Dynamische Zustandsbewertung einer Verbundbrücke: Beobachtung äußerer und nichtlinearer Einflüsse auf die modalen Eigenschaften

Bei der Anwendung dynamischer Untersuchungsmethoden zur Zustandsbewertung von Ingenieurbauwerken aus Stahl‐ und Spannbeton sowie Verbundbau spielen Veränderungen von Rand‐ und Umweltbedingungen auf die modalen Parameter eine wesentliche Rolle. Während man diese im Laborexperiment weitest gehend überwachen bzw. ausschließen kann, sind sie bei in‐situ Versuchen nur schwer zu kontrollieren. Am Beispiel einer Verbundbrücke soll demonstriert werden, welche Größenordnung die Veränderung von Randbedingungen (z. B. Veränderung von anregenden Kräften) und Umwelteinflüsse (z. B. Temperatur) auf die dynamischen Parameter einer in‐situ Struktur haben können. Die Größenordnung dieser Veränderungen wird mit Veränderungen, die aus wirklichen Strukturschäden resultieren können, verglichen und bewertet. Dynamic Condition Assessment of a Composite Bridge: Investigation of External and Nonlinear Influences on the Modal Properties Using dynamic investigation methods to assess the state of civil constructions like reinforced and prestressed concrete structures as well as composite structures, changes in boundary conditions and environmental influences play a decisive role. Under laboratory conditions it is possible to control respectively to exclude these influences but it is not always possible to control and to exclude them when testing in‐situ. By means of dynamic measurements which are conducted on a composite bridge, possible changes in dynamic properties resulting from changes in the amplitude of the excitation force and resulting from changes in the temperature conditions are demonstrated. The dimension of these changes is compared with changes in modal properties resulting from real structural defects and structural damages.     

Vergleich berechneter und gemessener Verformungen der Vorpommernbrücke über die Warnow in Rostock

Bei Spannbetonkonstruktionen ist grundsätzlich ein Nachweis der Verformungen erforderlich. Ausgehend von allgemeinen Betrachtungen zum Nachweis der Bauteilverformungen werden wesentliche materialseitige Einflüsse auf die Verformungsvorhersage diskutiert. Es wird deutlich, dass eine genaue Berechnung der Verformung nur bedingt möglich ist. Am Beispiel der Vorpommernbrücke über die Warnow in Rostock wird der Einfluss von nichtlinearen Materialgesetzen auf die Verformungsvorhersage verdeutlicht. Der Vergleich der Berechnungsergebnisse mit den Messwerten der Verformungen ergab eine gute Übereinstimmung. Comparison of Calculated and Measured Deformations of the West‐Pomerania‐Bridge in Rostock Generally, a proof of the deformations of prestressed concreteconstructions is required. On the basis of a general consideration of the structural deformations the influence of significant material characteristics on the predicted deformations is discussed in this paper. It will be obvious, that an accurate estimation is only possible in a restricted manner. The West‐Pomerania‐Bridge over the Warnow in Rostock serves as an example, to show the influence of non‐linear material‐laws on the predicted deformations. The comparison of the calculated deformations with the measurements results in a good agreement.     

Statische und kinetische Instabilitäten bei Bauwerken

In der Bautechnik treten oft, z. B. bei windbelasteten oder meerestechnischen Konstruktionen, statische oder dynamische Instabilitäten auf – manchmal auch ein Zusammenwirken (Interaktion) beider Mechanismen, wobei die Knick‐ oder Beuleigenformen durchaus verschieden von den entsprechenden Schwingungseigenformen sein können. Es soll dargestellt werden, wann die Stabilitätsuntersuchungen der Strukturen statisch durchgeführt werden dürfen und in welcher Form sich die Ergebnisse bei einer zusätzlichen dynamischen Belastung verändern. Static and dynamic instabilities of structures. In structural design e. g. under wind loads or offshore structures we often have static or dynamic instabilities sometimes also an interaction of both mechanisms, where the buckling modes may be different from the vibration modes. We want to recognize, whether the investigations may be static and how the results may alter by dynamic loads.     

