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.     

Bemessung,Anwendung und Qualitätssicherung von Stahlfaserspritzbeton im Tunnelbau

Die Spritzbetonbauweise hat sich im Tunnelbau seit Jahren bewährt. Spritzbeton wird als unbewehrter Beton, in Verbindung mit Bewehrung sowie als Stahlfaserspritzbeton eingesetzt. Bei den meisten Tunnelschalen aus Stahlfaserspritzbeton werden Stahlfasern derzeit nur als konstruktive Bewehrung verwendet. Die Faserzugabe führt zu einer nennenswerten Erhöhung der Bruchenergie und somit zu einer höheren Zähigkeit des sonst spröden Materials und damit zu einer höheren Sicherheit. Stahlfaserspritzbeton kann auch anstelle von Spritzbeton mit statisch erforderlicher Mattenbewehrung eingesetzt werden. Die Bemessung erfolgt dann unter Berücksichtigung der Nachrisszugfestigkeit. Diese kann wie bei Stahlfaserbeton an Biegebalken ermittelt werden, die aus größeren Proben herausgesägt werden. Anhand von verschiedenen Beispielen werden die unterschiedlichen Anwendungen aufgezeigt und die dafür erforderlichen Prüfungen vorgestellt. Design, Execution and Quality Management of Steel Fibre Reinforced Shotcrete in Tunnels The shotcrete method has been proven for tunnel structures since years. Shotcrete can be used unreinforced, in combination with reinforcement meshes and with fibre reinforcement. At the moment most steel fibre shotcrete tunnel liners have non‐structural fibre reinforcement. However, the addition of fibres increases the fracture energy of the material and changes the shotcrete behaviour from brittle to ductile with higher reliability. Steel fibre shotcrete can also replace shotcrete with traditional mesh reinforcement. The verification of steel fibre shotcrete takes the post cracking tensile strength of the material into account. The tensile strength of the cracked fibre concrete can be derived from bending tests on beams cut out of a larger shotcrete sample. This paper presents the different types of executed shotcrete applications in tunnels and the necessary test methods.     

Lebensdauersimulation von Betontragwerken

Es wird ein Konzept zur direkten numerischen Simulation von Tragwerken über ihre Lebensdauer vorgestellt. Es beinhaltet materiell nichtlineare Einzelberechnungen mit Hilfe der Finite‐Elemente‐Methode (FEM) über die Zeit, wobei Eingangswerte von Material, Geometrie, Einwirkungen oder Degradationsmechanismen als streuende Größen eingehen und bezüglich ihrer Relevanz überprüft werden. Zahlreiche Einzelberechnungen mit nach verbesserten Monte‐Carlo Verfahren bestimmten Eingangswerten führen zu Lebensdaueraussagen wie Restnutzungsdauern oder Schädigungsentwicklungen, die mit mittleren Werten und zu erwartender Streuung angegeben sind. Das Konzept wird an einer vorgespannten Bogenbrücke aus den 1950er Jahren angewendet. Es lässt sich auch vorausschauend nutzen, beispielsweise um Tragwerke im Entwurf für eine maximale Lebensdauer zu optimieren. Lifetime Simulation of Concrete Structures Stochastically based time‐dependent analyses applied to a degraded arch bridge A concept to directly simulate lifetime of engineering structures is introduced. It comprises sets of materially nonlinear structural computations using the finite element method (FEM), thereby considering stochastic scatter of input parameters from domains of geometry, loads and degradation mechanisms. Distinct parameters contributions to lifetime are checked for relevance. Multiple computation of parameter sets generated by enhanced Monte‐Carlo sampling leads to responses concerning residual structural lifetime or damage propagation. These responses are established by mean values along with expected standard deviations. The concept is adapted to simulate a degraded prestressed concrete arch bridge built in the 1950s. Additionally, it can be used in advance to optimize engineering structures right from the beginning of their planning processes to account for a maximum lifetime.     

Universelle Energiekennzahlen für Deutschland — Teil 2: Verbrauchskennzahlentwicklung nach Baualtersklassen

