Nachträgliche Abdichtung von Betonbauwerken durch Gelinjektionen

Der Beitrag beschäftigt sich mit den Möglichkeiten, Betonbauwerke mit anderen als den in der Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb aufgeführten Produkten abzudichten. Dafür kommen Injektionsgele in Frage, die eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften besitzen, durch die eine erfolgreiche Abdichtung auch dann noch möglich ist, wenn die “klassischen” Verfahren zu scheitern drohen. Wesentliche Vertreter der Injektionsgele, für die eine Reihe von praktischen Erfahrungen und Forschungsergebnissen vorliegen, sind die Acrylatgele, deren Anwendung beschrieben werden. Ausgehend von beispielhaft genannten Randbedingungen und einer Darstellung der wesentlichen Materialeigenschaften werden die Arten der mit Gelinjektionen herstellbaren Abdichtungen (Gelschleierabdichtungen, Injektion in das Bauteil, in Bauteilzwischenräume und in Risse, sowie deren Mischformen) dargestellt. Der Schwerpunkt liegt auf der Schleierinjektion, da sie die größten Besonderheiten gegenüber den üblichen Injektionen zum Füllen von Rissen und Fehlstellen aufweist. Für die Schleierinjektionen werden Grenzen der Ausführbarkeit und Möglichkeiten zum Erkennen dieser Grenzen aufgezeigt. Eine solche Möglichkeit besteht in der Ausführung von Probeinjektionen mit Wasser an vorgesehenen Injektionsstellen in den am Bauwerk anstehenden Baugrund. Neben der Darstellung der technischen Grundlagen und Anwendungsgrenzen wird für die einzelnen Arten der Gelinjektionen aufgeführt, welche baurechtlichen Anforderungen zu beachten sind. Post‐Construction Sealing of Concrete Structures by Gel Grouting This article deals with possibilities to seal concrete structures by other products than those authorized by the DAfStb. Among those products are grout injection gels which have several favourable properties which allow the user to seal even those structures where conventional methods might fail. Particularly for acrylate gel there is already a wide range of experience. This article describes the main properties of the materials, standard boundary conditions and the resulting types of sealing: curtain grouting, injections into the structural components or joints between structural elements, in cracks and a mixture of the methods mentioned above. The focus is set on curtain grouting which differs significantly from common grouting to repair cracks and defects. The usage of curtain grouting is limited. A method is described to recognize those limitations. One possibility could be to perform test injections at the original site using water instead of the gel. Apart from technical basics and practical limitations the requirements made by the authorities are characterized.     

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.     

Durchrutschende Grout‐Verbindungen in OWEA – Tragverhalten,Instandsetzung und Optimierung

Grout‐Verbindungen werden für die Verbindung zwischen den Gründungs‐ und Turmstrukturen von Offshore‐Windenergieanlagen (OWEA) vielfach eingesetzt. Insbesondere die seit Beginn der 90er Jahre im Meer installierten Windturbinen mit Monopile‐Gründung verfügen über diese hybride Verbindungskonstruktion, bei der Stahlzylinder mit glatter Mantelfläche übereinander gefädelt werden und der Zwischenraum mit hochfesten Feinkornmörteln vergossen wird. Bislang wurde auf eine spezielle Oberflächenprofilierung der Stahlrohre verzichtet. Während standardmäßiger Wartungsintervalle wurden nun an Rohr‐in‐Rohr‐Steckverbindungen in Monopiles in Dänemark, Großbritannien und den Niederlanden vertikale Verschiebungen festgestellt, die auf ein Versagen des Haftverbunds zwischen Stahl und Füllmaterial schließen lassen. Im Rahmen dieses Beitrags wird zunächst der Aufbau sowie das Trag‐ und Ermüdungsverhalten der Grout‐Verbindung erläutert und eigene Untersuchungen an diesen Verbindungen mit Ergebnissen präsentiert. Darauf aufbauend werden mögliche Gründe für die aufgetretenen Schäden diskutiert und Instandsetzungsvorschläge unterbreitet. Neben der Betrachtung der offshore‐spezifischen Einbaubedingungen werden die Maßnahmen hinsichtlich des technischen Aufwands vorgestellt und Kerbfallklassen für die Stahlbauteile zur Bestimmung der Materialermüdung präsentiert. Für zukünftige Gründungsstrukturen werden Optimierungsmöglichkeiten vorgestellt. Sinking grouted joints in offshore wind turbines – Bearing behaviour, repair, and optimisation. Grouted joints are mainly used for the connection of foundation piles and substructures of offshore wind turbines. Grouted joints consist of tube‐to‐tubeconnections where the annulus is filled with a high performance mortar. Since the early 90s, grouted joints have been installed in offshore wind energy converters with monopiles using plain steel sections with no additional mechanical interlock. During maintenance work vertical slippages have been detected at substructures with monopiles in Denmark, UK and the Netherlands. The movements may result from a loss of bond between steel and mortar. Within this paper the construction and the bearing behaviour of grouted joints is presented. Additionally experimental investigations are shown. Based on own experiences reasons for failure and repair opportunities are introduced and optimisation opportunities for future turbines are proposed.     