Static tests on road bridge made from steel corrugated plates

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

Tragverhalten von Verbundbauteilen aus bewehrtem UHFB und Stahlbeton

Ultra‐Hochleistungs‐Faserbetone (UHFB) eignen sich aufgrund ihrer hohen Festigkeiten, des hohen Verformungsvermögens und der geringen Permeabilität zur Verbesserung und Instandsetzung bestehender Betonbauten. Mit dünnen Schichten von bewehrtem UHFB, die auf bestehende Stahlbetonbauteile aufgetragen werden, können der Tragwiderstand und die Gebrauchstauglichkeit deutlich gesteigert werden. In einer umfangreichen Versuchsreihe wurden die Eigenschaften von mit zusätzlich zu den Fasern auch mit Stabstahl bewehrtem UHFB untersucht. Die Bewehrung des UHFB mit Stabstählen ist vorteilhaft, um den Verfestigungsbereich des UHFB zu erweitern, seinen Tragwiderstand zu erhöhen und die Streuung seiner mechanischen Eigenschaften zu reduzieren. Zur Bewehrung können hoch‐ oder niederfeste Stähle mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen zum Einsatz kommen. Abschließend werden zwei Anwendungen vorgestellt. Structural Behaviour of Composite Elements Combining Reinforced Ultra‐High Performance Fibre‐Reinforced Concrete (UHPFRC) and Reinforced Concrete Due to their high strengths, high deformability and low permeability Ultra‐High Performance Fibre‐Reinforced Concretes (UHPFRC) are suitable for the improvement and rehabilitation of existing concrete structures. Thin layers of reinforced UHPFRC that are applied to existing concrete members, increase both the load bearing capacity and the serviceability. By comprehensive experimental studies the behaviour of UHPFRC with additional bar reinforcement was investigated. The reinforcement of UHPFRC is advantageous in order to increase the strain hardening capacity of UHPFRC, its load bearing capacity and to reduce the scatter of its mechanical properties. Low or high strength steel grades with various surface characteristics can be used as reinforcement of UHPFRC. Finally two on site applications are presented.     

Feuchtesensoren in der Bauwerksüberwachung

Die Bestimmung des Wassergehalts und insbesondere der orts‐ und zeitabhängigen Feuchteverteilung in Baustoffen hat in der Forschung, Baustoffentwicklung, Bauwerksdiagnose und Bauwerksüberwachung einen besonderen Stellenwert. Bei der Untersuchung von Schadensursachen muss an Bauwerken in der Regel die Baustofffeuchte mit bewertet werden, da sowohl wesentliche Baustoffeigenschaften als auch die Dauerhaftigkeit von Bauwerken in entscheidendem Maße von deren Wassergehalt abhängig sind. In jüngster Zeit werden Feuchtesensoren eingesetzt, um die Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs‐ bzw. Schutzmaßnahmen zu kontrollieren. Dies soll es dem Bauherrn ermöglichen, rechtzeitig Maßnahmen einleiten zu können, bevor Schäden infolge von Wasser‐ bzw. Chloridzutritt auftreten können. Condition Assessment with Moisture Sensors The determination of the water content in construction materials and in particular with regard to its depth and time dependent distribution is of high interest in the area of research, material development and condition assessment of structures. The assessment of the reason of damages mostly require to regard the moisture content of structures, because the moisture content basically affects material properties and the durability of structures. Recently moisture sensors have been used to control the functionality and durability of repair and protection measures. This enables the owner to carry out accurately timed measures to prevent damages due to the ingress of water and chlorides.     

Zur Ermittlung der Normalkraft‐Verlängerung und Moment‐Krümmung‐Beziehungen der Stahlbetonbauteile im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkei

Die Nachweise zur Begrenzung der Verformungen von Stahlbetonbauteilen sind infolge der Verwendung von Baustoffen höherer Festigkeiten immer wichtiger geworden, oft sogar maßgebend. Eine Verdopplung der Betondruckfestigkeit eines normalen Betons ruft eine etwa 20%ige Erhöhung des E_c‐Moduls hervor aber keine des Betonstahls, da E_s konstant ist. Dies und die dementsprechend schlanker gewordenen Stahlbetonbauteile führen zu größeren Verformungen – Verlängerungen, Durchbiegungen und/oder Verdrehungen – die deren Verhalten beeinträchtigen können. Die für die Ermittlung der Verformungen benötigten “Normalkraft‐mittlere Dehnungslinien”, bzw. “Moment‐mittlere Krümmungslinien” werden erläutert. About the Calculation of Displacements of Reinforced Concrete Members in the Serviceability Limit State The verification of reinforced concrete elements for the purpose of limiting deformations has become increasingly important, often even decisive, as a result of the use of higher strength materials. A doubling of the compressive strength of a normal concrete causes an increase of about 20% in the E_c‐module, and none of reinforcing steel, because E_s is constant. This and, accordingly, the slender reinforced concrete elements lead to larger deformations – elongations, deflections and/or rotations – which may affect their behaviour. The determination of “axial tensile force – mean strain diagrams”, respectively “bending moment – mean curvature diagrams”, needed for the calculation of the displacements, is explained.     

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 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.     

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.     

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.     

