Einheit von Wissenschaft und Kunst im Brückenbau: Hellmut Homberg (1909–1990) – Das Werk (Teil III)

Das Werkverzeichnis des leidenschaftlichen Brückenbauers Hellmut Homberg ist umfassend und facettenreich. Anhand kennzeichnender Bauwerke wird seine konstruktive Entwicklung transparent. Sein Werk entsteht im Wettbewerb zu anderen großen beratenden Ingenieuren und in der Zusammenarbeit mit ausführenden Baufirmen. Harmony between science and art in bridge‐building: Hellmut Homberg (1909–1990) – his work (part III). The Catalogue Raisonné of this impassionate bridge engineer Hellmut Homberg is comprehensive and multi facetted. Distinguished bridge structures make his structural development transparent. His work evolves in cooperation with construction companies, competing with consulting engineers.     

Einheit von Wissenschaft und Kunst im Brückenbau: Hellmut Homberg (1909–1990) – Sein Beitrag zur Theorie des Brückenbaus (Teil II)

Aus dem baustatischen Œuvre Homberg s ragt sein Beitrag zur Theorie hochgradig statisch unbestimmter Trägerroste hervor, der im Folgenden im Zusammenhang mit der Entwicklung im Brückenbau und der Baustatik von den 1930‐er bis in die 1960‐er Jahre herausgearbeitet wird. Harmony between science and art in bridge‐building: Hellmut Homberg (1909–1990) – his contribution to the theory of bridges (part II). The one theory of Hellmut Homberg that stands out from the rest of his contributions to the theory of structures is that concerning grillages with a high degree of static indeterminacy. This is described below in conjunction with the development of bridge‐building and theory of structures from the 1930s to the 1960s.     

Zur Entwicklung und zum Einsatz des Liquid‐V‐Dampers zur Tilgung von vertikalen Brückenschwingungen – Teil 1 – Mechanische Grundlagen und Wirkungsweise

Die Kenntnis über das dynamische Verhalten von Bauwerken gewinnt immer mehr an Bedeutung. Dies trifft insbesondere auf Brücken zu, die durch den Einsatz von hochfesten Materialien sowie komplexen Computerprogrammen schlanker und leichter denn je geplant und gebaut werden können. Dadurch wird die Berücksichtigung dynamischer Kriterien in der Planung und Bauwerksüberwachung unumgänglich. Eine Möglichkeit der Minimierung der auftretenden Schwingungen ist die Anordnung von Schwingungsdämpfern am Tragwerk, die bis dato hauptsächlich in der Form des Masse‐Feder‐Dämpfers realisiert wurden. In diesem zweiteiligen Beitrag soll der alternative Einsatz von Flüssigkeitsschwingungstilgern in V‐Form (Liquid‐V‐Damper) gegen vertikale Brückenschwingungen speziell für den Einsatz bei Fachwerkbrücken dargestellt werden. Dabei wird der Schwerpunkt im vorliegenden ersten Teil des Beitrages auf die mechanische Wirkungsweise gelegt, der zweite Teil beschäftigt sich mit den zugehörigen Versuchen sowie der praktischen Anwendung der Tilger. Auf die baupraktische Einsatzmöglichkeit der Liquid‐V‐Damper wird dabei ein besonderes Augenmerk gelegt. Development and use of the Liquid‐V‐Damper against vertical bridge vibrations. Part 1 – Mechanical basics and mode of operation. Nowadays the acknowledgment of the dynamical behavior of structures, in special for bridges, becomes more and more important because of the use of high strength materials and complex computer simulations. Due to that reasons these structures can be planed and build more slender and light weighted than ever. So the consideration of dynamical effects in the planning phase and the structure monitoring is indispensable. One possible method to reduce structural vibrations is the arrangement of dampers on the structure. The common type of dampers is the mass‐spring damper. In this two‐part paper the alternative use of tuned liquid column damper (Liquid‐V‐Damper) against vertical bridge vibrations in special designed for truss bridges is presented. The presented first part concerns with the mechanical mode of operation, the second part will present the corresponding testing series and the practical tuning of the damper. Special attention is paid to the practical use of the Liquid‐V‐Damper.     