Die universellen Energiekennzahlen für Deutschland beinhalten bis dato 1/4 Million Gebäude‐Energieverbrauchskennzahlen der BRUNATA‐METRONA‐Gruppe aus den vergangenen sechs Jahren. Deren Datenaufbereitung umfasst die rückwirkende Revision respektive Normierung aller Energiekennzahlen anhand neuer ortsgenauer Klimafaktoren des Deutschen Wetterdienstes. Eine Auswahl von 110.000 Energiekennzahlen von gas‐ und ölbeheizten Gebäuden — davon etwa die Hälfte mit Baujahr nach 1977 — werden statistisch gemäß ihrer Kennzahlenentwicklung nach Baualtersklassen aufgeschlüsselt. Betrachtet wurden dabei nur nominell wärmetechnisch unsanierte Mehrfamilienhäuser bis 1994 und Neubauten ab 1995. Es wird belegt, dass die Mediane der heutigen Energiekennzahlverteilungen der bis in die 1960‐er Jahre gebauten Gebäude relativ konstant um 155 kWh/(m2a) liegen. Für diesen Bauzeitraum fallen die Energiekennzahlen für rund 90 % des Bestandes (5 bis 95 % Quantil) zwischen 100 und 260 kWh/(m2a). Seitdem fallen die Mediane stetig auf aktuell bis 85 kWh/(m2a). Der stärkste relative Rückgang ergibt sich für die Baujahre von 1994 nach 1995 mit Inkrafttreten der Wärmeschutzverordnung 1995. Die Standardabweichungen der Verteilungen haben sich gegenüber den Gebäuden aus den 1960‐er Jahren von über 50 kWh/(m2a) bis auf heute an nähernd 25 kWh/(m2a) etwa halbiert. Eine Gegenüberstellung der empirisch ermittelten Verbrauchskennzahlverteilungen mit den typischen Mindestanforderungen der vergangenen Wärmeschutzverordnungen und aktuellen Energieeinsparverordnungen schließen sich an. Mathematische Parametrierungen der empirischen Kennzahlverteilungen für Modell‐ und Hochrechnungen der Energieeffizienzentwicklung werden mitgeliefert. Universal Energy ratings for Germany — (Part 2): Evolution of rating distributions according to year of building construction. To date, “Universal Energy Ratings” for Germany contain about a quarter of a million energy consumption ratings recorded by the BRUNATA METRONA Group within the recent six year period. Data processing comprises a retro perspective review and normalisation of all energy ratings according to new, localised climate factors from the German weather service. A subset of 110.000 energy ratings concerning gas‐ and oil‐heated buildings only — half of those built past 1977 — has been analysed statistically by creating energy rating distributions depending on construction year, focussing exclusively on unrenovated objects (according to 1995 standards) built prior to 1995 and new buildings constructed in 1995 or later. It is shown, that the median values of rating distributions from about 1900 up into the 1960ies appear relatively constant around 155 kWh/(m2a). For building construction years within this time interval 90 % of today’s energy ratings (5 % to 95 %‐percentiles) fall into the range between 100 and 260 kWh/(m2a). For construction years after the mid 1960ies the median values continuously decrease to about 85 kWh/(m2a) today. Their corresponding standard deviations decreased by a factor of two from above 50 kWh/(m2a) to about 25 kWh/(m2a). The most distinct relative decrease occurred between 1994 and 1995 when the WSVO’95 was activated. This work adds a direct comparison between the recorded today energy ratings and the typical requirement levels of the various heat insulation regulations, WSVO, and Building Energy Conservation Ordinances, EnEV, concerning building construction years starting from 1977. We also present parameterization functions for the most important rating distributions that could be utilized for general model calculations and extapoletions to picture future energy efficiency evolution.     

Betongelenke aus selbstverdichtendem und hochfestem Beton bei der neuen Elbebrücke Mühlberg

Neben der architektonisch ansprechenden Form weist die neue Elbebrücke Mühlberg mit Betongelenken aus selbstverdichtendem und hochfestem Beton technische Neuheiten auf. Für die Bemessung der Betongelenke sind Ergänzungen und Modifikationen der vorhandenen Bemessungsregeln gemäß [1] erforderlich. Weiterhin ist die umfängliche Erstanwendung von selbstverdichtendem und hochfestem Beton im Brückenbau eine weitere Herausforderung für die Beteiligten. In diesem Beitrag werden die neu aufgestellten Bemessungsregeln für die Betongelenke zusammenfassend erläutert und über die Erfahrungen im Zusammenhang mit der Anwendung von selbstverdichtendem und hochfestem Beton im Brückenbau berichtet. Concrete Hinge made of self compacting and high strength concrete for the new Elbe‐Bridge Mühlberg. Additional to a sophisticated architectural design the new Elbe‐Bridge Mühlberg shows technical novelty with concrete hinges made of self compacting and high strength concrete. For the design of concrete hinge in this construction few modifications and additions to the available design rules according to [1] are necessary. Furthermore the use of self compacting and high strength concrete in great volume is a challenge. In this paper the new design rules for concrete hinge are explained and the know how regarding on the use of self compacting and high strength in bridge construction are reported.     

