stud length, load eccentricity as well as amount and position of reinforcement.     

Der Eurocode 2 für Deutschland – Erläuterungen und Hintergründe

Der neue Eurocode 2: “Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton‐ und Spannbetontragwerken – Teil 1‐1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau” (EC2‐1‐1) mit seinem Nationalen Anhang ist nach einer ausführlichen Erprobungsphase bereit zur bauaufsichtlichen Einführung in Deutschland. In mehreren Beiträgen sollen Erläuterungen und Hintergründe zu einigen Regelungen im Eurocode 2 und zu den Entscheidungen für Regeln im Nationalen Anhang vorgestellt werden, die entweder zu Änderungen gegenüber DIN 1045‐1 oder zu Abweichungen vom Eurocode 2 führten. Der Teil 3 enthält Erläuterungen zur Begrenzung der Spannungen, Rissbreiten und Verformungen. The Eurocode 2 for Germany – Explanations and Backgrounds Part 3: Limitation of Stresses, Cracks and Deformations The new Eurocode 2 “Design of concrete structures – Part 1‐1: General rules and rules for buildings” (EC2‐1‐1) and its National Annex has undergone a phase of detailed testing and is now ready for the implementation in Germany. In some articles should be given explanations and backgrounds of some rules in Eurocode 2 and of decisions for rules in the National Annex, which have been taken either to changes compared with DIN 1045‐1 or to differences to Eurocode 2. Article 3 contains explanations for the limitation of stresses, cracks and deformations.     

Ganzfertigteile bei der Verbundfahrbahnplatte der Bahretalbrücke – Eine Revision nach Ausführung und baubegleitender messtechnischer Überwachung

Fertigteilbauweisen für die Herstellung der Fahrbahnplatten von Verbundbrücken konnten sich bei kleineren Brücken bereits durchsetzen. Verschiedene Bautypen wurden entwickelt: die VFT‐Bauweise, die Halbfertigteilbauweise, die Ganzfertigteilbauweise. Im Großbrückenbau ist die Anwendung, zumindest in Deutschland, bisher auf einzelne Fälle beschränkt geblieben und eine abgeschlossene Stufe der Entwicklung noch nicht erreicht. Die Ganzfertigteilbauweise, wie sie bei der Bahretalbrücke eingesetzt wurde, stellt eine Möglichkeit dar, die Vorteile der deutlich schnelleren Herstellung der Fahrbahnplatte im Großbrückenverbundbau effektiv zu realisieren. Besonderes Augenmerk ist bei der Bemessung und Konstruktion auf die Rissproblematik zu legen. Die hier aufgetretenen Rissbildungen begründen sich durch die unterschiedlichen Materialeigenschaften und Herstellungszeitpunkte der Fertigteile und der Ortbetonergänzungen. Mit Hilfe des baubegleitenden Messprogramms für die Bahretalbrücke konnten die Rissbildungen sowie insbesondere die Spannungen in den Anschlussbewehrungen der Fertigteile gut nachvollzogen werden. Letztere liegen aufgrund des “Sammelrisseffektes” deutlich über den Spannungen der Ortbetonbewehrung und können nicht einfach am Zustand II‐Querschnitt berechnet werden. Zusammenfassend kann für die Bahretalbrücke eine gute Beurteilung der Bauweise gegeben werden. Prefabricated elements for the floor system of Bahretalbridge. The construction of floor systems of composite bridges, using prefabricated elements in concrete, could already achieve acceptance for smaller bridges. Different types were developed: VFT‐types, semi‐precast construction, precast construction. So far there are only a few cases of prefabricated elements in concrete for bigger bridges in Germany. Using the precast construction presents a possibility to produce floor systems faster and more effective, as done with the Bahretalbridge. Special attention is to be turned to the calculation and construction of the crack formations. The crack formations seen in this particular construction happened because of the different material property and the production time of the prefabricated elements as well as the addition of floor systems. During the construction progress several measurements helped to understand the appearance of the crack formations. The stresses of the reinforcement between prefabricated elements and the in‐situ concrete are much higher due to the effect of accumulated cracks. Summarizing the construction of the Bahretalbridge was done in a decent way and deserves a positive evaluation.     