Das Druckgurtmodell für Stahlbetonbauteile

In den vergangenen Jahren wurden verschiedene auf die Bemessung von Stahl‐ und Spannbetonbauteilen ausgerichtete theoretische Modelle entwickelt. Heute stehen das Zuggurtmodell, das Modell der gerissenen (Steg‐)Scheibe und das Druckgurtmodell zur Verfügung, auf deren Grundlage Verformungsverhalten und Tragwiderstände umfassend beurteilt werden können. Auf das Druckgurtmodell wird im vorliegenden Beitrag detailliert eingegangen. Es berücksichtigt die Festigkeits‐ und Duktilitätssteigerung durch eine Umschnürungsbewehrung sowie die bruchmechanisch begründete Entfestigung des Betons und die damit einhergehende Verformungslokalisierung. Auf der Grundlage neuerer Versuchsergebnisse können für die komplexen Interdependenzen zwischen diesen Effekten plausible Beziehungen angegeben werden. Die mithilfe des Druckgurtmodells gewonnenen Erkenntnisse sind für die Baupraxis von Bedeutung: Das Verhalten von auf Druck beanspruchten Bauteilen (z. B. Druckplatten von Brückenquerschnitten, Stützen) lässt sich zuverlässig erfassen; darüber hinaus ergeben sich wichtige Hinweise für die konstruktive Durchbildung. Compression Chord Model for Structural Concrete In recent years, several theoretical models have been developed with the scope on the design of reinforced and prestressed concrete structures. Today, the tension chord model, the cracked membrane model and the compression chord model are available, with which the deformation behaviour as well as ultimate loads can be determined. In the present contribution the compression chord model is discussed in detail. The model takes the increase of strength and ductility due to a confining reinforcement into account and considers the softening as well as the localisation of deformations accompanying the fracture of concrete. On the basis of new test results plausible relations for the complex interdependencies between these effects are found. The results of the compression chord model are relevant for practical applications: The behaviour of compressed members (e.g. in bridge girders or columns) can be assessed reliably; moreover, hints for the detailing of reinforcement can be deduced.     

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.     

Entwurf und Ausführungsplanung der Stöbnitztalbrücke

Auf der Neubaustrecke Erfurt – Leipzig/Halle werden zurzeit einige Talbrücken realisiert, die einen neuen, ganzheitlich orientierten Entwurfsansatz verfolgen. Bei diesen integralen bzw. semi‐integralen Bauwerken sind die Überbauten monolithisch mit den Pfeilern und teilweise mit den Widerlagern verbunden. Sie können deshalb schlanker und mit stetigen Übergängen zwischen den Bauteilen ausgeführt werden. Durch den weitgehenden Verzicht auf Lager und Fugen und durch die robuste Bauweise besitzen integrale Bauwerke eine wesentlich längere Lebenserwartung als herkömmliche Talbrücken. Die Scherkondetalbrücke und die Gänsebachtalbrücke wurden bereits in vorherigen Ausgaben beschrieben. In diesem Beitrag wird über den Bau der Stöbnitztalbrücke berichtet, die als Sondervorschlag der ausführenden Baufirma realisiert wird. The Bridge over Stoebnitz Valley – a Bridge without Bearings on High‐Speed Railway Route Erfurt – Leipzig/Halle Currently some large valley bridges are under construction on high‐speed railway route Erfurt‐Leipzig/Halle. These bridges follow a new holistic design philosophy. The superstructures of those integral or semi‐integral bridges are rigidly connected to the abutments and the columns. Therefore, they are more slender than conventional bridges and the bridges are very robust and durable because of the omitting of bearings and dilatation joints. The bridges over Scherkonde valley and over Gaensebach valley were already described in previous issues. In this paper the construction of the bridge crossing Stoebnitz valley is reported. This bridge is being built as an alternate design of the contractor.     

Berechnung des Abhebens von verankerten Flüssigkeitsbehältern unter Erdbebeneinwirkung

Die horizontalen Einwirkungen aus Erdbeben können bei Flüssigkeitsbehältern zum Abheben des Bodenblechs führen. Damit verbunden sind zusätzliche Axialkräfte in der gegenüberliegenden Behälterwand und Verformungen des Bodenblechs. Insbesondere die Verdrehungen des Bodenblechs sind oftmals kritisch für den Nachweis der Erdbebensicherheit. Verankerungen können das Abheben wirkungsvoll begrenzen, wobei z. B. Ringfundamente oder Mikropfähle die in den Ankerbolzen auftretenden Zugkräfte aufnehmen. Im vorliegenden Beitrag wird die Wirkung der Verankerung am Gesamtsystem von Behälterwand und Bodenblech untersucht. Dieses wird mit ebenen FE‐Schalenelementen unter Berücksichtigung nichtlinearen Materialverhaltens für die Ankerbolzen modelliert. Der dynamische Druck des verankerten Behälters aus horizontaler Erdbebenanregung wird inkrementell als statische Last aufgebracht und mit dem statischen und dynamischen Flüssigkeitsdruck aus vertikaler Erdbebenanregung überlagert. In jedem Lastschritt wird iterativ das Abheben des Tankbodens berechnet. Die Ergebnisse werden den Angaben des EC 8, Teil 4, Anhang A gegenübergestellt. Uplift analyses of anchored liquid storage tanks under earthquake excitation. Horizontal earthquake excitations may lead to an uplift of the base plate of liquid storage tanks. The uplift results in additional axial forces on the opposite site of the tank wall and rotational deformations in the base plate. Especially the rotation of the tank base plate is critical for the verification of the earthquake resistance. Anchorages can effectively restrict the uplift while ring foundation or piles bear the appearing tensile forces. In the present paper the effect of anchorages is analysed on the overall system of tank wall and base plate. The tank shell is modelled by flat shell elements. The anchor bolts are considered as spring elements with nonlinear material behaviour. The dynamic pressure of the anchored tank due to horizontal excitation is applied incrementally to the tank shell. The uplift and the material nonlinearity are considered by iterative calculations at every load step. The results are compared with the specifications of EC 8, part 4, appendix A.     