Asymmetrische Netzwerkbogenbrücken

Asymmetrische Netzwerkbögen eröffnen dem entwerfenden Ingenieur neue gestalterische Möglichkeiten bei gleichzeitig guter Wirtschaftlichkeit und hoher Effizienz des Tragwerks. Im Gegensatz zu Stabbogenbrücken mit vertikalen Hängern befindet sich die Stützlinie in Netzwerkbögen ohne Hängerausfall für alle Lastfälle im Bogen. Daher muss die Bogenform nicht einem bestimmten Lastfall angepasst werden und kann asymmetrisch sein. Voraussetzung ist, dass auch dann eine Hängeranordnung entworfen wird, die Hängerausfall vermeidet. Die Schrittgrößen und die technische Machbarkeit entsprechen im Wesentlichen denen von symmetrischen Netzwerkbögen. Mögliche Anwendungsgebiete umfassen asymmetrische Brückenstandorte sowie schiefwinklige Brücken und Brücken mit veränderlicher Breite. Asymmetric network arch bridges. Asymmetric network arch bridges offer new possibilities to the design engineers. At the same time they ensure both, economic and static efficiency. In contrast to tied arch bridges with vertical hangers, in network arches without hanger relaxation the line of thrust lies within the arch for all load cases. Therefore, the arch shape does not have to be adapted to a special load case and may be asymmetric. The requirement for this is, that a hanger arrangement is designed, which avoids hanger relaxation. Internal forces and technical feasibility are basically the same as in symmetric network arches. Possible applications are asymmetric bridge locations, skew bridges or bridges with variable width.     

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.     

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.     

Fritz Leonhardt als junger Ingenieur – Frühe Erfahrungen im Großbrückenbau

Fritz Leonhardt (1909–1999) hat sich in den nahezu sieben Jahrzehnten seines beruflichen Schaffens auf vielen Gebieten des Bauingenieurwesens hohe Anerkennung erworben. Sein besonderes Interesse galt dem Brückenbau. Unvergessen sind Leonhardt s innovative Vorschläge und Bauten, die den Spannbeton‐ und Schrägseilbrückenbau in der deutschen Nachkriegszeit maßgeblich beeinflusst haben. Weniger bekannt ist, dass Leonhardt bereits vor 1945 an mehreren großen Bauvorhaben beteiligt war. Zwei dieser Projekte sollen hier herausgegriffen und näher beleuchtet werden: der Bau der Hängebrücke Köln‐Rodenkirchen (1938–1941) und die in den selben Jahren von Leonhardt erarbeiteten Entwürfe für eine Hängebrücke über die Elbe in Hamburg. Fritz Leonhardt as a Young Engineer – Early Experiences in Long Span Bridge Design and Construction. Fritz Leonhardt (1909–1999) worked almost seven decades as a civil engineer. His contributions made him famous and well recognized world wide. He was especially interested in bridge design and construction. Well known are his innovative concepts which have influenced significantly the design of post‐tensioned concrete structures and cable‐stayed bridges in post war Germany. Less known is the fact that Leonhardt already participated in major projects before 1945. Two of those projects are selected and described here: the construction of the suspension bridge Cologne‐Rhodenkirchen (1938–1941) and his designs for the Elbe suspension bridge in Hamburg (1938–1941).     

Entwicklung allgemeiner Entwurfsgrundsätze für Hängernetze von Netzwerkbogenbrücken