Anwendung der Zonenmethode für brandbeanspruchte Stahlbetonstützen

Die Heißbemessung von Stahlbetonstützen mit der Zonenmethode (Vereinfachtes Verfahren) ist nach Eurocode grundsätzlich möglich und in verschiedenen europäischen Normen bereits eingeführt. In Deutschland wird das Verfahren für die Stützenbemessung in Zukunft jedoch voraussichtlich abgelehnt, da sich die Ergebnisse teilweise nicht mit denen der anerkannten Allgemeinen Verfahren decken. Ein Grund für die Diskrepanz der Ergebnisse der verschiedenen Methoden liegt nach Einschätzung der Autoren in der teilweise nur unzureichenden Dokumentation bzw. Regelung der Zonenmethode. Dass z. B. die Zonenmethode als Verfahren der Plastizitätstheorie angelegt ist, jedoch als nichtlineares Verfahren verwendet wird, führte bereits zu wesentlichen Fehlinterpretationen bzw. Missverständnissen. Dieser Aufsatz zeigt daher eine kurze Darstellung der ursprünglichen Annahmen sowie eine Herleitung der Zonenmethode nach Hertz. Im Hauptteil des Aufsatzes wird anhand von dokumentierten Eichbeispielen gezeigt, wie die Zonenmethode für Druckglieder in der Praxis anzuwenden ist, damit die Traglast und das Last‐Verformungsverhalten bezogen auf die Allgemeinen Verfahren ausreichend genau bestimmt werden können. Use of a Simplified Method (Zone Method) for Concrete Columns Exposed to Fire Eurocode 2 provides a fire resistance check for concrete columns called zone method (simplified calculation method). Some European countries already allow this check. Germany will probably reject this method for concrete columns, as the results from the zone method partly differ from the accepted advanced method. In the authors' opinion, one reason for the differences might be lack of documentation or lack of detailed rules for the zone method. Using the zone method as a nonlinear method – even though it is based on the assumptions of plastic theory – already lead to decisive misinterpretations or misunderstandings. Hence, this article shows briefly the original assumptions and derivation of basic formulas for the zone method according to Hertz. The use of the zone method for compression members is demonstrated with documented calibrating examples. It is displayed, how to calculate the ultimate load and the load‐bearingbehaviour with adequate accuracy.     

Zur Auswahl eines geeigneten Verfahrens für die Berücksichtigung der Mitwirkung des Betons auf Zug

Die Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Berücksichtigung der Mitwirkung des Betons auf Zug sollte nach DIN 1045‐1:2001‐07, 8.5.1 (9), in Abhängigkeit von der jeweiligen Bemessungsaufgabe getroffen werden. In den Erläuterungen zu DIN 1045‐1 wird im Heft 525 des DAfStb als einziges Verfahren nur die Verringerung der Betonstahldehnung mit einer modifizierten Spannungs‐Dehnungslinie für Betonstahl erläutert. Verfahren, die mittlere wirksame Betonzugspannungen in der Betonzugzone berücksichtigen, werden erwähnt aber nicht erläutert. Mit den Ergebnissen nachgerechneter Moment‐Verkrümmungs‐Werte von Stahlbetonröhren aus drei Versuchen mit unterschiedlichen Längskräften wird gezeigt, dass die Mitwirkung des Betons auf Zug mit dem Verfahren nach Heft 525 DAfStb nur bei reiner Biegung befriedigend erfasst wird. Bei Biegung mit Längskraft werden besser mittlere wirksame Betonzugspannungen berücksichtigt. Es werden vier unterschiedliche Ansätze für die Betonzugspannungen besprochen. On the selection of an adequate method for considering the contribution of concrete in tension. The selection of an adequate method for considering the contribution of concrete in tension should according to DIN 1045‐1:2001‐07, 8.5.1 (9), be chosen with respect to the particular design problem. The explanations to DIN 1045‐1 in book 525 from DAfStb describe only one method, the method which reduces the steel strain taking a modified stress‐strain relationship into account. Methods that consider mean effective concrete stresses in tension are mentioned but not explained. The results of recomputed moment‐curvature values from three tests with different longitudinal forces show that the method in book 525 DAfStb covers the contribution of concrete in tension only for reinforced concrete members without longitudinal forces. For members with longitudinal forces methods with mean effective concrete stresses give better agreements. Four different assumptions for the concrete stresses in tension are discussed.     

