Entwicklung eines baupraktischen Näherungsverfahrens zur Beurteilung der Zuverlässigkeit von Massivbrücken auf der Grundlage der Ergebnisse von Bauwerksüberprüfungen

Im vorliegenden Teil 2 des Beitrags wird die Entwicklung des baupraktischen Näherungsverfahrens für die Beurteilung der Zuverlässigkeit von Massivbrücken im Rahmen der RI‐EBW‐PRÜF vorgestellt. Wesentlicher Inhalt ist dabei die Modellierung der Modellunsicherheit Bauwerksprüfer, da die Bewertung der Mängel und Schäden an einem Brückenbauwerk durch den jeweiligen Bauwerksprüfer einen entscheidenden Einfluss auf die Zustandsbewertung hat. Zudem wird auf die Dimensionsanalyse von Grenzzustandsfunktionen näher eingegangen, da damit bei geschickter Normierung eine allgemein gültige Anwendung des Verfahrens erreicht werden kann. Die Anwendung des Verfahrens erfolgt mit einem Software‐Tool, das abschließend vorgestellt wird. In Teil 1 des Beitrags wurden die Grundlagen des Verfahrens sowie die Entwicklung der veränderten stochastischen Material‐ und Geometrieparameter infolge Schädigung behandelt. Development of an Approximation Procedure for a Structural Reliability Assessment of Reinforced Concrete Bridges on the Basis of the Results from Bridge Inspection Part 2 of the paper shows the development of the approximation procedure for the reliability assessment of reinforced concrete bridges according to RI‐EBW‐PRÜF. An essential part of this is the development carried out by the model uncertainty bridge inspector, as the respective bridge inspector's individual assessment of the damage of a bridge has a decisive influence on the condition evaluation. Furthermore, the dimensional analyses of ultimate limit states are shown, as the general use of the developed methodology can be achieved with an ingenious standardization. The application of the procedure with the developed software tool is presented in conclusion. 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.     

Ansatz zur Beurteilung von chloridbelasteten Stahlbetonbauwerken mit Bewertung der Restlebensdauer

Die Sicherstellung eines ausreichenden Zuverlässigkeitsniveaus im Rahmen der Erhaltung von Bauwerken und insbesondere Betonbrücken, welche durch Verkehrs‐ und Umwelteinflüsse einer kontinuierlichen Verschlechterung im Laufe ihrer Lebenszeit unterliegen, ist in der Regel eine komplexe und teure Aufgabenstellung. Besonders in Regionen mit Streusalzeinsatz in der Winterzeit beeinflusst die Chloridbelastung sowohl den Entwurf als auch die Erhaltung der Bauwerke durch ihren Einfluss auf die Dauerhaftigkeit wesentlich. In diesem Beitrag wird eine Bewertungsstrategie für die durch die Chloridbelastung hervorgerufene Zustandsverschlechterung von Betonstrukturen und deren Auswirkung auf das Sicherheitsniveau sowie die verbliebene Lebenszeit an einem Fallbeispiel vorgestellt. Hierbei werden die Entnahme von Proben, deren Untersuchung, die inverse Analyse des Eindringverhaltens und infolge die Prognose der Chloridkonzentration im Bauteil, die Vorhersage der Korrosionsentwicklung über die Zeit und schließlich die Bestimmung des gegenwärtigen und zukünftigen Zuverlässigkeitsniveaus unter Beachtung der normativ festgelegten Grenzzustände für Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit behandelt. Schlussendlich werden unterschiedliche Erhaltungsstrategien in Bezug auf die zu erwartenden Lebenszykluskosten verglichen. Approach for the Assessment of Concrete Structures Subjected to Chloride Induced Deterioration The maintenance of an adequate safety level of concrete bridges under their gradual degradation due to traffic and environmental actions during service life is an expensive, problematic and questionable task. Chloride ion ingress is an important aspect of durability design and maintenance, especially in regions where winter salt application for traffic safety is common, e. g. for highways. A feasible approach for the assessment of chloride induced deterioration and its consequences on the safety level, remaining service life and thus maintenance planning will be presented by a case study. Steps include the extraction of samples, laboratory test, inverse analysis and prognosis of chloride ingress, prediction of likely corrosion propagation over time and determination of the current and future safety level with regard to code based service limit states and ultimate limit states. Finally different maintenance strategies are compared with respect to the total life cycle costs.     