Um die statischen Vorteile von Netzwerkbogenbrücken effizient nutzen zu können, ist die Anordnung der Hänger von großer Bedeutung. Der Tragwerksentwurf wird deshalb wesentlich von der Wahl des Hängernetzes bestimmt. Hängerneigung, Hängeranzahl und die Lage der Hängeranschlusspunkte beeinflussen die Spannungszustände sowohl in Bogen und Versteifungsträger als auch in den Hängern in erheblichem Maße. So wird zum Beispiel die Größe der Biegemomente in Bogen und Untergurt durch die Anzahl der Hänger und die damit verbundenen Abstände der Anschlüsse bestimmt. Des Weiteren ist die Hängerneigung ein entscheidender Faktor für die Anzahl der Ausfälle der druckschlaffen Hänger oder die Größe der Spannungsamplituden der Hänger. Nicht minder wichtig ist jedoch auch das ästhetische Erscheinungsbild des Tragwerkes, welches erheblich durch die Art und Weise der Hängeranordnung geprägt wird. Um das effizienteste Hängernetz zu ermitteln, werden fünf mögliche Hängernetze mit variierenden Hängerneigungsparametern, Stützweiten und Bogenhöhen (f/l‐Verhältnisse) hinsichtlich gezielt ausgewählter statischer Kriterien untersucht und bewertet. Daraus resultierend werden Empfehlungen formuliert, die dem Ingenieur die Wahl eines für entsprechende Rahmenbedingungen geeigneten Hängernetzes erleichtern. Abschließend erfolgt ein Vergleich zwischen einer Brücke mit einem nach den erhaltenen Erkenntnissen konstruierten Hängernetz und einem Tragwerk, bei dem die Hänger ähnlich zu bereits ausgeführten Netzwerkbogenbrücken angeordnet sind. Development of general design principles for the hanger arrangements of network arch bridges. To use the static advantages of network arch bridges efficiently, the arrangement of the hangers is very important. The stress conditions in the arch and lower chord are strongly affected by the slope of the hangers, the number of the hangers and the position of the hanger connection points. For example, the size of the bending moments in the arch and lower chord depends on the number of hangers and the associated distances between the connection points. Furthermore, the slope of the hangers is a decisive factor for the number of relaxed hangers and the size of the stress amplitudes. Not less important is the aesthetic view of the structure, which is influenced by the kind of hanger arrangement. To optimize the hanger‐network, different kinds of hanger arrangement methods have been investigated, considering different hanger slopes for each hanger. Five different and possible hanger arrangements with varying parameters (slope of the hangers, number of the hangers, span of the bridge, arch rise) have been analysed in respect to systematic selected static criterions. On the basis of these investigations, recommendations are given for engineering applications how to choose an optimized hanger arrangement according to different geometrical bridge parameters. Finally, a comparison between a network arch, based on the results of the analyses, and a structure with a hanger slope similar to existing network arch bridges is shown to clarify the advantages of the developed hanger arrangement.     

Entwurf und Konstruktion der Egg‐Graben Brücke

Aufgrund der hohen Erhaltungskosten von Brücken gibt es mittlerweile unterschiedliche Ansätze, um die Dauerhaftigkeit zu erhöhen. Vorgespannte Brücken ohne Betonstahl stellen hierfür einen neuen Ansatz dar. Zur Erforschung des Tragverhaltens solcher Strukturen wurde ein Forschungsprojekt gestartet und Großversuche durchgeführt. Die Landesbaudirektion Salzburg war von dieser innovativen Idee überzeugt und hat deshalb die Technologie beim Bau der Egg‐Graben Brücke ausgeschrieben. Die Egg‐Graben Brücke ist eine im Grundriss gekrümmte Bogenbrücke mit einer Länge von 50 m. Nach einer Bauzeit von 18 Monaten erfolgte im November 2009 die Freigabe für den Verkehr. Der vorliegende Aufsatz beschreibt die Technologie, den Entwurf sowie die beim Bau der Brücke gesammelte Erfahrung. Design and Construction of the Egg‐Graben Bridge Due to the high maintenance costs of bridges, there are now various approaches to enhance the durability. Post tensioned bridges without steel reinforcement represent one of these approaches. To investigate the structural behaviour of such constructions, a research project was started and large‐scale tests were carried out. The government of the province of Salzburg could be convinced of this innovative technology and tendered out the method for the construction of the Egg‐Graben Bridge. For the arch bridge, which is curved in plan, the superstructure is prestressed without using further steel reinforcement. After a construction period of 18 months the bridge was opened to traffic in November 2009. The paper describes the technology, the design and the experience gained from the construction of the bridge.     