Untersuchungen zum Verbundverhalten von Betondübeln in vorwiegend ruhend und nicht ruhend beanspruchten Konstruktionen

Stahlverbundkonstruktionen erlauben eine optimale Ausnutzung der charakteristischen Materialeigenschaften der Verbundpartner Baustahl und Stahlbeton. Mit besonderer Sorgfalt ist bei der Kombination der Werkstoffe Stahl und Beton die Verbundfuge zu konstruieren, hierzu wurde in den letzten Jahren der Betondübel entwickelt. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit weiterführenden Untersuchungen zu diesem Tragelement. Gegenstand er experimentellen Untersuchungen sind neue, kontinuierliche Schnittformen und die Verwendung von Betondübeln in Plattenbalkenquerschnitten. Erweitert werden diese durch numerische Analysen. Zusätzlich wird die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Standard‐Abscher‐Versuchen und Trägerversuchen kritisch beleuchtet. Abschließend wird die Integration alternativer Dübelformen in das bereits bekannte, an der Universität der Bundeswehr München entwickelte Bemessungsmodell vorgestellt. Investigations to the composite behaviour of concrete dowels in static and dynamic constructions. In the field of composite construction a perfect utilisation of the material characteristics of steel and concrete is possible. At this the composite joint has to be designed very careful. Therefore, the concrete dowel was developed in the last years. Within the presented paper new continuous cuts for the steel web were tested. Further, the influence of T‐beam cross sections to the load bearing behaviour was investigated. Finally the experimental tests were enhanced by FE simulations. Additionally to the tests the portability the component test results to the beam tests is discussed. At the end of the paper the integration of new cutting lines in the existing concrete dowel design guide is presented, which was also developed at the Universität der Bundeswehr München, Germany.     

Anforderungen an die Wärmedämmung der Gebäudehülle: ein Vergleich zwischen EnEV 2009 und EnEV 2007

Im Hinblick auf die Anforderungen an die Dämmung der Gebäudehülle hat sich ein Wechsel der Bezugsgrößen und Abhängigkeiten von der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2007 zur EnEV 2009 vollzogen. Deshalb ist ein direkter Vergleich der beiden Vorschriften, zumindest bei Neubauten, nicht ohne weiteres möglich. Im folgenden Artikel wird die Möglichkeit eines allgemein gültigen Vergleichs der beiden Anforderungsniveaus untersucht. Daraus lassen sich für den Planer Schlüsse im Hinblick auf die Einhaltung der Anforderungen und deren Auswirkung auf den Entwurf und die Konstruktion ziehen. Abschnitt 1 behandelt dabei den Neubau von Wohngebäuden, Abschnitt 2 den Neubau von Nichtwohngebäuden und Abschnitt 3 die Bestandsgebäude. Comparison of the heat insulation requirements for building envelopes between EnEV 2007 and EnEV 2009. The heat insulation requirements for building envelopes depending on reference values and various conditions have been changed from EnEV 2007 (German Building Energy Conservation Ordinance) to EnEV 2009. Therefore, a direct comparison of both regulations is not possible, especially for new buildings. In this article the possibility of a generally valid comparison of both requirement levels is examined. Conclusions for the design of residential buildings, commercial buildings and refirbishment of existing buildings are given.     

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.     

Instandsetzung einer Betonbrücke mit Walzträgern nach dem Prinzip des Kathodischen Korrosionsschutzes

Für die Instandsetzung chloridbelasteter Stahlbetonbauwerke muss bei den so genannten konventionellen Verfahren oftmals Beton in großer Tiefe abgetragen werden. Dies verursacht hohe Kosten, stellt einen erheblichen Eingriff in das Bauwerk dar und führt nicht zuletzt zu Nutzungseinschränkungen während der Instandsetzung. Aus diesem Grund gewinnt der Kathodische Korrosionsschutz (KKS) von Stahl in Beton, eine zum Großteil zerstörungsfreie Instandsetzungsmethode, als wirtschaftliches Instandsetzungsverfahren korrosionsgefährdeter bzw.‐geschädigter Bauteile zunehmend an Bedeutung. Nachfolgend wird die Instandsetzung der Brücke über den Auer Mühlbach in München mit KKS beschrieben. Das Tragsystem der Auer Mühlbachbrücke besteht aus einbetonierten Walzträgern, die mit diskreten Einzelanoden geschützt wurden. Auf Grund der sehr hohen Überschüttung und der verkehrlichen Bedeutung dieser Brücke war der KKS besonders vorteilhaft anwendbar, da es während der gesamten Instandsetzung keinerlei Einschränkungen des Verkehrs gab. Repair of a Concrete‐Bridge with Rolled Section Beams applying the Principle of Cathodic Protection When repairing reinforced concrete structures containing chlorides by conventional methods, it is often necessary to remove the concrete to great depths. This causes high costs and leads to a significant intervention of the structure, combined with a limitation of use whilst repair measures. This is the reason why Cathodic Protection (CP) of reinforcement in concrete is gaining importance as predominantly non‐destructive, costeffective repair measure of structures susceptible to or damaged by corrosion. Consecutively the repair measure of the bridge over the Auer Mühlbach in Munich using CP is described. The load bearing system of the bridge of Auer Mühlbach consists of rolled section steel beams, which are protected using discrete anodes. Due to the high ground cover and the high importance to the intra‐urban traffic, the application of CP was in particular advantageously as the traffic has not been limited whilst the repair measure.     