Querkrafttragfähigkeit von Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung

Es wird über Versuche zur Querkrafttragfähigkeit von Brückenfahrbahnplatten aus Stahlbeton berichtet. Diese zeigen, dass die bekannten Rechenansätze für Bauteile ohne Querkraftbewehrung nach DIN 1045‐1 bzw. DIN‐FB 102 für Fahrbahnplatten auf der sicheren Seite liegen, die tatsächliche Tragfähigkeit aber weit unterschätzt wird. Weitere Ansätze zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbauteilen ohne Querkraftbewehrung werden erörtert. Während die Modelle bei der Auswertung einer Datenbank von Balkenversuchen eine gute Übereinstimmung aufweisen, zeigt der Vergleich mit den Modellversuchen, dass die meisten Rechenverfahren die Tragfähigkeit der Platten unterschätzen. Zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von Platten ohne Querkraftbewehrung unter Punktlasten wird ein Modell vorgeschlagen, welches die Querkrafttragfähigkeit mit der Zugbeanspruchung der Biegezugzone im kritischen Bereich verknüpft. Shear Resistance of Bridge Decks without Transverse Reinforcement The design of concrete bridge deck slabs is of major concern since the introduction of the Eurocodes as the calculated shear capacity of slabs without stirrups and staggered reinforcement according to the new design standards is often considerably smaller compared to the former regulations i.e. DIN 1045:88. This raises the question whether the existing structures are still save. A series of 12 tests on 4 different specimens representing a bridge deck was performed to examine the real load bearing behaviour of a slab with and without shear reinforcement under a wheel (point) load. The evaluation of the test results revealed, that the current design formula with an assumed elastic shear force distribution leads to rather conservative values of shear capacity for bridge deck slabs. Various approaches for shear design are discussed and the accuracy is checked by means of a shear database and the test results. A new model to calculate the shear capacity is proposed which shows a better agreement with test data than the known approaches.     

Korrosionsmonitoring von Stahlbetonbauwerken als Element des Lebensdauermanagements

Da korrosionsinduzierte Schäden an Bauwerken im Laufe der Zeit zu immensen Kosten führen, sind die sichere Beurteilung des Korrosionsrisikos und eine frühzeitige Erkennung und zuverlässige Vorhersage der Bewehrungskorrosion Schlüsselaufgaben des Bauwerksmanagements korrodierender Spann‐ und Stahlbetonbauwerke. Eine Bewertung des Korrosionszustands wird durch die Bauwerksüberwachung (Monitoring) objektiv möglich. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer kurzen Einführung zum monitoringbasierten Lebensdauermanagement die Entwicklung, Erprobung und Optimierung neuartiger kalibrierungsfreier Miniatursensoren zur Erfassung der Bewehrungskorrosion in Betonbauteilen vorgestellt. Mit diesen vielseitig einsetzbaren Korrosionsstellvertretersensoren, die aus mehreren im Bereich der Betonüberdeckung angeordneten, 0,065 mm bis ca. 0,5 mm dünnen Stahldrähten bestehen, kann das Eindringen der Depassivierungsfront in den Beton einfach, zuverlässig und kostengünstig überwacht werden. Basierend auf umfangreichen Untersuchungen im Labormaßstab und der Anwendungserprobung im Zeitraum von mehr als sechs Jahren werden die Erkenntnisse und Weiterentwicklungen der Drahtsensorik präsentiert und diskutiert. Corrosion Monitoring as an Element of Service‐Life‐Management Application of innovative filament sensors for rebar corrosion survey Since corrosion induced damages at civil structures result in enormous costs over lifetime, the assured assessment of the corrosion risk and an early identification and reliable prognosis of rebar corrosion are key tasks of the building management of corroding prestressed and steel reinforced concrete structures. Here an evaluation of the corrosion state is objectively possible by means of Structural Health Monitoring (SHM). In this contribution after a brief introduction of monitoring based service‐life‐management, the development, testing and optimization of novel calibration‐free miniature sensors for the detection of rebar corrosion in concrete members are introduced. By means of these versatile corrosion dummy sensors, made from several 0,065 mm up to 0,5 mm thin steel filaments and mounted within the concrete cover, the penetration of the depassivation front into concrete can be observed easily, reliably and cost effectively. Based upon various investigations in the lab scale and application testing during the time period of six years, the findings and further developments of the filament sensor will be presented and discussed.     

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.     

Traunbrücke Steyrermühl — Sprengungsüberwachung mit BRIMOS® Structural Health Monitoring