Stoffliche und konstruktionsbezogene Besonderheiten beim Einsatz von UHFB im Brückenbau am Beispiel von drei Pilotprojekten

Seit 1997 wurden weltweit ca. 30 Brücken aus UHFB (Ultrahochfester Beton) gebaut. Wegen der hohen Leistungsfähigkeit von UHFB, vor allem in Bezug auf seine Festigkeits‐ und Dauerhaftigkeitseigenschaften, ist er geradezu prädestiniert für Ingenieurbauwerke und damit auch für Brücken. Übliche Konstruktionsprinzipien des Betonbaus lassen sich jedoch nicht einfach auf den neuen Werkstoff übertragen. Die konsequente Einbeziehung der Eigenschaften und Besonderheiten des neuen Werkstoffes sowie die Berücksichtigung der Forderungen der Nachhaltigkeit führen zu filigranen, modularen und flexiblen Bauweisen, die sich ihrem Konstruktionsprinzip nach zwischen Beton‐ und Stahlkonstruktionen einordnen lassen. Bei Betrachtung der gesamten Lebenszykluskosten sind mit solchen Bauweisen wirtschaftliche Bauwerke mit eminentem Nutzen für die Volkswirtschaft möglich. Nach einer allgemeinen Betrachtung werden anhand der Erfahrungen bei Konstruktion, Bemessung und Ausführung von drei verschiedenen Pilotprojekten in Österreich die Besonderheiten und neuen Erkenntnisse beispielhaft erläutert. Special Features of Material and Structure in the Application of UHPC for Bridge Construction exemplified by three Pilot Projects Since 1997 nearly 30 bridges have been built worldwide using UHPC (Ultra High Performance Concrete). Due to the high performance of UHPC, especially owing to its strength and durability properties, this material is predestined for engineering structures and as a result also for bridges. Common design philosophies in concrete construction can not easily be adapted to this new material. The consistent incorporation of the properties and special features of this new material as well as the demands for sustainability lead to filigree, flexible and modular buildings. Therefore the design philosophy can be classified between concrete and steel constructions. Considering the complete life‐cycle costs, such constructions permit economical buildings with an eminent benefit for the national economy. After general consideration, the special properties and the new insights gained are exemplified based on experiences during construction, dimensioning and implementation of three different pilot projects in Austria.     

Nachrechnen und Verstärken älterer Spannbetonbrücken

Es zeichnet sich ab, dass die Investitionen in die Verstärkung und Erneuerung des Straßenbrückenbestands in Deutschland zukünftig stark erhöht werden müssen, damit das Fernstraßennetz bestmöglich nutzbar bleibt. Erste Erfahrungen mit der Nachrechnung von Brücken zeigen, dass viele ältere Brücken sehr kurzfristig verstärkt oder erneuert werden müssen. Besonders kritische ältere Brücken, die nicht kurzfristig verstärkt oder erneuert werden können, müssen für den Schwerverkehr eingeschränkt werden, da sie nach den Regeln der Nachrechnungsrichtlinie erheblich überbeansprucht sind. Zur Verstärkung älterer Spannbetonbrücken hat sich in den letzten Jahren eine Externe Vorspannung als vorteilhafteste Verstärkungstechnik herausgestellt. Die Regeln zur Bemessung, Konstruktion und Bauausführung sind inzwischen vielfach angewendet und erprobt. Noch verbleibende Regeln für die Querkraftbemessung älterer Spannbetonbrücken im Rahmen der Nachrechnung sind in der Entwicklung und müssen den Tragwerksplanern baldmöglichst zur Verfügung gestellt werden. Checking and Strengthening older Prestressed Concrete Bridges In Germany it seems to indicate, that very high investments are necessary to strengthen or replace older road bridges in order to maintain a sustainable and effective traffic infrastructure. First experiences with a new guideline for checking older bridges are, that many older bridges have to be checked and strengthened in a short‐term. Weak structures without strengthening have to be closed for the heavy‐duty traffic, because these bridges are overloaded. The strengthening with additional external tendons is the best available technology for older prestressed concrete bridges. That is the experience of the last years. In the following paper principles of design, detailing possibilities and construction works are illustrated. Special rules for shear design of older bridges with low thrust reinforcement and additional external tendons are at the development stage.     