Besonderheiten der Werkstattplanung im Stahlbau am Beispiel des Großprojektes BBI‐Terminaldach

In diesem Artikel wird über die Stahlkonstruktion des neuen Flughafens Berlin Brandenburg International (BBI) berichtet. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Werkstattplanung mittels eines 3D‐Modelles unter Beachtung der Komplexität der Gewerkeschnittstellen. Es wird auf die Möglichkeiten der Rationalisierung der Planung und der Weitergabe der Daten direkt an die Werkstätten und die Montage eingegangen. Features of the shop planning in structural steelworks exemplary shown at the large‐scale project BBI‐Terminal in Berlin, Germany. This article reports on the steel structure of the new airport Berlin Brandenburg International (BBI). The focus is on the shop drawings using a 3D model with respect to the complexity of the trades interfaces. It is on the possibilities of streamlining the planning and the dissemination of the data received directly to the workshops and assembly.     

Hölzerne Bogenbrücken und Modellstatik von Perrault bis Euler

Die alte Idee einer hölzernen Brücke mit einem Tragwerk aus polygonalen Stabbögen wurde im 17. Jh. wiederbelebt und zieht sich von da an durch die Fachliteratur zum Bauwesen. Praktische Anwendungen der Idee finden sich jedoch erst in der zweiten Hälfte des 18. Jh., und zwar vor allem im Lehrgerüstbau. Der Beitrag verfolgt einen Entwurf Claude Perraults und einen Konkurrenzvorschlag, nämlich den hölzernen Stabbogen nach Vorlage der Trajansbrücke über die Donau, durch die Literatur und zeigt auf, dass die Propaganda für hölzerne Bogenbrücken eng verzahnt ist mit den ersten Versuchen einer “Modellstatik”: Das Tragwerk wird im Modell gebaut und belastet, und anhand der Traglast des Modells wird auf jene der Originalbrücke hochgerechnet. Während die Geschichte der Bogenstatik schon oft untersucht worden ist, schlägt der vorliegende Beitrag ein bisher wenig beachtetes Kapitel der frühen Ingenieurwissenschaft auf. Arched timber bridges and structural analysis by scale models. Timber bridges based on the principle of polygonal arches are an idea which received increased attention from the 17th century onwards. However, the idea remained mostly academic. It was intimately connected to early attempts at structural analysis using scale models. The present contribution discusses the evolution of the arched timber bridge and the associated model‐based considerations on the load‐bearing capacity of such structures. When Euler had finally figured out precisely how model‐based analysis could be employed, the high tide of model‐building was already over, and analytical methods came to dominate the scene.     