Die Traunbrücke Steyrermühl ist Teil der A1 Westautobahn und wurde in den Jahren 1959 und 1960 errichtet. Die 18‐feldrige Stahlbetonbrücke besteht aus zwei Richtungstragwerken und weist eine Gesamtlänge von 240,45 m auf. Im Hinblick auf die Gewährleistung der Tragsicherheit und Funktionsfähigkeit der Brücke wurden während der Sprengung des Richtungstragwerks Salzburg im August 2010 das unmittelbar benachbarte, zunächst bestehen bleibende Richtungstragwerk Wien überwacht und die Auswirkungen der Sprengung bewertet, wobei besonderes Augenmerk auf die primäre Tragstruktur (Bogen) gelegt wurde. Da am Tragwerk bereits im Jahr 2005 eine dynamische Referenzmessung mit BRIMOS® durchgeführt wurde, konnte die aktuelle Untersuchung (Messung 2010) dadurch entsprechend effizienter gestaltet werden. Mit Hilfe ausgewählter Einzelpunkte am Brückentragwerk (HOT SPOTS) konnten das maßgebliche Tragverhalten der Brücke und etwaige Veränderungen umfassend beschrieben und quantifiziert werden. Ein direkter Vergleich im Abstand von fünf Jahren zeigt den Verlauf der gemessenen Tragfähigkeit über die Zeit (Brückendeck unter dem Einfluss der Verkehrsbelastung bzw. der Sprengung). Blast of the Westbound Bridge Structure and Evaluation of its Affection on the remaining Eastbound Bridge Structure with BRIMOS® Structural Health Monitoring. The bridge object is part of the A1 highway and was constructed in 1959. It is composed of 18‐spans (reinforced concrete) and has a total length of 240,45 m. While the bridge structure — related with the driving direction Salzburg — was removed (blown) in August 2010, the remaining structure (driving direction Vienna) was monitored in order to evaluate the impact of the blasting with regard to its structural safety and operability. The investigation was focused on the primary load‐bearing structure (arch). Due to the fact that an initial dynamic measurement with BRIMOS® has been conducted already in 2005, the prevailing investigation (measurement 2010) could be configured more efficiently. Measurements at selected single bridge locations (HOT SPOTS) enabled a comprehensive documentation and quantification of the bridge’s decisive structural behaviour and possible changes respectively. A direct comparison after 5 years of structural service life shows the progression of the measured structural resistance over time (bridge deck under the influence of traffic load and the bridge blasting).     

Beurteilung und Instandsetzung von chloridinduzierten Korrosionsschäden an Spannbetonbindern einer Filteranlage für Trinkwasser

An der Filteranlage des Wasserwerks Langenau wurden Risse und Abplatzungen im Bereich der Spannköpfe von Spannbetonbindern festgestellt. Erste Untersuchungen zeigten, dass chloridinduzierte Korrosion vorlag. Da konstruktionsbedingt insbesondere die Spannbewehrung betroffen war, wurde eine eingehende Untersuchung der Schäden veranlasst, welche das Ziel hatte, neben der Entwicklung eines geeigneten Instandsetzungskonzepts auch Aussagen zur Resttragfähigkeit der Spannglieder zu treffen. Die Untersuchungen vor Ort offenbarten neben den Korrosionsschäden an den Spannköpfen auch ausgeprägte Verpressfehler im Bereich der Festanker. Nachfolgend werden die Herangehensweise an die Problematik, die durchgeführten Untersuchungen und die dabei angewandten Untersuchungsmethoden, das entwickelte Instandsetzungskonzept (Konservierung des Ist‐Zustands) und die Schlussfolgerungen zur Resttragfähigkeit erläutert. Auf Grundlage der Ergebnisse konnte die Korrosionsursache (Chloridquelle) eindeutig bestimmt und die Standsicherheit der Halle nachgewiesen werden. Die Halle wurde zwischenzeitlich instand gesetzt und wird zukünftig auf Wunsch des Bauherrn durch regelmäßige Überwachung auf neuerliche Auffälligkeiten kontrolliert. Assessment and Repair of Chloride Induced Corrosion on the Prestressed Concrete Binder of a Filtration System for Drinking Water On the filter system of the Langenau water work, cracks and spalling were identified in the area of the clamping chucks of the prestressed concrete binder. Initial investigations showed, that chloride induced corrosion was present. Since especially the prestressed reinforcement was affected, an expert assessment of the damages was conducted, which had the objective of, along with the development of an appropriate repair plan, making statements regarding the residual strength of the tendons. In addition to the corrosion of the clamping heads, the investigations revealed a distinctive injection defect in the area of the fixed anchor. Consecutively, the approach to the problem, the conducted investigations and the investigation methods used, the developed repair concept (conservation of the actual status) and the conclusions on the remaining carrying capacity are explained. Based on the results, the cause of the corrosion (the source of the chloride) could be clearly determined and the stability of the hall could be verified. In the meantime, the hall has since been repaired and in the future will be controlled through regular monitoring of noticeable problems at the request of the client.     