Static tests on road bridge made from steel corrugated plates

Statische Versuche an Straßenbrücken aus Stahlwellblechen. Der Beitrag behandelt eine neue Bogenbrücke aus Stahlwellblechen, die Straßenbrücke über den Plawna‐Fluß zwischen Bystrzyca Klodzka und Ladek Zdroj in Stary Waliszow, Polen. Die Brücke ersetzt eine alte Steinbogenbrücke, die infolge der Flut im Jahre 1997 zerstört wurde. Die Stahlbrücke ist auf zwei Einzelfundamenten aus Stahlbeton gegründet. Ihre effektive Stützweite beträgt 10,00 m und ihre lichte Höhe 4,02 m. Es werden Versuchsergebnisse vorgestellt, die sich aus drei statischen Lastfällen nach vier Jahren Betriebsdauer ergaben. Die Mittelwerte der gemessenen Verschiebungen und Verformungen in ausgewählten Punkten und Elementen der Stahl‐Schalenkonstruktion lagen deutlich unter den für dieselbe Last errechneten Werten. Seit diese Art von Brückenentwürfen mehr und mehr für kleine und mittelgroße Brücken übernommen wird, können die aus den vorgestellten Versuchen gezogenen Schlußfolgerungen für die gesamte Klasse solcher Brückenkonstruktionen verallgemeinert werden.     

Bauphysikalische, ökologische und ökonomische Bewertung von geförderten Sanierungskonzepten in Wien

In diesem Beitrag wird die Nachhaltigkeit von Gebäudesanierungen untersucht, wobei die Reduzierung des Energieverbrauchs das oberste Ziel ist, was mit bis zu 80 % erreicht werden kann. Während in anderen Großstädten Europas das Konzept der Flächensanierung praktiziert wurde und wird, wird in Wien die “sanfte Sanierung” propagiert und auch gefördert. Die Stadt Wien hat dafür verschiedene Sanierungskonzepte bei der Hand. In dieser Untersuchung werden die verschiedenen geförderten Sanierungskonzepte anhand eines realen Beispiels gezeigt und rechnerisch überprüft. Ein Vergleich der verschiedenen Konzepte beleuchtet die einzelnen Punkte der Sanierung: Energieeffizienz, Sanierungskosten, Belastung für den Eigentümer bzw. Mieter der Wohnungen und Belastung für den Fördergeber (Land Wien). Die Ergebnisse ausgeführter Sanierungskonzepte brachten folgende Erkenntnisse bzw. Problemstellungen: – die Sanierungsmaßnahmen kommen hauptsächlich den Mietern zugute, während der Kostenträger (Eigentümer) nur die Wertsteigerung als Nutzen hat; – mangelnde Bereitschaft der Bewohner zur Sanierung; – erhebliche Mehrkosten für Passivhaustechnik; – zu geringe höchstzulässige Gesamtsanierungskosten. Evaluation of retrofitting concepts and municipal sponsoring in Vienna. Major energy efficiency improvements can be achieved via building stock retrofit. While in some major cities in Europe, mostly large‐area building retrofit measures have been targeted; in Vienna a gradual thermal improvement of the building stock has been practiced. Thereby, a number of different instruments and programs have been promoted by the regional government. In the present contribution, a number of such programs are compared and evaluated based on the demonstrative case of a concrete example. Thereby, multiple related issues were addressed: energy efficiency, retrofit expenses, burden for the building owners and tenants, and burden for the funding agency (Municipal of Vienna). The results suggest: – the main beneficiary of retrofit programs are typically the tenants. The landlords benefit indirectly due to the appreciation of property value; – there is a certain lack of willingness on the side of the occupants toward thermal building retrofit measures; – achieving passive house standard in the course of retrofit measures cause significant additional costs; – permissible (fundable) maximum total retrofit expenses has been set too low.     