Biegetragfähigkeit von textilbetonverstärkten Stahlbetonplatten

Textilbeton (TRC) ist eine sehr effektive Methode zur Verstärkung von Stahlbetonkonstruktionen. An der TU Dresden wurden im Rahmen des SFB 528 umfangreiche Forschungen zum Einsatz von Textilbeton zur nachträglichen Biegeverstärkung bestehender Beton‐ und Stahlbetonbauteile durchgeführt. Die experimentellen Untersuchungen erfolgten im Regelfall an textilbetonverstärkten kleinformatigen Stahlbetonplatten mit Spannweiten von 1,60 m und Plattendicken von 0,10 m. Parallel zu diesen Versuchen erfolgte die Entwicklung von Berechnungsmodellen, mit denen unter anderem die maximale Biegetragfähigkeit der verstärkten Bauteile vorhergesagt werden kann. Der vorliegende Aufsatz beschreibt experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Überprüfung der Übertragbarkeit der bisher gewonnenen Ergebnisse auf großformatige Stahlbetonplatten mit Spannweiten von 6,75 m und Plattendicken von 0,23 m. Durch die Verwendung textiler Hochleistungsbewehrungen aus Carbon auf Basis von so genannten Heavy‐Tow‐Garnen wurden sehr hohe Verstärkungsgrade realisiert. Die Ergebnisse zeigen signifikante Steigerungen der Tragfähigkeiten im Vergleich zu unverstärkten Referenzplatten. Dadurch konnte die sichere Anwendung von Biegeverstärkungen aus Textilbeton auch für Bauteile mit großen Spannweiten und großen Verstärkungsgraden gezeigt werden. Gleichzeitig wurde bei vergleichbarem Lastniveau mit zunehmendem Verstärkungsgrad eine deutliche Verringerung der Durchbiegungen nachgewiesen. Die experimentell ermittelten Tragfähigkeiten sind mit dem vorgestellten Berehnungsansatz zur überschläglichen Biegebemessung textilbetonverstärkter Stahlbetonplatten gut nachvollziehbar. Bending Capacity of Reinforced Concrete Slabs Strengthened with Textile Reinforced Concrete Textile Reinforced Concrete (TRC) is a very effective method to strengthen reinforced concrete constructions. The SFB 528 of the TU Dresden has been carrying out vast research concerning the use of TRC for a subsequent bending strengthening of existing concrete and reinforced concrete components. As a rule the experiments TRC strengthened small format reinforced concrete slabs with span widths of 1.60 m and thicknesses of 0.10 m were used. Parallel to these tests calculation models were developed enabling a prediction of the maximum bending load carrying capacity of the strengthened units among others. The paper describes the experimental and theoretical research for checking the transferability of the results gained until now onto large‐size reinforced concrete slabs with span widths of 6.75 m and thicknesses of 0.23 m. Through the use of high performance textile reinforcements based on carbon Heavy‐Tow‐Yarns very high reinforcement degrees were realized. The results show significant increases of the load carrying capacity compared to the unstrengthened reference slabs. Thus the safe use of bending strengthening out of TRC for components with large span widths and high reinforcement degrees could be proven. At the same time we were able to demonstrate considerably lower deflection with growing reinforcement degrees. The experimentally determined load bearing capacity can be well comprehended with the introduced calculation models of the bending measurement of TRC strengthened reinforced concrete slabs.     

Experimentelle Untersuchungen zum Schubtragverhalten dünner Scheiben aus Ultrahochfestem Beton

Ultrahochfester Beton ist ein Baustoff mit herausragenden mechanischen Eigenschaften. Weit gespannte Brückentragwerke mit schlanken Stegen aus Ultrahochfestem Beton sind denkbar. Dadurch kann Eigengewicht und Material gespart werden. Die Lebensdauer der Brücken würde aufgrund der Widerstandsfähigkeit gegen mechanische und chemische Einflüsse steigen. Die Zug‐ und die Druckfestigkeit wurden inzwischen in einigen Forschungsarbeiten untersucht. Demgegenüber gibt es noch kaum Erkenntnisse zum Schubtragverhalten. Auch existieren noch keine Normen oder Vorschriften dazu. Eine Arbeit am Institut für Betonbau der TU‐Graz befasst sich mit der Schubtragfähigkeit von schlanken, nicht beulgefährdeten Scheiben aus Ultrahochfestem Beton. Shear Carrying Capacity of Ultra High Performance Concrete Ultra High Performance Concrete is a building material with fantastic mechanical properties. Slender, durable Bridges with large spans and thin webs are imaginable. The life cycle will increase because of the chemical and mechanical resistance. The tension and compression strength are well investigated, but there are less investigations about the shear carrying capacity. One research work at the Institute for Structural Concrete of Graz University of Technology deals with the shear carrying capacity of thin Panels without buckling risk.     