Optimierte Zustandsprognose durch kombinierte Verfahren

Die große Zahl von korrosionsinduzierten Schäden an Infrastrukturbauwerken und der damit verbundene hohe Kostenaufwand für Instandhaltungsmaßnahmen macht eine Beurteilung der Zuverlässigkeit (Gebrauchstauglichkeit, Tragfähigkeit) solcher Bauwerke für die verbleibende Nutzungszeit immer bedeutender. Am Beispiel einer Tiefgarage wird gezeigt, wie durch Verknüpfung von Bauwerksuntersuchung und vollprobabilistischer Lebensdauerbetrachtung (Zuverlässigkeitsberechnung) eine gezielte und ortsgenaue Beschreibung des Bauwerkszustandes grenzzustandsbezogen erfolgen kann. Durch Kombination beider Elemente (Bauwerksuntersuchung/Zuverlässigkeitsberechnung) können Instandsetzungszeitpunkt und Instandsetzungsumfang entsprechend den örtlichen Bedingungen abgeleitet und eine kosteneffiziente und minimalinvasive Instandsetzungsstrategie erarbeitet werden. Improving the Prediction of Condition State by Combining Different Methods Corrosion of reinforcement is the primary cause for the structural deterioration of reinforced concrete structures exposed to corrosive/ chloride environments. Corrosion results in high costs for infrastructure maintenance. Thus assessment of existing structures in terms of required structural performance (serviceability and safety performance level) is of increasing importance. Using a car park as an example, it is explained how the time dependent and area related/spatial development of the condition state of the structure are described by means of combining a full‐probabilistic deterioration model with results from condition control. This enables a cost‐optimal maintenance strategy, based on the dependence of the deterioration process on time and location.     

Lebensdauermanagement von Stahlbetonbauwerken

Dem Lebensdauermanagement von Infrastrukturbauwerken kommt vor dem Hintergrund knapper Ressourcen eine steigende Bedeutung zu. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Bausteine eines modernen Lebensdauermanagementsystems für Stahlbetonbauwerke vorgestellt. Zentrales Element ist eine Lebensdauerbemessung, die in Abhängigkeit von den maßgebenden Schädigungsmechanismen mit unterschiedlichen Detaillierungsgraden durchgeführt werden kann. Dies ermöglicht eine Ausnutzung von Optimierungspotentialen durch Rezepturoptimierung und Bindemittelwahl. Durch geeignete Methoden während der Ausführung und nach Fertigstellung kann die tatsächliche Qualität kontrolliert werden. Die Ergebnisse der Untersuchungen während der Planungs‐ und Ausführungsphase werden in einem Geburtszertifikat zusammengefasst, das die Grundlage für den Wartungsplan bildet. Die Ergebnisse der Inspektionen werden herangezogen, um die Prognose der Zustandsentwicklung während der Nutzung kontinuierlich zuzuschärfen. Life Cycle Management of Concrete Structures On the background of scarce public resources, life cycle management of infrastructure systems has gained increasing importance. This paper presents the core components of a state‐ofthe‐art life cycle management system for reinforced concrete structures. A service life design is one of the key elements. Depending on the governing deterioration mechanisms, it can be carried out on different levels of detail and thus enables an optimisation of durability by means of optimised concrete composition and choice of binder. Quality control tools during construction and after completion allow for an assessment of the actual quality. The results of the design and construction stage are then summarised in a so‐called birth certificate which forms the basis for future inspection and maintenance planning. The results of the inspection again can be used to update the original service life design throughout the service life of the structure.     

Die Gänsebachtalbrücke,eine integrale Talbrücke der DB AG auf der Neubaustrecke Erfurt‐Leipzig/Halle

Die Gänsebachtalbrücke auf der Neubaustrecke zwischen Erfurt und Leipzig/Halle, Teil des Verkehrsprojektes Deutsche Einheit Nr. 8.2, ist eine integrale, also lagerlose, Eisenbahnbrücke aus Spannbeton. Sie ist für den Hochgeschwindigkeitsverkehr mit Betriebsgeschwindigkeiten bis zu 300 km/h bestimmt. Die in der Realisierung befindliche Talbrücke basiert als alternativer Entwurf auf dem “Leitfaden: Gestalten von Eisenbahnbrücken” der DB AG. Die Gänsebachtalbrücke ist eine Rahmenbrücke, ein Spannbetonplattenbalken monolithisch auf kreisrunden Pfeilern. Am Beispiel der Gänsebachtalbrücke konnte gezeigt werden, dass die alternativen Entwürfe aus dem Leitfaden der DB AG hinsichtlich Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Verkehrssicherheit sowie Kosten mindestens gleichwertig und damit für den Hochgeschwindigkeitsverkehr geeignet sind. Das Abweichen von der Rahmenplanung und die integrale Bauweise erforderten eine Zustimmung im Einzelfall und damit zahlreiche weiterführende Untersuchungen, welche in diesem Aufsatz ausführlich dargestellt werden, wie die Untersuchung zum dynamischen Verhalten bei Zugüberfahrten und möglicher Resonanzerscheinungen. Mit diesem alternativen Entwurf kommt eine Talbrücke zur Ausführung, die robuster ist und sich besser in das flache Gänsebachtal einfügt als der Ausschreibungsentwurf der Rahmenplanung. The Gänsebach Valley Bridge, an Integral Valley Bridge owned by the DB AG on the New Railway Erfurt‐Leipzig/Halle The new railway between Erfurt and Leipzig/Halle, part of the transportation project “Deutsche Einheit No. 8.2”, crosses the Gänsebach valley via an intregal (i.e. no bearings) prestressed concrete bridge. The bridge is designed for high‐speed traffic of up to 300 km/h. The bridge, currently under construction, is based on an alternative design in accordance with the guideline “Design of Railway Bridges” (“Leitfaden: Gestalten von Eisenbahnbrücken”) of the Deutsche Bahn AG. The Gänsebach valley bridge is designed as a frame bridge, a monolithical prestressed concrete double T‐beam on circular columns. The example of the Gänsebach valley bridge proved that alternative designs following the DB AG guideline are to be regarded as at least equivalent with regard to load bearing capacity, serviceability and traffic safety as well as cost and therefore suitable for high‐speed traffic. The deviation from the original plan and the integral design required a separate approval and consequently various further tests, such as examining the dynamic behavior under train crossings and possible resonance vibrations. These tests will be described in detail in this paper. This alternative design will result in a bridge which is more robust and will fit in more harmoniously with the shallow valley of the Gänsebach than the original commissioned design would have.     