Querschnittsberechnung von Stahlbetonstäben

Viele Tragwerke aus Stahlbeton lassen sich mit Hilfe von Stabelementen berechnen. Die Einfachheit der Anwendung eines Stabelements steht im Kontrast zur Komplexität der mechanischen und mathematischen Formulierung. Die gesamte Information des realen Stabkontinuums muss auf ein linienförmiges Element projiziert werden. Dies ist insbesondere bei einer nichtlinearen Berechnung eine große Herausforderung. Gilt die Erfassung der geometrischen Nichtlinearität als gelöst, existiert für die materielle Nichtlinearität bislang noch kein etabliertes, allgemein anerkanntes Verfahren für räumliche Stäbe aus Stahlbeton. Die materielle Nichtlinearität wird im Rahmen der Stabtheorie auf Querschnittsebene erfasst. In einer Querschnittsberechnung wird der Spannungs‐ und Dehnungszustand korrespondierend zu den Schnittgrößen bestimmt. Die Grundidee des hybriden Modells ist die Aufteilung des Querschnitts in Bereiche mit einaxialen bzw. zweiaxialen Spannungs‐ und Dehnungszuständen. Der zweiaxiale Bereich wird durch Membranelemente modelliert und beteiligt sich am Abtrag aller sechs Schnittgrößen, während sich der einaxiale auf die beiden Biegemomente und die Normalkraft beschränkt. Cross‐Sectional Analysis of Reinforced Concrete Beams – A Hybrid Approach Many reinforced concrete structures can be analysed using beam elements. The simplicity of the application of beam elements contrasts the complexity of the mechanical and mathematical formulation. The whole information of the beam continuum has to be projected on an one‐dimensional element. Especially regarding a non‐linear analysis this is a big challenge. The geometrical nonlinearity is regarded as solved. Considering material nonlinearity, however, no established, generally accepted model for spatial reinforced concrete beam elements exists so far. Within beam theory, the material nonlinearity is captured on cross‐sectional level. In a cross‐sectional analysis, the stress and strain state corresponding to sectional forces is determined. The hybrid approach is based on dividing the cross section in areas with uniaxial and biaxial stress and strain states. The biaxial area is modelled by membrane elements and contributes to all six sectional forces. The uniaxial area is restricted to normal force and bending moments.     

Auswirkungen der Matrixzusammensetzung auf die Dauerhaftigkeit von Betonen mit textilen Bewehrungen aus AR‐Glas

Verbundmaterialien aus Feinbetonen mit textiler Bewehrung aus alkaliresistentem Glas (AR‐Glas) können ausgeprägten zeitabhängigen Veränderungen hinsichtlich des mechanischen Leistungsvermögens unterliegen. Für eine zielsichere Anwendung solcher Werkstoffe im Bauwesen sind genaue Kenntnisse über die Höhe und die Ursachen dieser Leistungsverluste unabdingbar. In diesem Artikel werden anhand von Ergebnissen aktueller Untersuchungen entscheidende Mechanismen für die Alterungsprozesse dargestellt, die aus der Zusammensetzung der Feinbetone resultieren. Dazu wurden aus verschiedenen Betonzusammensetzungen, die sich maßgeblich in ihrer Hydratationskinetik und Alkalität unterschieden, textilbewehrte Dehnkörper hergestellt und nach beschleunigter Alterung geprüft. Dehnkörper aus Feinbeton mit hoher Alkalität (das Bindemittel bestand nur aus CEM I) zeigten dramatische Einbußen bei Zugfestigkeit und Bruchdehnung. Das Leistungsvermögen von Proben aus Feinbetonen mit puzzolanisch abgepufferter Bindemittelzusammensetzung und gleichzeitig reduziertem Portlandzementklinkeranteil zeigte sich dagegen weitgehend unbeeinflusst von Alterungsprozessen. Mit Hilfe von beidseitigen Garnauszugversuchen an beschleunigt gealterten Feinbetonproben wurden die für das unterschiedliche Materialverhalten verantwortlichen Degradationsmechanismen aufgeklärt. Neben der mechanischen Prüfung wurde dazu auch die Interphase zwischen Fasern und umgebendem Feinbeton mit bildgebenden und analytischen Verfahren charakterisiert. Die festgestellten Einbußen im Leistungsvermögen des Garn‐Matrix‐Verbundes konnten überwiegend auf die Neubildung von ungünstig strukturierten Hydratationsprodukten in der Interphase Filament‐Matrix bzw. in Filamentzwischenräumen zurückgeführt werden. Die Morphologie dieser Phase wird maßgeblich von der Bindemittelzusammensetzung bestimmt. Korrosion des AR‐Glases als Schadensursache kann unter ungünstigen Umständen auch eine große Rolle spielen, ist aber bei geeigneter Matrixformulierung von untergeordneter Bedeutung. Effect of Matrix Composition on the Durability of Concretes Reinforced with Glass Fibre Fabric The mechanical performance of composites made of finegrained concrete and textile reinforcement can worsen markedly with increasing age if alkali‐resistant glass (AR‐glass) is used as the reinforcing material. For reliable practical applications of textile‐reinforced concrete, precise knowledge as to the extent and causes of such degradation is indispensable. This paper discusses important aging mechanisms resulting from the composition of fine‐grained concrete. Tensile tests on composites made of different concrete compositions distinguished from one another by their hydration kinetics and alkalinity were performed before and after accelerated aging. Composites made of concrete with high alkalinity showed dramatic losses of tensile strength and strain capacity. In contrast the mechanical performance of composites whose binders had reduced Portland cement clinker content plus added puzzolana was hardly affected by the accelerated aging. To clarify the mechanisms of degradation, yarn pullout tests were performed on specimens of equal matrix composition and age. Additionally, the morphology of the interphase between matrix and fibre was characterised using direct microscopic examination and analytical methods. The new formation of unfavourably structured products of hydration in the filament‐matrix interphase and/or in the empty spaces between filaments was found to be the main reason for the performance losses observed. The morphology of these hydration products is determined to a great extent by the binder composition. Under unfavourable conditions corrosion of AR‐glass can occur as well and lead to distinct composite damage. However, if the formulation of the binder is proper, bulk glass corrosion is of minor importance.     