A contribution to understanding the influence of concrete cracking on timber concrete composite bridge beams

Despite of widely implemented advances in TCC bridge technology, there are still no satisfying design recommendations that consider the influence of concrete cracking on the distribution of forces and deformation. A research project at Universidad Austral de Chile studied several aspects of concrete cracking in TCC bridges with timber beams of greater depth than width using elastic dowel‐type shear connectors. One of the results of concrete cracking is a reduction of the slip modulus of the connectors. This weakening was simulated in shear tests by a small gap between the timber and the concrete. A test calibrated FEM model was used for a parametric study of 120 different cases, most of which did not show concrete cracking. Where concrete cracking occurred, it caused an increase in the timber tensile stresses and beam deflection of up to 20 %. We conclude that concrete cracking occurs when the timber‐concrete depth ratio is less than four times the cubic root of the effective flange width of the concrete slab. Beitrag zur Berücksichtigung des Einflusses der Rissbildung im Beton in Holz‐Beton‐Verbundbrücken Trotz des hohen Entwicklungsstands der Holzverbundbrückentechnologie, fehlen ausreichende Entwurfsgrundlagen für die Berücksichtigung des Einflusses der Rissbildung auf die Schnittkraft‐ und Verformungsverteilung. Im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Universidad Austral de Chile werden verschieden Aspekte der Rissbildung in Holzverbundbrücken mit Holzbalken mit größerer Höhe als Breite und elastischen stiftförmigen Verbindungsmitteln untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Rissbildung auf den Schubmodul del Verbindungsmittel auswirkt. Dieser Einfluss wurde in Scherversuchen durch einen kleinen Spalt zwischen Holz und Beton simuliert. Anhand eines mit Versuchen kalibrierten FEM‐Modells wurden eine Parameterstudie mit 120 verschieden Fälle durchgeführt. In den meisten Fällen tritt keine Rissbildung auf. Wenn es zu Rissbildung kommt, vergrössern sich die Holzzugspannungen und die Durchbiegung um bis zu 20 %. Wir stellen fest, dass Rissbildung auftritt, wenn das Bauhöhenverhältniss von Holz und Beton kleiner als die vierfache Kubikwurzel der mitwirkenden Plattenbreite der Betonplatte ist.     

Tragverhalten und Dauerhaftigkeit einer schlanken Textilbetonbrücke

Auf der Schwäbischen Alb wurde eine ältere Fußgängerbrücke aus Stahlbeton durch eine neue Brücke aus Textilbeton ersetzt, die durch die Kombination von textilbewehrtem Beton und einer Vorspannung ohne Verbund eine außergewöhnliche Schlankheit erreicht. Bei einer Betondeckung von nur 1,5 cm für die Bewehrung aus technischen Textilien war ein im Vergleich zu Stahlbetonbauteilen ungewöhnlich filigraner mehrstegiger Plattenbalkenquerschnitt als Überbau ausführbar. In dem vorliegenden Beitrag werden Untersuchungen zu den Werkstoffen, zum Tragverhalten und zur Dauerhaftigkeit vorgestellt. Das Tragwerk, die Bemessung und Konstruktion sowie insbesondere das Schwingungsverhalten sind Gegenstand eines separaten Beitrags in diesem Heft. Load‐Bearing Behavior and Durability of a Slender Textile Reinforced Concrete Bridge An older pedestrian bridge was replaced by a new bridge made of textile reinforced concrete (TRC) in Southern Germany. A remarkable slenderness was achieved by using a combination of TRC and an unbounded prestressing. The concrete cover of only 1,5 cm makes it possible to design an uncommonly slender Tbeam with seven webs and which is used as superstructure. The article deals with the experimental investigations of the material properties, load‐bearing behaviour and durability. The design and construction, especially the dynamic behaviour, of the bearing structure is described in a separate article in this issue.     

Korrosionsbeständigkeit eines nichtrostenden Chromstahls in karbonatisiertem Normal‐, Leicht‐ und Recyclingbeton

Um der Forderung nach Nachhaltigkeit nachzukommen, wird in den nächsten Jahren der Einsatz von Betonen mit rezyklierten Gesteinskörnungen (Beton‐ und Mischabbruch) zunehmen. Wegen den wärmedämmenden Eigenschaften wird auch der Bedarf an Betonen mit Leichtzuschlägen (z. B. Blähglas) steigen. Als wesentliches Element dieser Entwicklung werden für die Zementund Betonproduktion zunehmend Zemente mit reduziertem Portlandzementklinkergehalt sowie Zusatzstoffe wie Flugasche und Hüttensand verwendet. Damit nimmt der Karbonatisierungswiderstand der Betone tendenziell ab und das Risiko für Korrosionsschäden zu. Die nachfolgend vorgestellten Untersuchungen hatten zum Ziel, die Korrosionsbeständigkeit eines nichtrostenden Chromstahls (Top12, Zusammensetzung entspricht ungefähr dem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4003) in karbonatisiertem Beton mit unterschiedlicher Zusammensetzung zu evaluieren, mit normalem Betonstahl zu vergleichen und zu beurteilen. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass der Top12, im Gegensatz zum normalen Betonstahl, in allen untersuchten Betonen und damit auch in stark karbonatisierten Recyclingbetonen beständig ist. Corrosion Resistance of a Stainless Chromium‐Steel in Carbonated Ordinary, Light‐Weight and Recycling Concrete In order to achieve the goals for a sustainable development, concrete with recycled aggregates (concrete and mixtures from concrete and masonry, e.g. clay bricks and calcium silicate blocks etc.) is going to be used more and more in the future. Due to its thermal insulating properties, the demand for concrete with light‐weight aggregates (e.g. foam glass) will also increase. As an essential element of this development, an increasing amount of cements with a reduced clinker factor as well as of mineral additions such as fly ash and ground granulated blast furnace slag is used for concrete production. Therefore, as a general tendency, the carbonation resistance of concrete mixes decreases while the risk of corrosion damages increases. The goal of the investigations described in this paper was to evaluate and to assess the corrosion resistance of a stainless rebar (Top12, composition corresponds approx. to steel grade 1.4003) in various carbonated concrete mixes and to compare the results with common rebars. The results lead to the conclusion that, in contrast to common rebars, Top12 is durable in all investigated concrete mixes, including strongly carbonated recycling concretes.     