Modellkorrekturfaktoren als “Performance Indikatoren” für die Langzeitbewertung der integralen Marktwasserbrücke S33.24

Monitoring hat für den Entwurf und die Beurteilung sowohl neuer als auch bestehender Ingenieurtragwerke eine enorme Wichtigkeit. Die praktische Erfahrung und Beobachtungen zeigen, dass Monitoring die Grundlage für neue normative Grundlagen oder effiziente Erhaltungsprogramme liefern kann. Darüber hinaus können Monitoringsysteme erhebliche Instandsetzungskosten und Unannehmlichkeiten infolge von Störungen vermeiden. Dies begründet den erheblichen Forschungsaufwand, um eine effektive Implementierung der aufgenommenen Monitoringdaten in ein numerisches oder analytisches Strukturmodell zu erreichen, welches die Ermittlung eines vom erwarteten Verhalten abweichenden Strukturverhaltens und die Entdeckung eines beginnenden Verschlechterungsprozesses erlaubt. Dieser Aufsatz behandelt ein Konzept für eine effektive Einbindung einer Monitoringinformation in ein numerisches Modell auf Basis des Konzeptes der Modellkorrekturfaktoren. Insbesondere entstand diese Studie aus den Fragestellungen im Zuge des Forschungsprojektes “Monitoringbasierte Analyse von Integralen Brücken (MAIB)”. Das Forschungsvorhaben MAIB verfolgt Fragestellungen, welche das Tragwerk, die Interaktion zwischen Tragwerk und Bodenkörper, die Stabilität des Bodenkörpers hinter dem Widerlager und den Übergangsbereich zwischen dem Tragwerk und dem Boden im Fahrbahnbereich betreffen. Monitoring and Influence Lines Based Performance Indicators Monitoring is of most practical significance for the design and assessment of new as well as of existing engineering structures. Practical experience and observations show that monitoring can provide the basis for new code specifications or efficient maintenance programs. Moreover, monitoring systems can avoid considerable costs of repairs and inconvenience to the public due to interruptions. This gives rise to the need for a thorough investigation to achieve an effective implementation of recorded monitoring data in numerical or analytical structural models that allow the detection of a deviant behavior from the proposed and the detection of initial deterioration processes. This study attempts to derive a concept for the effective incorporation of monitoring information in numerical models based on the concept of model correction factors. In particular, these studies are performed on the abutment free bridge structure S33.24 that has been proof loaded in February 2010 and monitored since December 2008. A merit of models derived based on monitoring data is that they are directly related to performance indicators which can be used for the assessment of the existing structural capacity and for an efficient life cycle analysis.     

Auswirkungen von Vereinfachungen bei der Flächenerfassung für Mehrzonenbilanzen auf die Energiebedarfsermittlung