Planung einer thermischen Abfallverwertungsanlage in Großbritannien,ERF Newhaven

Im Jahre 2000 trat die EU‐Richtlinie [1] für Abfalldeponien in Kraft, mit der eine erhebliche Reduzierung der Mengen an Hausmüll verbunden ist, die deponiert werden darf. Da in Großbritannien ein beträchtlicher Anteil des Hausmülls auf Deponien entsorgt wird, muss das Müllmanagement nun komplett umgestellt werden, um die Anforderungen dieser Richtlinie zu erfüllen. Zum einen ist die stetig ansteigende Abfallmenge auf ein Minimum zu begrenzen und der anfallende Hausmüll so weit wie möglich zu recyceln und zu kompostieren, zum anderen sind Alternativen zur Mülldeponierung zu suchen. Eine entscheidende Rolle wird dabei sicher die thermische Abfallbehandlung spielen, die in anderen EU‐Ländern schon einen weitaus größeren Stellenwert einnimmt. Neben der eigentlichen Entsorgung entsteht bei dem kontrollierten Verbrennungsvorgang unter hohen Temperaturen als Nebenprodukt Wärme. Diese kann zur Energieerzeugung genutzt werden und macht die Anlagen somit in zweierlei Hinsicht attraktiv. In der Region East Sussex County haben die Mülldeponien, in denen der überwiegende Teil des Hausmülls der Region entsorgt wird, ihre Lagerungskapazität erreicht. Um das Abfallproblem zu lösen und die Auflagen der EU zu erfüllen, vereinbarten die Grafschaft East Sussex County Council und die Städte von Brighton & Hove City Council mit dem weltweit führenden Umweltdienstleister Veolia Environment Services die Übernahme des Abfallmanagements und als Bestandteil des Vertrages den Bau und den Betrieb einer hochmodernen thermischen Abfallverwertungsanlage in Newhaven, East Sussex. Design of a energy recovery waste facility in Great Britain, ERF Newhaven. The Landfill Directive, more formally, Council Directive 1999/31/EC of 26 April 1999 on the landfill of waste [1], is a European Union directive issued by the European Union to be implemented by its member states. The Directive's overall aim is “to prevent or reduce as far as possible the negative effects of landfills on the environment. In particular, the objectives are the minimization of the pollution of surface water, groundwater, soil and air, and on the global environment, including the greenhouse effect, as well as any resulting risk to human health, from the landfilling of waste, during the whole life‐cycle of the landfill”. This legislation also has important implications for waste disposal. Due to the wide availability of landfills, Great Britain, has in the past, disposed a substantial part of its municipal waste in landfills. The UK government has now imposed waste legislation designed to reduce the release of greenhouse gases produced by landfills. It is the UK government's position that thermal waste treatment will play an increasingly large role in the treatment of municipal waste and supply energy in the UK. This position is consistent with other EU members. The landfills have all reached their capacity in East Sussex County. In order to manage the waste disposal problem and simultaneously respect the new rigorous legislation, East Sussex County Council, the cities of Brighton & Hove city council and the worldwide environmental services provider Veolia Environment Services have contracted to provide a waste management service and as part of the new waste infrastructure build, commission and operate a state‐of‐the‐art energy recovery facility in Newhaven, East Sussex.     

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.     

Stabilitätsnachweis für Tragpfähle von kombinierten Stahlspundwänden nach EC 3

Dieser Beitrag stellt die Ergebnisse einer Kurzstudie [17] vor, in der das Stabilitätsverhalten der Tragpfähle von kombinierten Stahlspundwänden untersucht wurde. Zunächst werden die neu entwickelten Bemessungsregeln für Stabstabilität nach Eurocode 3 vorgestellt. Erste Beispielberechnungen zeigen, dass mit dessen Anwendung nicht nur der Berechnungsaufwand ansteigt, sondern auch das Bemessungsniveau konservativer wird. Wird die Stützwirkung des Bodens in Form einer Federhalterung angesetzt, ist ein großer Anstieg der rechnerischen Tragfähigkeit zu verzeichnen. Für die Spezifizierung der Federsteifigkeit des Baugrunds wurden beispielhaft Momenten‐Verdrehungsbeziehungen ermittelt. Die erforderlichen Drehfedersteifigkeiten, die notwendig sind, um das alte Bemessungsniveau zu erreichen, können von den Werten für die vorhandene Steifigkeit überschritten werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Entwicklung eines Verfahrens für die effiziente Stabilitätsbemessung der Tragpfähle von Stahlspundwänden sowohl notwendig als auch möglich ist. Stability verification of H‐Sections used in combined quay walls according EC 3. This contribution presents results of a small research project [17] analysing the stability aspects of king‐piles of combined steel sheet piles. First of all the, new design rules according to Eurocode·3 are explicated. Exemplified calculations have shown that with the use these rules not only the effort for design increases but also the verification level will be more conservative. The embedment of the surrounding soil being considered in the form of a spring support, a big rise of the bearing load is observed. For the specification of the spring stiffness derived from the soil embedment exemplified moment‐rotation relations were developed. The stiffness exceeds the required rotational stiffness necessary for reaching the old level of bearing load respectively based on the existing codes. Thus, it was possible to show, that the development of a procedure for the efficient stability design of combined steel sheet pile walls is necessary as well as feasible.     

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.     