Temburong Bridge,Brunei – Design of two cable stayed bridges

The Temburong Bridge Project is a 30 km long dual two‐lane highway crossing over the Brunei Bay. It will connect the relatively isolated Brunei district of Temburong to the other three Brunei districts. The main objective of the project is to stimulate economic growth in the Temburong region by connecting it to the country's airport and ports. The alignment crosses two navigation channels resulting in the need for two cable stayed bridges – the Brunei Channel Bridge (145 m main span) and the Eastern Channel Bridge (260 m main span). The design of these cable stayed bridges is one of the first applications of the Eurocode to a fully concrete cable stayed bridge. Both cable stayed bridges draw on strong Islamic architectural influences from the region to form a tower shape that is unique and instantly recognisable. Temburong Brücke, Brunei – Entwurf von zwei Schrägkabelbrücken Die Temburong Brücke ist eine 30 km lange Verbindung über die Brunei Bucht mit zwei Richtungsfahrbahnen mit je zwei Fahrstreifen. Sie wird den relativ isolierten Distrikt Temburong mit den anderen drei Distrikten Bruneis verbinden. Hauptanliegen des Projekts ist die Stimulierung von ökonomischem Wachstum in der Temburong Region, indem sie an den Flughafen und Seehafen des Landes angebunden wird. Die Trassierung erfordert die Überquerung zweier Schiffahrtsrouten. Dies wird mit der Anordnung zweier Schrägkabelbrücken ermöglicht, der Brunei Channel Brücke (145 m Hauptspannweite) und der Eastern Channel Brücke (260 m Hauptspannweite). Die Bemessung der beiden Brücken stellt eine der ersten Anwendungen des Eurocode auf Schrägkabelbrücken mit Betonüberbau dar. Optisch sind die beiden Brücken geprägt von der islamischen Architektur der Umgebung, die Pylonform ist ein besonderes Erkennungsmerkmal der Brücken.     

Nachträgliche Verstärkung gemauerter Tragwerke mit Faserverbundwerkstoffen

Gemauerte Konstruktionen lassen sich sehr effektiv mit Faserverbundwerkstoffen nachträglich verstärken. Dabei ist es sinnvoll, den Faserverbundwerkstoff direkt auf der Mauerwerksoberfläche durch das Einlegen von Fasergelegen in eine Klebstoffmatrix herzustellen. Anwendungsgebiete dieses Verfahrens sind die Umschnürung gemauerter Pfeiler, die Verstärkung von Wänden unter Scheibenbeanspruchung und die zugfeste Bewehrung biegebeanspruchter Bauteile. Die wichtigsten Ergebnisse umfangreicher experimenteller Untersuchungen, die an der Universität Kassel in den vergangenen Jahren durchgeführt wurden, werden vorgestellt und erläutert. Post‐strengthening of masonry structures with fibre reinforced polymers. Fiber reinforced polymeres can be used effectively for post‐strengthening of masonry structures. In this context it is reasonable to manufacture the FRP material by wet‐lay‐up directly on the surface of the masonry structure. Possible applications of the method are the confinement of columns as well as post‐strengthening of in‐plane and out‐of‐plane loaded structures. The main results of experimental research carried out at the University of Kassel during the last years will be presented.     