Die energetische Bilanzierung von Nichtwohngebäuden macht in der Regel eine umfangreiche Zonierung der Gebäude erforderlich, was auch eine zeitaufwändige Ermittlung der Hüllflächen mit sich bringt. Im ersten Teil der Veröffentlichung wurde ein vereinfachtes Verfahren vorgestellt, mit dem die Erfassung der Gebäudehüllfläche im Ein‐Zonen‐Modell erfolgen kann, während die energetische Bilanzierung im Mehrzonenmodell nach DIN V 18599 stattfindet [1]. In diesem Artikel wurden zwei Methoden diskutiert. Beim einfachen Verfahren erfolgt die Verteilung der Hüllfläche automatisch über einen vorgegebenen Algorithmus. Das erweiterte Verfahren erlaubt von der Zonenebene aus Präzisierungen bei der Verteilung. In Teil 1 wurde der Einfluss auf den flächenbezogenen Fehler aufgezeigt [1]. Der vorliegende Teil 2 beschäftigt sich mit den Auswirkungen auf den Energiebedarf und führt beide Analysen zusammen. Ziel der Untersuchungen war die Bewertung, ob für die Berechnung des Gebäudeenergiebedarfs im Rahmen der Erstellung eines Energieausweises die Flächen und Stoffwerte der Gebäudehülle auf Gebäudeebene definiert und dann nach einem vorgegebenen Schlüssel (einfaches und erweitertes Verfahren) auf die Zonen aufgeteilt werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fehler im Energiebedarf gering und für die frühe energetische Bewertung von Gebäuden, im Rahmen der Nachweiserstellung, ausreichend präzise sind. Das Verfahren ist so konzipiert, dass das Gebäudemodell im Rahmen der Projektbearbeitung weiter präzisiert und detailliert werden kann, ohne dass die zuvor hinterlegten Daten verloren gehen. Die vorgestellten Vereinfachungen finden Anwendung in der Luxemburger EnEV zur energetischen Bewertung von neu zu errichtenden Nichtwohngebäuden. The effects on energy demand analysis of the simplified surface area calculation and zoning model. The energy performance assessment of non‐residential buildings generally requires a detailed zoning procedure, which in turn leads to a time‐consuming allocation of the envelope surface areas to the individual zones. The first part of the study, in [1], describes a simplified procedure, whereby the building is analysed according to a single‐zone model whereas the energy balance in the multi‐zone model is calculated according to DIN V 18599. In this paper two methods are discussed. The simplified procedure uses an algorithm to allocate the building envelope surface area automatically to the zones. The extended procedure enables precise allocations starting from the zone level. In part 1 the influence on error relating to allocation based on envelope surface area is revealed. The following part 2 of the report examines the effects on energy demand, combining the two analyses. The results show that the errors in energy consumption for heating, cooling and lighting are minor and sufficiently precise for the scope of the pre‐assessment required for a building permit. The procedure is designed to enable the building model to be made more detailed and precise during the planning phases of the project without losing the underlying data. The simplifications presented will be implemented in the new Luxembourg EnEV for the energy performance assessment of non‐residential buildings.     

Prüfung von Spannbetonbauteilen mit magnetischen Methoden

Die Methoden der magnetischen Streufeldmessung und der magnetischen Restfeldmessung eignen sich gut zur zerstörungsfreien Detektion von Spanndrahtbrüchen in Spannbetonbauteilen. Unter Verwendung eines Jochmagneten mit integrierten Magnetfeldsensoren werden die Bauteile mit mehreren Messfahrten bei verschiedenen Magnetisierungsfeldstärken abgescannt. Die Auswertung basiert auf dem Vergleich von Messungen nach verschiedenen Vormagnetisierungen sowie der Bestimmung der Korrelation mit idealisierten Bügel‐ und Bruchsignalen. Die Nachweisgrenze des Verfahrens wird fallabhängig diskutiert. Die Anwendung in der Prüfpraxis wird an drei Beispielen illustriert. Inspection of Prestressed Concrete Structural Members with Magnetic Methods The methods of magnetic stray field measurement and of magnetic remanence measurment are well suited for nondestructive detection of ruptures in prestressing wires of concrete structural members. Using a yoke magnet with integrated magnetic field sensors, the members are scanned several times with varying magnetization field strength. The signal analysis is based on the comparison of measurements after different premagnetizations as well as on the determination of the correlation with idealized rebar and crack signals. The limits of detection are discussed on a case‐by‐case basis. The application in inspection practice is illustrated with three examples.     

Die Bedeutung einer qualifizierten Bauwerksprüfung

Die Bauwerksprüfung ist integraler Bestandteil der Sicherheitsplanung für ein Bauwerk. Mit der Vorabplanung einer erfolgreichen Bauwerksprüfung können die Herstellkosten eines Bauwerks reduziert, die Erhaltungskosten erheblich gesenkt und die Lebensdauer vergrößert werden. Die Bauwerksprüfung führt also nicht nur zu größerer Sicherheit und Dauerhaftigkeit, sondern sie rechnet sich auch wirtschaftlich. Am Beispiel des Brückenbaus wird eine erfolgreiche Bauwerksprüfung gezeigt und auf eine weitere Verbesserung ihrer Möglichkeiten durch geeignete Planung hingewiesen. Significance of a qualified control of structures of buildings and civil engineering works. The control of structures is part of the safety plan for buildings and civil engineering works. The a priori design for an efficient control can reduce the cost for construction and for maintenance and hence increase the service life. The control of structures therefore is not only a means to enhance the structural reliability and durability but also turns out to be profitable. An efficient way of control of structures is demonstrated for the example of bridges; further steps to improve the efficiency are recommended.     