Zur plastischen Tragfähigkeit von Straßenbrücken in Verbundbauweise mit längsausgesteiften Stegen

Mit der Einführung der Eurocodes ist nunmehr auch bei Verbundbrücken eine gewisse Ausnutzung plastischer Querschnittstragfähigkeiten sowie plastischer Systemreserven bei mehrfeldrigen Tragwerken möglich. Dies erlaubt eine höhere Wirtschaftlichkeit gegenüber der bisher üblichen weitgehend elastischen Auslegung. Insbesondere bei bestehenden Brückentragwerken könnte damit bei Ansatz der aktuellen höheren Verkehrslasten nach Eurocode oder aber bei Brückenverbreiterungen mitunter eine aufwändige Tragwerksverstärkung entfallen oder zumindest reduziert werden. Während bei Brücken mit kürzerer Stützweite und damit meist kompakten Querschnitten die plastischen Tragreserven gut einschätzbar sind, wird in diesem Beitrag der Fokus auf mehrfeldrige Brücken mit größerer Stützweite gelegt, deren Querschnitte zusätzliche Längssteifen aufweisen und damit – unter Voraussetzung elastischer Spannungsverteilung – beulgefährdet sind. Zuerst wird die alleinige Querschnittstragfähigkeit betrachtet. Dies erfolgt unter Voraussetzung hoher Beanspruchungsanteile vor Verbund, wie sie infolge der üblichen Montage ohne Rüstung und Hilfsjoche vielfach vorliegt. Nachfolgend wird auf die Auswirkungen bei Ausnutzung der plastischen Querschnittstragfähigkeit eingegangen, welche sich in Form der Umlagerung der elastisch ermittelten Schnittkräfte bei Durchlaufträgern ergeben. Aus den Berechnungsergebnissen für ein genauer untersuchtes, bestehendes Verbundtragwerk sind gewisse Einschränkungen bei der Ausnutzung der plastischen Querschnittstragfähigkeit erkennbar. Weiterhin werden mitunter zusätzliche, über die elastische Schnittkraftberechnung hinausgehende Berechnungsschritte erforderlich. Die diesbezüglichen Hinweise für eine praktische Vorgehensweise werden dargestellt. Plastic load bearing capacity of composite highway bridges with stiffened webs. The introduction of the Eurocodes made plastic design criteria available also for composite bridges, leading to more economical solutions compared with the previously elastic design rules. Particularly for old bridges with higher actual traffic loads, strengthening should therefore be avoidable or at least be necessary to a minor extent. For bridges with smaller spans and compact cross sections, the plastic load bearing capacity is clearly identified. In this paper the focus is placed on longer bridges with higher, stiffened girders, susceptible to local buckling. In a first step, the cross section capacity in bending is studied as an isolated case, based on high preloads acting on the steel girder only, due to the common assembling procedure without framework. In a second step, the effects on the whole structure are studied, because utilising the plastic section capacity leads to a redistribution of internal forces. Based on the comprehensive study of an old, actual strengthened composite bridge, some limitations for plastic design are noticed. Moreover, plastic design sometimes needs additional global analysis. Details of practical recommendations are given.     