Risikobasierter Ansatz zur Bewertung der Robustheit von Bauwerken

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

Optimierung der Gebrauchstauglichkeit von Brückenabdichtungssystemen aus hochelastischer Kunststoffbeschichtung (PUR)

Um den Beanspruchungen auf Brücken mit starkem Schwerlastverkehr gerecht zu werden, sollte eine kraftschlüssige Verbindung des Oberbaues mit der Abdichtung gegeben sein. Meist ist es jedoch so, daß lediglich ein Haftverbund zwischen dem Brückentragwerk und der Abdichtungsschicht nachzuweisen ist. Zukünftig jedoch ist diese Forderung nach einer noch in Ausarbeitung befindlichen ETAG‐Richtlinie (Guideline for European Technical Approval) nachzuweisen. Ein spezielles Abdichtungssystem aus hochelastischer Kunststoffbeschichtung (PUR) erhöht in Verbindung mit dem Schmelzgranulat den Kraftschluß zum Oberbau soweit, daß eventuell notwendig gewordene Fräsarbeiten keinen praktischen Einfluß auf die Verbundfestigkeit bewirken. Das Abdichtungssystem erfüllt die Anforderungen hinsichtlich Verbundfestigkeit in der ETAG bereits jetzt.     

Ein Modell zur Abschätzung der Tausetzung und der Kompressionseigenschaften aufgetauter Böden

Es wird ein Berechnungsmodell zur quantitativen Bestimmung der Netto‐Tausetzung sowie der Druck‐Porenzahl‐Beziehung bei Weiterbelastung nach dem Auftauen feinkörniger Böden vorgestellt. Der Ansatz berücksichtigt die Inhomogenität der Veränderung des Bodengefüges infolge der Vereisung. Hierbei wird der Boden vereinfachend in zwei Bereiche unterteilt. Nach dem Modell wird ein Teil des Bodens mit einer rechnerischen Auflast, die der Summe der komprimierenden Vorgänge während der Bodenvereisung äquivalent ist, verdichtet. Für den übrigen Teil wird angenommen, dass er von der Vereisung unbeeinflusst bleibt. Die mit Hilfe des Modells ermittelten Berechnungsergebnisse stehen in sehr guter Übereinstimmung mit den Versuchsergebnissen. Der große Vorteil des Berechnungsansatzes liegt darin, dass eine zuverlässige Prognose der Kompressionseigenschaften des aufgetauten Bodens allein mit den Ergebnissen von Standard‐Laborversuchen möglich ist. A model for the estimation of the thaw‐settlements and the compressibility properties of thawed soils. A mathematical model is presented which allows the quantitative calculation of the net thaw‐settlement as well as of the pressure‐void ratio relation at continued loading of fine grained soils after thawing. The approach takes into account the inhomogeneity of the change of the soil fabric caused by freezing. For this purpose, the soil is being divided into two parts, which is a simplification of the real situation. In the model, one part of the soil is being compacted with a load that is equivalent to the sum of all compressing processes during ground freezing. For the rest of the soil, it is assumed that it remains unaffected by freezing. The calculation results obtained by the model show good agreement with the results of laboratory tests. The great advantage of the introduced approach is that the compression properties of thawed soil can be reliably predicted just based on the results of standard laboratory tests.     

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.     

Querschnittsberechnung von Stahlbetonstäben

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

Statische und dynamische Axialdruckversuche an vergrouteten Rohr‐in‐Rohr‐Verbindungen mit verschiedenen Füllmaterialien

In diesem Beitrag wird über Ergebnisse von experimentellen und numerischen Untersuchungen an vergrouteten Rohr‐in‐Rohr‐Verbindungen berichtet, die am Institut für Stahlbau der Leibniz Universität Hannover durchgeführt wurden. Diese sogenannten “Grouted Joints” kommen z. B. als Verbindungselemente zwischen dem im Boden eingerammten Pfahl und dem Turm einer Offshore‐Windenergieanlage zum Einsatz. An deutlich kleineren Prüfkörpern wurden Axialdruckversuche im Labor durchgeführt, um den Unterschied zwischen glatten und gerippten Stahlrohrmantelflächen im Grenzzustand der Tragfähigkeit und Ermüdung aufzuzeigen. Dabei kamen auch verschiedene Füllmaterialien für den Ringspalt zum Einsatz. Die Tragfähigkeit bei den Prüfkörpern mit glatten Rohrmantelflächen ist hauptsächlich von der Haftfestigkeit des Füllmaterials auf den Stahloberflächen und deren Beschaffenheit abhängig. Durch die Anordnung von Schubrippen kann die Trag‐ und Ermüdungslast um ein Vielfaches gegenüber der glatten Variante gesteigert werden. Dies ist hauptsächlich auf die Wirkung von Druckstreben zwischen den Schubrippen zurückzuführen, deren Tragfähigkeit sich mit zunehmender Druckfestigkeit des Füllmaterials erhöht. Mit einem Bemessungsmodell kann unter Berücksichtigung der Druckstrebentragfähigkeit und Anzahl der Schubrippen die Traglast von Grouted Joints abgeschätzt werden. Static and dynamic axial compression tests on grouted tube‐in‐tube connections with various grout materials. This paper summarises static and dynamic axial compression tests on small scale grouted joints for offshore wind energy converters. The connection is mostly used between driven monopiles and tower sections as tube‐in‐tube connection. The gap between the tubes is filled with grout materials. The test series comprises grouted joints with smooth and ribbed surfaces of the tubes which are loaded by axial compression. The ultimate and fatigue limit state of the connection can be increased with shear keys along the overlapped length of the tubes to get a ribbed contact surface to the grout. In this case the axial load is transferred by compression struts between the shear keys. The bearing capacity depends mainly on the compressive strength of the grout and the geometry of the shear keys. In addition to the experimental results an analytical design concept is presented within this paper for grouted joints with shear keys. With the analytical model the axial load capacity of the grouted joint can be determined under consideration of the compression struts and number of shear keys.     