Zur Querkraftgefährdung bestehender Spannbetonbrücken

Zur Formulierung einer Handlungsanweisung wurden in Teil I die geänderten Lastannahmen für Brücken nach DIN Fachbericht 101 mit den Belastungsklassen nach alten Normen verglichen und gezeigt, wie anhand aktueller Verkehrszahlen die Lastansätze modifiziert werden können. Der aktuelle Brückenbestand in Hessen wurde mit der Straßeninformationsbank (Teilprojekt Bauwerksdaten) ausgewertet, um Klassifizierungs‐ und Bewertungskriterien zu erarbeiten. Zur Beurteilung des Querkraftwiderstandes wurden die Grundlagen der Querkraftbemessung nach DIN 1045, DIN 4227, DIN Fachbericht 102 und aus der Literatur gegenübergestellt. In Teil II werden Verfahren zur nachträglichen Verstärkung von Querschnitten und Tragsystemen mit zu geringer Querkrafttragfähigkeit zusammengestellt. Des Weiteren werden verschiedene Varianten der Modellierung verglichen, die bei der linearelastischen Schnittgrößenermittlung nach der Finite‐Elemente‐ Methode verwendet werden. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse werden schließlich Empfehlungen für eine Handlungsanweisung zur Beurteilung querkraftgefährdeter Brückenbauwerke formuliert. Shear‐Vulnerability of Existing Pre‐Stressed Concrete Bridges In Part I, to formulate an operation directive the revised load assumptions for bridges of DIN Technical Report 101 are compared with the loading classes according to old standards and it is demonstrated, how the loading models can be modified based on actual traffic data. The current bridge asset in the Federal State of Hesse is evaluated using the “Road Information Database (Sub‐Project: Structural Data)” in order to work out classification and evaluation criteria. Regarding the assessment of the shear load‐bearing capacity the fundamentals of the shear load design models of DIN 1045, DIN 4227, DIN TR 102 and from the literature are compared. In Part II, the procedures for the subsequent strengthening of cross‐sections and structural systems with a low shear load‐bearing capacity are compiled. In addition, different types of finite element modelling are compared used for the calculation of the linear‐elastic internal forces. Finally, based on the findings recommendations are formulated for an operation directive in regard to the assessment of shear‐vulnerable bridges.     

Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl

Die Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken, die in den 1960er und 1970er Jahren in Deutschland und Österreich gebaut wurden und für deren Herstellung vergütete Spannstähle Verwendung fanden, ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung mit starkem Praxisbezug. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer theoretischen Erläuterung des Tragverhaltens die praxisrelevanten Fragestellungen wie das Vorgehen bei der Beurteilung sowie weiterführende Untersuchungen erörtert. Zudem werden aktuelle Entwicklungen in der Forschung zur Beurteilung von gefährdeten Spannbetonbrücken aufgezeigt und diskutiert. Assessment of Load Bearing Behaviour of Post‐Tensioned Concrete Bridges Equipped with Prestressing Steel Susceptible to Stress Corrosion Cracking Basics, Practical Application and Current Developments Due to extending lifetime of infrastructure in general and posttensioned concrete bridges in particular the importance of durability aspects increases. Especially older prestressed bridges built in the 1960s and 1970s in Germany and Austria are subject of these investigations. Some of these post‐tensioned concrete bridges consist of quenched and tempered prestressing wires with high susceptibility to stress corrosion cracking as we know nowadays. This article deals with recalculation, assessment and evaluating methods for post‐tensioned concrete bridges including further analytic for endangered bridges. The procedure is shown by an example of an existing multi girder bridge and furthermore, future prospects are given.     

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.     