Vergleich und Beurteilung unterschiedlicher Lastmodelle für die Ermittlung der dynamischen Antwort von Zugüberfahrten über Brücken bei Hochgeschwindigkeitsverkehr

Drei analytische Lastmodelle für die Berechnung von Zugüberfahrten über Brücken werden mathematisch formuliert: eine Folge von Einzelkräften, eine Folge von Punkmassen und eine Folge von Mehrkörpersystemen. Die Kopplung der Lastmodelle an das Brückenmodell erfolgt mechanisch exakt im Rahmen einer ebenen Betrachtung des Problems. Die Diskretisierung der Bewegungsgleichungen erfolgt mit Hilfe der Methode von Ritz und Galerkin (Modalanalyse). Am Beispiel einer leichten Balkenbrücke aus Stahl unter der Einwirkung eines Hochgeschwindigkeitszuges werden die drei Lastmodelle untereinander verglichen. An diesem Beispiel wird deutlich, dass mit Lastmodellen aus Einzelkräften oder Punktmassen die Schwingungsantwort von leichten Brücken stark überschätzt werden kann. Bereits die Verwendung von einfachen Mehrkörpersystemen mit nur wenigen Freiheitsgraden führt zu wesentlich genaueren Ergebnissen, insbesondere bei resonanzgefährdeten Brücken. Wege für eine effiziente Berechnung stehen unter Anwendung der Modalanalyse offen und werden ebenso diskutiert wie die Beurteilung der Resonanzgefahr. Comparison and assessment of various load models to calculate train crossings of bridges at high speed. Three analytical load models to calculate train crossings over bridges are mathematically formulated: a series of concentrated forces, a series of concentrated masses and a series of multi‐body systems. The coupling of the load models to the bridge model is carried out within the scope of a two‐dimensional treatment of the problem and without simplifications. The differential equations of motion are discretised using the method of Ritz and Galerkin (modal analysis). The three load models are compared with each other using the example of a lightweight beam bridge made of steel which is loaded by a high‐speed train. The example shows clearly that the dynamic response of a lightweight bridge is overestimated if the load models consist of concentrated forces or masses. Even the use of simple multi‐body systems with only few degrees of freedom lead to considerably more accurate results. This finding particularly holds true for bridges which are at risk of resonance effects. Options for an efficient calculation are available with modal analysis and are discussed. The assessment of resonance effects is also treated.     

Bemessungs‐ und Ausführungshinweise für Aufbeton auf Brückenfahrbahnplatten

Durch die ständige Erhöhung der Verkehrsbelastungen in den letzten Jahrzehnten und durch die Verwendung moderner Fahrzeugrückhaltesysteme sind ältere Brücken häufig nicht mehr in der Lage, ohne Verstärkungsmaßnahmen den Anforderungen des modernen Straßenverkehrs zu genügen. Eine bewährte Methode, die Tragfähigkeit einer Brücke zu erhöhen, besteht darin, auf das entsprechend vorbehandelte Rohtragwerk eine bewehrte Platte, welche mit dem Bestand kraftschlüssig verbunden ist, zu betonieren. Für die Bemessung sind der Eurocode und die in den europäisch technischen Dübelzulassungen (ETA) angegeben Bemessungsvorschriften (ETAG, TR, ...) anzuwenden. Der Anwender steht vor einer Fülle von breit gefächerten Wahlmöglichkeiten innerhalb dieser Vorschriften. Auf Basis der Erkenntnisse von mehreren Versuchsprogrammen gibt in Österreich die RVS 15.02.34 Anweisungen für die Fugenvorbereitung, die Rezeptur und den Einbau des Aufbetons und für die zugehörige Interpretation des Eurocodes und der Dübelbemessungsvorschriften bei der Bemessung der Schubfuge. Design and Detailling of Concrete Overlays Due to a permanent increase of traffic loads during the last decades and due to installation of modern vehicle restraint systems older bridges are often overloaded and thus have to be strengthened. Casting a concrete overlay on the existing structure is a state of the art method in order to increase the bearing capacity. The key is to prepare the interface in a way that no slip will occur between old and new concrete when forces are transferred over the interface. Mandatory for designing the concrete overlay is the Eurocode and in the European Technical Approvals (ETA) for dowels referred design guidelines (ETAG, TR, ...). However, the designer has to choose within a lot of options. On the basis of several research programs the RVS 15.02.34 gives recommendations for the preparation of the old concrete, the composition of the new concrete, casting and curing as well as choosing the associated options of the Eurocode within the structural design and detailing of the interface.     