Entwicklung von Planungs‐ und Sanierungskonzepten für den russischen Wohnungsbau

Für russische Wohnhäuser der ersten Periode des industriellen Bauens, so genannte “Chruschtschowki”, besteht ein hoher Sanierungsbedarf. Im Rahmen der nachfolgenden Betrachtungen werden mögliche energetische Sanierungsmaßnahmen für diese typischen russischen Wohngebäude vorgestellt. Das Ziel ist eine Angleichung an das europäische Wärmeschutzniveau und die Erstellung eines einheitlichen Berechnungsansatzes. Als Grundlage für die durchgeführten Berechnungen dienten die deutschen Vorschriften der aktuellen Energieeinsparverordnung in Kombination mit der Berechnungsnorm DIN 4108‐6 sowie DIN 4701‐10. Hierzu wurden die klimatischen Bedingungen Russlands am Beispiel der russischen Metropole Sankt Petersburg in die Berechnungen integriert. Die Datenanalyse des Bestandsgebäudes eröffnet eine große Bandbreite an Möglichkeiten zur Erhöhung der Energieeffizienz. So wird unter anderem im Zuge der Berechnungen festgestellt, dass durch relativ kostengünstige Maßnahmen zur Verbesserung des Wärmeschutzes eine bedeutende Verringerung des Endenergiebedarfs erreicht werden kann. Es werden weiterhin mögliche Sanierungsvarianten unter Einbeziehung verschiedener Materialien und Heizungsanlagen vorgestellt. Die Ergebnisse machen deutlich, dass die Zukunft russischer Wohnhäuser wie der hier dargestellten Typenserie 1‐507 alles andere als aussichtslos ist, wie oft vermutet wird. Sie können im Gegenteil durchaus als komfortabler und funktionaler Wohnraum dienen. Auch die Verwendung regenerativer Energiequellen wie der Solarenergie ist unter den Bedingungen einer nördlich gelegenen Stadt wie Sankt Petersburg realisierbar. Die durchgeführten Berechnungen zeigen, dass eine Sanierung der russischen Wohnbauten der ersten Periode des industriellen Bauens durchaus lohnenswert sein kann, insbesondere wenn man die Entwicklung der Energiepreise betrachtet. In seiner energieeffizientesten Form (“Passivhaus”) bringt eine Sanierung eine Reduzierung des Endenergiebedarfs von bis zu 90 % im Vergleich zum Bestandsgebäude mit sich. Development of plans for retrofitting Russian housing, taking into account European competences for increasing its energy efficiency. There are various options for retrofitting Russian prefabricated concrete‐slab buildings of the first period of industrial construction, so‐called khrushchevki, with the object of bringing them up to European standards of thermal insulation technology. In the given case the basis of calculations was the German EnEV 2007 (Building Energy Conservation Ordinance). The analysis of sample building data opened up a large range of possibilities for increasing its energy efficiency. For instance, calculations ascertained that relatively inexpensive methods of enhancing a building’s thermal insulation can achieve a significant decrease in energy consumption for heating. In addition, this thesis analyzes possible variations of retrofitting and reconstruction using different types of materials and heating systems. The results clearly illustrate that residential houses e.g. type series 1‐507 have a future as comfortable and functional housing space. In fact, and in contrast to common prejudices, their “fate” is far from hopeless. Even the climatic circumstances of a northern city such as St. Petersburg do not preclude the use of alternative energy sources such as solar energy. On the contrary, it is a conceivable method of support for heating systems. In summary, the investigations show that the retrofitting of prefabricated concrete‐slab buildings of the first construction period is a sensible project, especially when taking into account the further development of fossil energy prices. In its most sophisticated form (the passive house), retrofitting will result in energy savings of up to 90 %.     