Risikobasierter Ansatz zur Bewertung der Robustheit von Bauwerken

Ziel des vorliegenden Beitrages ist es, einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen im Bereich der Bewertung und der Quantifizierung der Robustheit von Bauwerken zu geben. In diesem Sinne ist eine Zusammenstellung von Ansätzen und Ergebnissen aktueller Veröffentlichungen enthalten. Ein umfassender entscheidungstheoretischer Ansatz für die Berechnung und das Management der Robustheit wird vorgestellt. Dieser beinhaltet die Definition der Robustheit als eine Qualität eines Systems, welches das Bauwerk beinhaltet, d. h. eine Qualität, die auf der Grundlage einer Risikoanalyse bewertet werden kann. Um eine umfassende Risikoanalyse zu ermöglichen, wird ein szenarienbasierter Modellansatz eingeführt, welcher zwei Arten von Konsequenzen im System unterscheidet: direkte Konsequenzen (in Verbindung mit Schäden einzelner Komponenten des Systems) und indirekte Konsequenzen (in Verbindung mit einem Versagen des Systems). Die Definition des Systems spielt deshalb für die Risikoanalyse eine wichtige Rolle, und es wird diskutiert, wie die Robustheit für verschiedene Definitionen zu unterschiedlichen Ergebnissen und Erkenntnissen im Sinne des Managements der Integrität des Bauwerks im gesamten Lebenszyklus unter Berücksichtigung seiner Funktionalität führt. Weiterhin werden wichtige Aspekte der Standardisierung der Robustheitsanalyse, wie auch Anforderungen an die Robustheit, diskutiert und Vorschläge zum Umgang mit diesen Aspekten unterbreitet. Auf der Grundlage der vorgestellten Ansätze zur Berechnung der Robustheit eines Bauwerks wird beschrieben, wie Entscheidungen in Bezug auf den Entwurf, die Zustandsbewertung, auf Inspektionen und Wartung sowie in Bezug auf die Überwachung von Bauwerken, in Hinblick auf das Management der Risiken in allen Phasen des Lebenszyklus, optimiert werden können. Risk based approach for the assessment of the robustness of structures. The present paper serves as an overview of recent developments by the author on the assessment and quantification of robustness of structures; the paper aims in this sense not to present any new results but collects approaches and results from previous publications. A general decision theoretical approach to the assessment and management of structural robustness is outlined. Structural robustness is introduced as a quality of the system comprising the structure; a quality which can be assessed by means of risk assessments. To facilitate an appropriate risk assessment for structural systems a scenario based model approach is outlined which differentiates consequences into two different types: direct (related to damages to individual components) and indirect (related to collapse failures). The definition of the “structural system” thus plays an important role in the risk assessment and it is discussed how the robustness assessed according to different definitions of the structural system will lead to different results and insights of relevance for the lifecycle management of the structural integrity. Furthermore, the important aspects of standardization of robustness assessments as well as requirements to robustness are discussed and suggestions for the treatment of these are proposed. Based on the presented approach to the assessment of structural robustness it is outlined how decisions on design, condition assessment, inspection and maintenance as well as monitoring activities for structures can be optimized for the purpose of managing structural risks over all phases of the life‐cycle of structures.     

Anwendung von Trapezblechstegen im Brückenbau

Trapezblechstege im Brückenbau kommen trotz der großen Vorteile, die diese Bauweise bietet, in Deutschland bisher nur an einem Pilotprojekt zur Anwendung. Durch die charakteristischen Eigenschaften des Trapezbleches entstehen konstruktive und wirtschaftliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Brückenbauweisen. Allerdings lassen die aktuell gültigen Regelwerke aufgrund fehlender Kenntnis zum Tragverhalten und mangelnder Erfahrung keine wirtschaftliche Ausbildung zu. Dies zeigt sich am Beispiel des Pilotprojekts. Die Ausbildung der Verbundfuge wurde hier nur sehr unbefriedigend gelöst und verdeutlicht somit die Notwendigkeit einfacher und praktikabler Verbindungsmöglichkeiten. Am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren der Universität Stuttgart wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Konstruktion und Entwurf ein von der Forschungsvereinigung für Stahlanwendung e. V. (FOSTA) finanziertes Forschungsvorhaben bearbeitet, bei dem unterschiedliche Verbundfugenausbildungen numerisch und experimentell untersucht wurden. Der folgende Beitrag beschränkt sich auf die Verwendung von Betondübeln als Verbundmittel und stellt hierfür ein einfaches Bemessungskonzept für die Verbundsicherung unter Längsschubbeanspruchung im Grenzzustand der Tragfähigkeit vor. The use of corrugated steel webs in bridge constructions – Load bearing behaviour of concrete dowels in combination with corrugated steel webs under longitudinal shear Studies of the load bearing behaviour under shear force of integrated connections at composite bridge girders using corrugated steel webs. Up to now there is only one project in Germany, where the application of corrugated steel webs has been practiced in the field of composite bridges. Due to the characteristics of the corrugated steel web this construction method has constructive and economic advantages. However there is a lack of experiences and standards to fully utilize these advantages and to allow an economic application. Especially the first project in Germany expose some critical points. The design of the joint between the concrete slab and the corrugated steel web is actually not satisfactory and shows the need for simpler and more practicable connection methods. At the Institute for Lightweight Structures and Conceptual Design at Universität Stuttgart and together with the Institute of Structural Design, a research project, financed by Forschungsvereinigung für Stahlanwendung e. V. (FOSTA) was made. Within this project different types of composite joints were experimentally and numerically analysed. This paper deals only with the investigations of concrete dowels as connectors. On the basis of these studies simple design rules for shear connection in the ultimate limit state were developed.