Zur Querkraftgefährdung bestehender Spannbetonbrücken

Zur Formulierung einer Handlungsanweisung werden 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 wird mit der Straßeninformationsbank (Teilprojekt Bauwerksdaten) ausgewertet, um Klassifizierungs‐ und Bewertungskriterien zu erarbeiten. Zur Beurteilung des Querkraftwiderstandes werden die Grundlagen der Querkraftbemessung nach DIN 1045, DIN 4227, DIN Fachbericht 102 und aus der Literatur gegenübergestellt. Shear‐Vulnerability of Existing Pre‐Stressed Concrete Bridges. Part One: Basics 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.     

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.     

Zu Verbundbrücken mit integralen Widerlagern

Bei Entwurf und Planung von Brückenbauwerken stehen neben der Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit auch die Fragen der Nachhaltigkeit, Wirtschaftlichkeit und Instandhaltung im Fokus. Verbundbrücken mit integrierten Widerlagern sind deswegen eine wirtschaftliche Alternative. Sie erweisen sich als günstiger im Bau und Unterhalt, da Lager und Fugen, welche einen großen Anteil an den Gesamtwartungskosten des Bauwerks ausmachen, fehlen. Jedoch konnten bisher in den meisten europäischen Ländern nur wenige Erfahrungen mit integralen Widerlagerbrücken, insbesondere in Verbundbauweise, gesammelt werden, so dass die Verbreitung dieses Brückentyps nur zögerlich erfolgt. Durch Forschungsarbeiten, über die auszugsweise in dem Aufsatz berichtet wird, können offene Punkte bei der Bemessung weiter geklärt werden, so dass die Vorteile langfristig sinkender Instandhaltungskosten besser ausgenutzt werden können. Integral abutment bridges. Within the design and construction of bridges, questions of sustainability, maintenance and durability become more and more important for European road administrations in addition to safety and serviceability issues. Therefore integral abutment bridges turn out to become highly attractive to designers, constructors and road administrations. The main reason for this is that they tend to be less expensive to build, easier to maintain and more economical to own over their life time. This is principally due to the non‐existence of bearings and joints, that are main sources of maintenance costs during life time. However, in most European countries only few experience with integral bridges has been gained so far. Thus road administrations often are reluctant in using types of bridges like this. Nowadays this lack is more and more filled. Therefore with further assessment the share of integral abutment bridges in the European bridge stock has the potential to increase significantly with the advantage of reduced maintenance costs.     

Zum Einfluss baulicher Randbedingungen auf das dynamische Verhalten von WIB‐Eisenbahnbrücken

Die Weiterentwicklung des europäischen Eisenbahnnetzes ist unter anderem durch den vermehrten Einsatz von Hochgeschwindigkeitszügen und eine signifikante Anhebung der Betriebsgeschwindigkeiten gekennzeichnet. Um die Auswirkungen von Zugbeanspruchungen auf Eisenbahnbrücken im Rahmen einer dynamischen Bemessung hinreichend genau vorhersagen zu können, ist die Kenntnis der wesentlichen dynamischen Systemeigenschaften erforderlich. Nur so können bemessungsrelevante Resonanzeffekte, die bei hohen Geschwindigkeiten grundsätzlich nicht auszuschließen sind, rechnerisch auf zuverlässige Weise erfasst werden. Messungen insbesondere an WIB‐Überbauten zeigen jedoch, dass eine realistische rechnerische Abschätzung von Brückeneigenfrequenzen schwierig ist. Tatsächliche und rechnerische Werte weichen in vielen Fällen erheblich voneinander ab. Als ursächlich wird hierfür unter anderem eine unzureichende Berücksichtigung baulicher Randbedingungen angesehen, die teilweise erheblichen Einfluss auf die Steifigkeits‐ und Dämpfungseigenschaften der Brücke haben. Der erste Teil des Beitrags führte in die Problematik ein und präsentierte Ergebnisse aus Messuntersuchungen an WIB‐Brücken. Im vorliegenden zweiten Teil des Beitrags wird nun auf Grundlage numerischer Studien gezeigt, wie sich bauliche Randbedingungen auf das dynamische Verhalten von WIB‐Überbauten auswirken. Abschließend werden die Untersuchungsergebnisse dazu genutzt, Vorschläge für eine genauere dynamische Bemessung abzuleiten. On the influence of constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam railway bridges. Enhancements of the European railway system are amongst other things mainly characterized by increased usage of high speed trains and significantly raised operating speeds. To predict effects of train loading on railway bridges for a dynamic design adequately, knowledge of the system’s significant dynamic characteristics is required. Only this ensures that resonance effects, which generally cannot be screened out for high speeds, can be covered analytically by reliable values. Measurements especially carried out on filler beam bridges have shown though that a realistic estimation of eigenfrequencies of bridges is difficult. Actual values and measured ones differ significantly in many cases. In particular non‐consideration of structural constraints is seen as reason for this, given that they have an immense effect on a bridge’s stiffness and damping characteristics. The first part of the contribution gave a brief survey on the dynamics of high‐speed railway bridges. Furthermore results from measurements on filler beam railway decks were presented. In this second part of the contribution the influence of particular constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam bridges is investigated, supported by numerical studies. Finally the main outcomes are discussed and proposals for an improved dynamic bridge design are made.     