Über Bau und Umbau des größten Werftportalkrans der Welt – Schweißtechnische Abenteuer bei der Weiterverwendung eines technologieintensiven Investitionsguts

Der weltgrößte Kran, ein über 30 Jahre alter Werftportal‐Kran aus Malmö, Schweden, wurde verkauft, im Jahr 2002 dort zerlegt, demontiert und per Schiff in die größte Werft der Welt nach Ulsan in Süd‐Korea gebracht. Der Beitrag berichtet über den Aufbau in der Werft Hyundai Heavy Industries (HHI), wo der Kran neu zusammenschweißt wurde und nun nach dreijähriger Planungszeit und einjähriger Bauzeit für eine neuartige Slip‐Anlage für Schiffe in einem Offshore Yard mit geänderter Aufgabenstellung in Betrieb genommen wurde. Erection and conversion of the largest Goliath Crane of the world – Welding technique for the re‐use of a technologic producer good. A 30 year‐old Goliath Crane for ship‐building was sold to Werft Hyundai Heavy Industries (HHI), along with two slewing cranes, by a Swedish company. It was knocked down and dismantled at Malmö, Sweden and transported by ship to Ulsan, South Korea, in order to be re‐erected and re‐used for a newly developed “Ground‐Shipbuilding‐System” in the place of real estate of an offshore yard.     

A numerical model for roof detailing of cold‐formed purlin‐sheeting systems

Ein numerisches Modell zur Detailausbildung von Dachsystemen aus kaltgeformten Pfetten mit Blecheindeckung. In den aktuellen Regelwerken werden unterschiedliche Methoden vorgeschlagen, wie die Details von geschraubten Dachsystemen ausgeführt werden können, die aus kaltgeformten Pfetten mit einer Blecheindeckung bestehen. Die gesamte Verankerungskraft des Daches und die lokalen Kräfte in den Verbindungsmitteln werden mit dem Ziel ermittelt, die Detailausbildung der Auflagerung und der Verbindung zwischen Pfette und Dachblech zu bemessen. Hierfür werden die Faktoren “R” und “r” eingeführt, um die Stabilisierungskräfte zu beschreiben, die an den Auflagern und den Halterungen im Feld erforderlich sind. Die beiden Faktoren sind bereits in einigen Regelwerken des Stahlbaus enthalten. Hier soll dargestellt werden, dass diese Faktoren aber auch mit Hilfe eines vereinfachten Finite‐Element‐Modells des gesamten Dachsystems direkt berechnet werden können. Ein Vergleich mit anderen vorhandenen Näherungslösungen wird durchgeführt, um zu zeigen, dass das vorgeschlagene Modell ein äußerst hilfreiches Werkzeug für den Entwurf und den Nachweis der tragenden Bauteile ist. Es kann weiterhin gezeigt werden, dass das beschriebene Vorgehen der Berechnung allgemein gültig ist und an neuartige Dachsysteme, die in den aktuellen Regelwerken noch nicht berücksichtigt sind, einfach angepasst werden kann. Damit kann zum Beispiel die Lücke in Eurocode 3, Teil 1‐3, Abschnitt 10, ausgefüllt werden, da das Vorgehen im Gegensatz zu den Annahmen des Eurocode, der eine volle seitliche Halterung voraussetzt, eine elastische seitliche Halterung berücksichtigen kann.     

Empfehlung Nr. 5 “Punktlastversuche an Gesteinsproben“ des Arbeitskreises 3.3 “Versuchstechnik Fels“ der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik

Der Arbeitskreis AK 3.3 “Versuchstechnik Fels“ der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. erarbeitet Empfehlungen für felsmechanische Labor‐ und Feldversuche sowie Messungen im Gebirge und an Bauwerken. Die vorliegende Neufassung der Empfehlung Nr. 5 behandelt den Punktlastversuch an Gesteinsprobekörpern und berücksichtigt die Weiterentwicklung der Versuchstechnik und ‐auswertung seit der gleichnamigen Empfehlung Nr. 5 von 1982. Es werden die Anforderungen an die Prüfeinrichtung und die Probekörper sowie die Vorgehensweisen für die Durchführung und Auswertung von Punktlastversuchen festgelegt. Die wesentliche Neuerung besteht darin, dass nicht mehr der Lastpunktabstand allein, sondern die Probekörperfläche zur Berechnung des Punktlastindex verwendet wird. Beim Punktlastversuch wird ein Indexwert für die Festigkeit eines Gesteins bestimmt, indem ein zylinderförmiger, quaderförmiger oder unregelmäßig geformter Probekörper zwischen zwei Lasteinleitungsspitzen bis zum Bruch belastet wird. In dieser Empfehlung werden der Zweck, die Begriffe, die Prüfeinrichtung, die Anforderungen an den Probekörper und die Versuchsdurchführung erläutert. Drei mögliche Optionen der Versuchsauswertung werden aufgezeigt, die Darstellung der Ergebnisse beschrieben und mit Hilfe von Beispielen illustriert. Abschließend wird erläutert, wie die einaxiale Druckfestigkeit aus der Punktlastfestigkeit abgeleitet werden kann. Recommendation No. 5 (revised) of the Commission on Rock Testing of the Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V. — “point load tests on rock samples”. The Commission on Rock Testing of the Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V. (German Geotechnical Society) is compiling instructions for rock tests conducted in the laboratory and in‐situ, and for performing monitoring of rock masses and civil engineering structures. The revised version of recommendation No. 5 deals with the point load test on rock samples and incorporates recent developments in testing machines and testing procedures since the first version from 1982. The requirements for the testing machines and the specimens are given, as well as the procedures to perform the tests and evaluate the data. The essential modification is the use of the sample area instead of the platen tip distance alone. The point load test is used to derive an index value for rock strength. Therefore rock specimens in the form of core, cut blocks or irregular lumps are loaded until failure between a pair of load tips. In this recommendation, scope, terms, apparatus, specimen requirements and procedure of the test are explained. Three possible options of test evaluation are given, the reporting of results described and illustrated by examples. Finally it is shown, how the uniaxial compressive strength can be derived by the point load strength.     

Grundlagen und Entwicklung von stochastischen Modellen zur Beurteilung der Schädigung von Massivbrücken auf der Grundlage der Ergebnisse von Bauwerksüberprüfungen

In zwei Beiträgen wird ein auf der Zuverlässigkeitstheorie basierendes probabilistisches Verfahren für eine schnelle Bewertung der Tragfähigkeit eines geschädigten Stahlbetonbrückenbauwerks vorgestellt. Es ersetzt keine statische Nachberechnung, unterstützt jedoch den Bauwerksprüfer noch während der Prüfung gemäß DIN 1076 und lässt eine schnelle Entscheidung über die Art und Weise einer ggf. erforderlichen Nutzungseinschränkung noch vor einer Nachberechnung zu. Mit dem Verfahren ist es möglich, eine verbesserte Bewertung über die Auswirkung von Schäden und Mängeln an Stahlbetonbrücken auf deren Tragfähigkeit im Rahmen einer handnahen visuellen Bauwerksprüfung zu erreichen. Teil 1 behandelt die Grundlagen des Verfahrens sowie die Entwicklung der veränderten stochastischen Material‐ und Geometrieparameter infolge Schädigung. In Teil 2 wird die Modellunsicherheit “Bauwerksprüfer” sowie das baupraktische Näherungsverfahren für eine Anwendung im Rahmen der RI‐EBW‐PRÜF vorgestellt. Basics and Development of Stochastic Models for a Structural Reliability Assessment of Reinforced Concrete Bridges on the Basis of the Results from Bridge Inspection A probabilistic method based on the reliability theory allows a quick assessment of the load bearing capacity of damaged reinforced concrete bridges. The aim is to support the bridge inspection engineer during the bridge inspection according to DIN 1076 and not to replace a static recalculation. It should allow a quick decision as to whether or not a restriction of the crossing traffic is necessary. With this method it is possible to achieve a better assessment of the influence of damages on reinforced concrete bridges which are seen in a visual bridge inspection. Part 1 of the two papers describes the basics of the methodology and shows the development of the stochastic models for the material and geometry parameters which have changed as a result of damage. In Part 2 the model uncertainty for the bridge inspector and the practical use in accordance with the RI‐EBW‐PRÜF are shown.