Entwicklung von Planungs‐ und Sanierungskonzepten für den russischen Wohnungsbau

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

Ultraschallangeregte Thermografie zur Risserkennung im Stahlbau — Ein Verfahren auf dem Prüfstand

Die ultraschallangeregte Infrarotthermografie stellt ein innovatives Verfahren zur Erkennung von rissartigen Fehlstellen in metallischen Bauteilen dar. Zu Schwingungen angeregte Rissufer reiben und schlagen gegeneinander. Die lokal dissipierte Energie erwärmt den Riss und macht ihn thermografisch sichtbar. Obwohl die Methode seit einigen Jahren Forschungsgegenstand im Bereich der Zerstörungsfreien Prüfung ist, wurde sie noch nicht im Bauwesen verwendet. Dieser Beitrag stellt das Prinzip des Prüfverfahrens vor und zeigt anhand ausgewählter Forschungsergebnisse die Besonderheiten und Probleme auf, die bei der Bauteilprüfung zu beachten sind. Neben den Einflüssen der Anregungsfrequenz und des Vorspannzustandes wird untersucht, inwieweit eine wiederholte Ultraschallanregung schädigend wirkt. Da die Zusammenhänge der involvierten dissipativen Effekte, welche die Risserkennung erst ermöglichen, noch nicht im Detail geklärt sind, wird ein vereinfachter Ansatz für die numerische Simulation des Prüfverfahrens vorgestellt, mit dem bisher gute Ergebnisse erzielt wurden. Ultrasound excited thermography applied to constructional steelwork — An emerging crack detection methodology. Ultrasound excited thermography is an innovative method for the detection of crack‐like flaws in metal components. When crack faces rub and clap against each other due to vibrational excitation the dissipated energy leads to a local heating of the crack. This way the defect can be detected by means of an infrared camera. Despite of being a research topic in the field of nondestructive testing for several years, the technique has not been transferred to civil engineering, yet. This article presents the NDT method and discusses the essential characteristics and problems which are of concern when testing steel members. The influences of the excitation frequency and the prestressing conditions on the crack detectability as well as possible damaging effects due to repeated insonification are investigated. Since the physical effects involved in the energy dissipation at the crack region are not understood in detail, a simplified numerical simulation approach is presented that leads to good agreement of experimental and numerical results.     