Erste Erfahrungen mit Mehrfamilien‐Passivhäusern in monolithischer Bauweise

Zum ersten Mal entstehen Mehrfamilien‐Wohnhäuser mit den höchsten Ansprüchen an Energieeffizienz und Nachhaltigkeit in monolithischer Bauweise. Die Gebäude werden in Frankfurt a. M. von der ABG Frankfurt Holding im nördlichen Stadtteil Kalbach Süd errichtet. Der architektonische Entwurf stammt aus dem Büro Scheffler und Partner, die statische, energetische und bauphysikalische Planung des Projekts hat das Frankfurter Büro Bollinger + Grohmann Ingenieure übernommen, die gebäudetechnische Planung das Büro Baumgartner. Es handelt sich dabei um die ersten monolithisch gebauten Mehrfamilien‐Passivhäuser. Sie markieren daher einen Meilenstein für die einschalige monolithische Bauweise in Verbindung mit einem anspruchsvollen energetischen Standard. Die Herausforderung für die Planer bestand in der Berücksichtigung verschiedener Aspekte und deren integrale Einbindung in die Planung. Ausgehend von vorgegebenen Parametern der städtischen Bebauungspläne, von Planungs‐ und Bedarfsvorgaben, wie z. B. Anzahl der erforderlichen Wohneinheiten, Aspekten der Familienfreundlichkeit und Barrierefreiheit, sollte eine Bauweise mit höchsten Ansprüchen an Ressourceneffizienz im weitesten Sinne realisiert werden. Dabei waren nicht nur Aspekte der Energieeffizienz von zentraler Bedeutung. Auch die Kosteneffizienz bei einer den gesamten Lebenszyklus umfassenden Betrachtung sollte die langfristige ökonomische Nachhaltigkeit für Nutzer und Eigentümer sichern. Gleichzeitig ergeben sich aus den hier gesammelten Erfahrungen wichtige Fragen für Forschung und Entwicklung im Bereich des nachhaltigen Bauens, das keinesfalls im Konflikt mit der Kreativität und der Vielfalt der Baukultur steht. First experiences with apartment buildings built in monolithic construction to Passivhaus standard. For the first time, apartment buildings are being built in monolithic construction that meet the most exacting requirements regarding energy efficiency and sustainability. These buildings are under construction in the northern district of Kalbach Süd in Frankfurt (Main) by ABG Frankfurt Holding. The architectural design was produced by Scheffler and Partners, the Frankfurt structural engineers Bollinger + Grohmann undertook the structural design including building physics and energy related aspects, and Baumgartner Engineers took charge of M&E design. These apartment buildings are the first monolithically constructed apartment buildings built to Passivhaus standard. They therefore represent a milestone in single‐skin monolithic construction in connection with an exacting energy standard. The challenge for architects and engineers was to consider a range of different aspects and accommodate them in the design. In addition to given parameters such as the urban development plan, client requirements such as the number of apartments, aspects of family living and barrier‐free standards, the briefing called for the highest construction standard in terms of efficient use of resources in the widest sense. This meant that the emphasis was not only on energy efficiency. Cost efficiency throughout the entire lifecycle of the building was equally as important in order to ensure long term economic sustainability for users and owners. The experience gained on this project will also provide answers to important questions regarding research and development in sustainable building, which is not in any conflict with the creativity and diversity of our architectural culture.     

Sandwichtürme für Windenergieanlagen mit höherfesten Stahl‐ und Verbundwerkstoffen

Die Leistung und Größe von Windenergieanlagen sind in den letzten Jahren immer weiter angestiegen. Damit erhöhen sich zwangsläufig auch die Anforderungen an die Turmkonstruktionen, die bislang als Stahlrohr‐, Spannbeton‐ oder Fachwerkturm zur Ausführung kommen. Als Alternative dazu wurden am Institut für Stahlbau der Leibniz Universität Hannover mehrere Varianten von Sandwichtürmen untersucht, mit denen die Schalenstabilität und Tragfähigkeit gesteigert werden können. Eine einzelne Sandwichturmsektion besteht dabei grundsätzlich aus einem stählernen Innen‐ und Außenrohr, die durch einen dazwischen liegenden Verbundwerkstoff vollflächig ausgesteift werden. Als Verbundwerkstoffe können pumpfähige Elastomere, Epoxidharze und Vergussmörtel dienen, die vom Turmfuß aufsteigend in den Ringspalt gefüllt werden. Das Sandwichsegment ist dabei nur im unteren Turmbereich vorgesehen, in dem hohe Schalenstabilitäten und große Blechdicken erforderlich sind. Mit dem alternativen Einsatz einer zweischaligen Turmkonstruktion aus dünneren sowie höherfesteren Stahlrohren reduziert sich deutlich das Schweißvolumen gegenüber der herkömmlichen Bauweise. Für Turmsektionen mit einem Durchmesser D > 4,3 m wird ein neues Fertigungskonzept mit längsorientierten Teilschalen beschrieben, womit nicht nur das Transportproblem über Land gelöst, sondern auch die Anzahl der Rundnähte minimiert werden kann. Ferner wird eine neue Verbindungstechnik zwischen den Turmsektionen vorgestellt, die ohne ermüdungskritische und aufwändig geschraubte Ringflansche auskommt. Sandwichtowers for wind turbines with high strength steel and core materials. The performance and the dimensions of wind energy converters have been increased significantly within the last few years. Thus, the requirements on tower constructions will also increase following the development of bigger turbines. Usually tubular steel and pre‐stressed concrete towers are chosen as support structures for wind turbines. The structural design of tubular steel towers is mainly driven by ultimate and fatigue limit state. Especially shell buckling leads to large dimensions and thicknesses for the steel sections. Therefore, a new kind of tower, the so called sandwichtower, has been developed as an alternative solution with the aim of increasing the shell stability. The sandwich tower consists of an inner and outer steel shell which are bonded together with a core material between them. That works as a full space stiffener. As a result of the investigations a combination of steel and sandwich‐section is favoured where the sandwich is only planned for the lower tower section to get higher stability simultaneously with thinner shells. Therefore, the effective welding time can be decreased when the shells are made of high strength steels. Especially for tower sections with D > 4.3 m a new fabrication concept with longitudinal partial shells is developed to offer the transportation onshore and to minimize the number of critical circumferential welds. Furthermore, a new kind of connection between the tower sections is presented without bolted ring flanges.     