Zwischen Genie und Utopie – Johann Wilhelm Schwedlers vergessener Alternativentwurf für die erste Kölner Rheinbrücke

Im Wettbewerb um den Bau der ersten Kölner Rheinbrücke erhielt der junge Berliner Ingenieur Johann Wilhelm Schwedler den Ersten Preis für einen Hängebrücken‐Entwurf, der auf einer Planung seines Bruders aufbaut und sich eng an die Vorgaben der Ausschreibung hielt. Da aber schnell klar wurde, dass die verlangte Hängebrücke mit Schifffahrtsöffnung den stetig wachsenden Anforderungen an eine Eisenbahnbrücke nicht genügen konnte, schuf Schwedler kurz darauf einen Alternativentwurf, bei dem er die Fahrbahn an abgestumpft linsenförmigen Trägern aufhing. Dieser Entwurf, der bisher unbekannt war und erst im Jahre 1900 publiziert wurde, steht in engstem Zusammenhang mit Schwedlers bahnbrechender, ebenfalls zunächst kaum wahrgenommenen Publikation der “Theorie der Brückenbalkensysteme” von 1851. In Köln entschied man sich 1853/54 für den Bau einer Gitterträgerbrücke nach dem Vorbild der Dirschauer Weichselbrücke. Als Schwedler Jahrzehnte später genau dort seinen letzten Großbau ausführen konnte, nahm er die Kölner Entwürfe auf; in statisch aktualisierter Form bildeten sie ein Dokument des Fortschritts im Brückenbau und ein gebautes Manifest zugunsten der theoretisch‐wissenschaftlich fundierten Ingenieurbaukunst, an deren Durchsetzung Schwedler maßgeblich beteiligt war. Of vision and genius – The forgotten alternative design by Johann Wilhelm Schwedler for the first Rhine Bridge at Cologne, Germany. The competition on the first Rhine crossing was won, with a suspension bridge construction, based on his brother's preparatory designs and closely following the rules, by young engineer Johann Wilhelm Schwedler from Berlin. But it soon became clear that the bridge, including an opening section, could not cope with the constantly rising demands of railway traffic, and Schwedler created an alternative design, consisting of lenticular trusses with a suspended track. This design, hidden for al long time and published only once in 1900, is closely linked with Schwedler's groundbreaking, but also first neglected publication on the “Theory of Bridge Truss Systems” in 1851. Some years later, a lattice truss bridge was built at Cologne, following the Weichsel bridge at Dirschau (1850–55). Decades later when Schwedler got the chance to build another large size bridge right there, he returned to the Cologne design of 1850. Structurally modernized, he made it a document to progress in bridge building and a manifesto for an Art of Engineering based on science and theory, the success of which was not to a small extent the work of Schwedler.     

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.