Die Scherkondetalbrücke,die erste semi‐integrale Talbrücke der DB AG auf der Neubaustrecke Erfurt – Leipzig/Halle VDE 8.2

Auf der Neubaustrecke Erfurt – Leipzig/Halle werden zurzeit einige Talbrücken realisiert, die einen neuen, ganzheitlich orientierten Entwurfsansatz verfolgen. Bei diesen integralen bzw. semi‐integralen Bauwerken sind die Überbauten monolithisch mit den Pfeilern und teilweise mit den Widerlagern verbunden. Sie können deshalb schlanker und mit stetigen Übergängen zwischen den Bauteilen ausgeführt werden. Durch den weitgehenden Verzicht auf Lager und Fugen und durch die robuste Bauweise besitzen integrale Bauwerke eine wesentlich längere Lebenserwartung als herkömmliche Talbrücken. Am Beispiel der Scherkondetalbrücke werden in diesem Beitrag die Unterschiede zwischen den konventionellen und den semi‐integralen Tragwerken erläutert sowie die Voraussetzungen und die Vorteile der Anwendung von integralen Bauwerken für die DB AG herausgearbeitet. Bridge over Scherkonde Valley – the First Large Semi‐Integral Bridge on High‐Speed Railway Route Erfurt – Leipzig/Halle Currently some large valley bridges are under construction on high‐speed railway route Erfurt‐Leipzig/Halle. These bridges follow a new holistic design philosophy. The superstructure of those integral or semi‐integral bridges is rigidly connected to the abutments and the columns. Therefore they are more slender than conventional bridges, and the bridges are very robust and durable because of the omitting of bearings and dilatation joints. The bridge over the Scherkonde valley is taken as an example for explaining the differences between conventional and semi‐integral bridges in this paper. This example shows the advantages and the requirements of integral buildings for high‐speed railway 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.     

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.     

Integration von TGA‐Installationen im Aufbeton von Spannbeton‐Elementplatten

Im Hinblick auf eine Ressourcen schonende Bauweise ist eine möglichst flexible Gestaltung der Raumaufteilung bei Wohn‐ und Geschäftsgebäuden über die erste Nutzungsperiode hinaus wünschenswert. Dazu eignen sich Spannbeton‐Elementdecken in besonderer Weise. Aufgrund dieser Bauart wird es auch möglich, eine Vielzahl von Leitungen der technischen Gebäudeausrüstung einfach auf der Fertigplatte in die Ortbetonergänzung der Decke zu integrieren. Realistische Querschnittsschwächungen wurden in Zusammenarbeit mit TGA‐Planern für den üblichen Wohn‐ und Geschäftsbau ermittelt. Die auftretenden Querschnittsschwächungen der Decke werden in statischer Hinsicht beurteilt. Untersuchungen zeigen, dass diese Querschnittsschwächungen ohne weitere Maßnahmen, allein unter Beachtung von konstruktiven Regeln in weiten Bereichen der Decke zulässig sind. Implementation of Building Services' Installations on Top of Prestressed Precast Plates at Composite Concrete Floors With regard to the sustainable use of new housing and commercial buildings, a maximum flexibility of space should be achieved providing far more than its initial conceived use. Composite floors of prestressed precast plates with an in‐situ solid concrete topping serve to meet this requirement very well. It is also easily possible to install a lot of different building services' ducts and lines on top of the prestressed precast plate on site without impact of later design modification before in‐situ concrete is cast. Firstly, the effective weakening cross‐sections from the building installations at the slab structure have been defined on the basis of the evaluation of a number of representative housing and commercial buildings. The structural impact at the slab structure resulting from defined weakening sections are analysed to define the remaining structural resistance. Based on reported research results it can be shown that the weakening resulting from the implemented normal ducts and lines is widely admissible without reduction of total structural resistance.