Qualitätsprüfung für Energieausweis‐Software

Nach der Einführung der Energieeinsparverordnung 2007 (EnEV 2007) beauftragte das Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) ein Forschungsprojekt, um die am Markt verfügbare Software zur EnEV 2007 einer Qualitätsprüfung zu unterziehen. Der Zweck des Projektes war die Prüfung hinsichtlich einer korrekten Nachweisführung und Energiepassausstellung sowie die Erarbeitung von Methoden zur Qualitätsprüfung und ‐sicherung mit dem Ziel, Transparenz bei den am Markt vorhandenen Softwarelösungen zu schaffen. Darüber hinaus sollte durch die Bereitstellung von Testmodulen die Möglichkeit geschaffen werden, vorhandene Softwareprodukte durch das Aufdecken von Mängeln stetig weiter zu entwickeln, um so die Qualität der Produkte auf hohem Niveau dauerhaft zu sichern. Es wurden 15 Softwareprogramme für Nichtwohngebäude und 13 Programme für Wohngebäude für die Bedarfsberechnung nach DIN 4108‐6 und DIN V 4701‐10 und für Verbrauchsausweiserstellung untersucht. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wurden schwerpunktmäßig die Ergebnisse für die Bedarfsberechnungen auf Basis von DIN V 18599 für den Nichtwohngebäudebereich vorgestellt. Quality tests for Energy Passport software. Shortly after the introduction of the 2007 Building Energy Conservation Ordinance (EnEV 2007), the German Institute for Applied Information Technology in Construction (IAIB) was commissioned by the German Federal Office for Building and Regional Planning (BBR) to carry out quality tests for the EnEV 2007 software available on the market. The specified project aims were to check calculation and Energy Passport issuing procedures and the development of quality assurance methods with the aim of creating transparency regarding the software solutions available on the market. 15 software programs for office buildings and 13 software programs for residential buildings were examined with regard to the determination of energy demand according to DIN V 18599 and with regard to energy consumption.     

Energieeinsparpotential eines Passivhauses unter Berücksichtigung von Wetterprognosen

Innovative Regelungen in Gebäuden können beachtliche Energieeinsparungen zur Folge haben. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf Gebäude gelegt, die in einem gesteigerten Maße von ihrer Umwelt thermisch entkoppelt sind: dazu wird ein nach Passivhausstandard gebautes, real existierendes Bürogebäude modelliert, das Modell mit Monitoring‐Daten validiert und simuliert. Anhand der Simulationen mit der Simulationsumgebung TRNSYS und der Hinzunahme von gemessenen Wetterdaten werden mögliche Energieeinsparpotentiale erkannt und ausgewertet. In dieser Betrachtung, die den Zeitraum eines kompletten Jahres (Zeitraum 2009/2010) beinhaltet, liegt der Fokus auf Energieeinsparungen, die durch intelligentes Heizen und Kühlen des Gebäudes erzielt werden können. Potential for saving energy in a Passivhaus building, taking into account weather forecasts. Innovative controls in buildings can lead to remarkable energy savings. The main focus of this paper is on buildings that are highly thermally insulated from their environment: the model is based on an existing building that was built to Passivhaus standard, and then validated with monitoring data and simulated. By adding actual, measured weather data in the simulations (which were done in the TRNSYS simulation environment) potential energy savings are identified and evaluated. In this analysis, which covers a full year (2009/2010), we concentrate on energy savings in the building’s heating and cooling systems.     

Die Edelstahlrampen im Haus der Musiker der Stiftung Insel Hombroich – Konstruktion und Ausführung

Das Haus der Musiker am westlichen Rand der Insel Hombroich bei Neuss wurde von dem New Yorker Architekten Raimund Abraham entworfen. Der Entwurf wurde erstmals 1996 auf der Architektur‐Biennale in Venedig vorgestellt. Nach einem langen Reifungsprozess wurde 2006 mit dem Bau der Studier‐ und Begegnungsstätte für junge Künstler begonnen. 2010 wurden die Rampen, Bühnen und Wendeltreppen, mit denen das Obergeschoss erschlossen wird, fertiggestellt. Mit seinen klaren Formen und seinen klaren Funktionen ist es ist ein typischer Abraham‐Bau. Dieser Aufsatz ist meinem Freund Raimund Abraham gewidmet, einem großen Architekten, der am 4. März 2010 in Los Angeles nach einem Vortrag am Southern California Institut of Architecture bei einem Autounfall um Leben kam und damit die Fertigstellung des Hauses nicht mehr erleben kann. Für den Bauherrn und Kunstsammler Karl‐Heinrich Müller, der 2007 verstorben ist, und auch für den Architekten sowie für den Statiker war es eine große Herausforderung und Ehre Raimund Abrahams Ideen umzusetzen zu dürfen. Raimund Abraham wird auch in diesem Haus weiterleben. The stainless‐steel ramps inside the Haus der Musiker of the Foundation Insel Hombroich – Structure and Execution. The Haus der Musiker (House of Musicians) near Neuss, Germany, has been designed by the New York Architect Raimund Abraham. The design was presented for the first time in 1996 at the architecture‐biennale at Venice. After a longer period of reflection the construction of the building started in 2006, the ramps, the steel platforms and the screw‐stairs – necessary to enter the upper living rooms – were completed in 2010. The house shall be a studying place and a meeting center for young artists.