Polystyrol‐Extruderschaum mit verbesserten wärmetechnischen Eigenschaften — Entwicklung,Prüfung und Anwendung

Ein neuer Wärmedämmstoff aus extrudiertem Polystyrol‐Hartschaum (XPS) mit geringerer Wärmeleitfähigkeit wurde entwickelt, um die erhöhten Anforderungen an einen dauerhaften Wärmeschutz von Gebäuden einfacher und mit geringerem Materialaufwand zu erfüllen. Die bewährten mechanischen und hygrothermischen Eigenschaften von XPS‐Dämmstoffen werden beibehalten. Die erste Produkt‐Generation ist insbesondere für die außenliegende Wärmedämmung von erdberührten Wänden und Böden sowie für die Kerndämmung von zweischaligen Wänden entwickelt worden. Das verwendete CO₂‐Schäumverfahren entspricht den bestehenden Anforderungen an die Nachhaltigkeit von Bauprodukten. Development, testing and application of extruded polystyrene foam (XPS) insulation with improved thermal properties. Improved extruded polystyrene foam (XPS) insulation with lower thermal conductivity has been developed. This enables meeting the increased requirements for sustainable building insulation with better material efficiency. The proven mechanical and hygro‐thermal properties of XPS insulation are maintained. This first product generation has been developed primarily for external perimeter insulation of basement walls and floors as well as for the insulation of cavity walls. The CO₂ foaming technology meets the sustainability requirements for building products.     

Die Instandsetzung der Old White Nile Bridge in Khartoum/Sudan

Die Old White Nile und die Old Blue Nile Bridge waren die ersten beiden Brücken überhaupt, die in Khartoum, der Hauptstadt des Sudan über den Nil führten. Sie wurden von der Britischen Baufirma Dorman Long Ltd. in den Jahren 1908 und 1928 gebaut und erfüllen bis heute in nahezu unveränderter Form ihren Dienst. Sie stellen damit funktionstüchtige, ingenieurtechnische Denkmale dar und zeugen von der außergewöhnlichen Ingenieurleistung, die hier unter schwierigen klimatischen und technologischen Bedingung erbracht wurde. Der folgende Beitrag befasst sich mit der Instandsetzung der Old White Nile Bridge, welche im Zeitraum von 2004 bis 2007 durchgeführt wurde. Die Schüßler‐Plan Ingenieurgesellschaft wurde von der Brückenbauverwaltung der Stadt Khartoum mit verschiedenen Untersuchungen im Zusammenhang mit dem Sanierungskonzept betraut. Der Aufsatz befasst sich neben einem historischen Rückblick mit der Entscheidung, ob ein Auswechseln der 80 Jahre alten, in ihrer Funktion stark eingeschränkten Brückenlager aus statischer Sicht notwendig ist oder diese am Bauwerk belassen werden können. Auch für die Old Blue Nile Bridge ist in den kommenden Jahren eine grundlegende Instandsetzung vorgesehen. Da die Konstruktion vergleichbar ist, können die bei der Old White Nile Bridge gewonnenen Erkenntnisse hierbei einen wertvollen Beitrag leisten. Rehabilitation of old steel bridges over the Nile in Khartoum/Sudan. The Old White Nile Bridge and the Old Blue Nile Bridge were the first bridges ever to cross the Nile at Khartoum – Capital of the Sudan. They were build In 1928 and 1908 by the British Company Dorman Long Ltd. and till today service the traffic in Khartoum in their since then unchanged form. They represent as such a functional technical monument and an attest of the unusual engineering achievement, which was realised under the most extreme climatic and technological conditions. The following report is about the rehabilitation of the Old White Nile Bridge, which was carried out from 2004 till 2007. The Schüßler‐Plan Ingenieurgesellschaft was contracted by the Bridge Department of the State of Khartoum with several analysis related with the rehabilitation concept. The report starts with an historic review of the bridge and continuous with the decision weather it is statically necessary to exchange the nearly 80 year old bearings that are strongly hindered in their function, or weather they could be left unchanged. For the Blue Nile Bridge also, a complete rehabilitation is planned in the near future. Since the two bridge structures are comparable, the knowledge collected at the Old White Nile Bridge could be of great advantage for the Blue Nile rehabilitation.