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.     

Zur Bemessung von Lochleisten als duktile Verbundmittel in Verbundträgern aus höherfesten Materialien

Im Rahmen eines gemeinsamen FuE‐Projekts der HOCHTIEF Construction AG und ArcelorMittal Belval & Differdange S. A. wurden umfangreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen an Lochleisten als duktiles Verbundmittel durchgeführt. Ziel der Untersuchung ist die Entwicklung technisch hochwertiger und wirtschaftlicher Verbundbauteile aus höherfesten Werkstoffen (z. B. Beton C50/60 und Stahl S460), [1] bis [4]. Hierbei wurden insbesondere das Tragverhalten, die Traglast, die Duktilität und die Dauerfestigkeit von unterschiedlichen Lochleistenformen sowie das Gesamttragverhalten von Verbundbauteilen mit Lochleisten untersucht. Aufbauend auf den in Versuchen gewonnenen Erkenntnisse wurden Bemessungskonzepte für Lochleisten als Verbundmittel in Verbundträgern aus höherfesten Materialien entwickelt. Design of aperture plates as ductile shear connectors for composite beams with high strength materials. Within a joint research project of HOCHTIEF Construction AG and ArcelorMittal Belval & Differdange S. A. various experimental and theoretical investigations in aperture plates, as ductile shear connector for composite members have been carried out. The aim of the research has been to develop technically advanced and economic composite members with the application of high strength materials (e.g. steel S460 and concrete C50/60). The main focus of the research has been put on the load bearing behaviour, ultimate bearing capacity, ductility and fatigue resistance of different types of aperture plates geometries as well as the related overall bearing performance of the composite members with the application of these plates as shear connectors. Based on the conclusions from the experimental test results, design concepts for aperture plates as shear connectors for composite beams with the application of high strength materials have been developed.     

Der Hydraulische Grundbruch – Bemessungsdiagramme zur Ermittlung der erforderlichen Einbindetiefe

Für den Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch werden oftmals Näherungsverfahren zur Bestimmung der Strömungskraft verwendet. Nach DIN 1054 ist die Strömungskraft jedoch in der Regel durch Auswertung von Strömungsnetzen zu ermitteln. Im Rahmen eines vom Deutschen Institut für Bautechnik geförderten Forschungsvorhabens wurden am Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen in Zusammenarbeit mit der Wayss & Freytag Ingenieurbau AG Untersuchungen zur erforderlichen Einbindetiefe zur Gewährleistung der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch angestellt. Als Ergebnis der auf der Auswertung von Strömungsnetzen beruhenden Untersuchungen entstanden dimensionslose Bemessungsdiagramme, welche es ermöglichen, die erforderliche Einbindetiefe der seitlichen Baugrubenwände in Abhängigkeit der geometrischen Randbedingungen auf einfachem Wege zu ermitteln. The Hydraulic Heave – Design charts for determining the necessary embedded length. Often simplified calculation methods are used to determine the seepage force for the proof of safety against hydraulic heave. However, according to DIN 1054 the seepage force normally has to be determined by means of a flow net. Within the framework of a research project, which was funded by Deutsches Institut für Bautechnik, the required embedded length for the safety against hydraulic heave was investigated at the Chair of Geotechnical Engineering at RWTH Aachen University in collaboration with Wayss & Freytag Ingenieurbau AG. As a result of the research dimensionless design charts have been generated based on the analysis of flow nets. These design charts easily allow determining the required embedded length of the lateral wall of a building pit with respect to the geometrical boundary conditions.     

Entwicklung hybrider Stahl‐Glas‐Träger

Immer höhere Anforderungen an die Transparenz von Bauwerken führen zu einer stetigen Weiterentwicklung von tragenden Glaselementen, wobei dem Glas neben seiner ausfachenden Funktion mehr und mehr konstruktive Aufgaben zugedacht werden. Aktuelle Entwicklungen stellen die hybriden Stahl‐Glas‐Träger dar, bei denen schlanke Stahlflansche und Glasstege mittels geklebter Schubfugen zu einem “I”‐Träger zusammengesetzt werden [1]. Der Vorteil der linienförmigen Verklebung liegt hierbei in der gleichmäßigen Lasteinleitung in das Glasbauteil. Die Wahl des eingesetzten Klebstoffsystems trägt in Abhängigkeit seiner mechanischen Eigenschaften maßgeblich zum Tragverhalten des Verbundquerschnittes bei. Ebenso ist der Fugengeometrie eine große Bedeutung hinsichtlich der Tragfähigkeit und Herstellbarkeit zuzuordnen. Allerdings bestimmen Langzeiteffekte, wie Alterung des Klebstoffs und zeitabhängiges Tragverhalten, die Bemessung. Der Beitrag gibt einen Überblick über das systematische Vorgehen zur Untersuchung des Tragverhaltens und nennt wichtige Kriterien und Anforderungen beim Entwurf hybrider Stahl‐Glas‐Träger in Hin blick auf eine optimierte Ausnutzung der einzelnen Komponenten. Development of hybrid steel‐glass‐beams. Increasing higher requirements for transparent and filigree structures result in continuous development and improvement of load‐bearing glass elements, not only in a classic way being a space enclosing element but also increasingly offering load carrying functions. To realize architectural attractive transparent and lightweight constructions bonded hybrid steel‐glass beams have been developed, composed of slim steel flanges and glass webs which were assembled to ”I”‐beams using adhesives. The adhesive system significantly account for the structural behavior of the bonded composite section. Furthermore the joining geometry is of great importance concerning load carrying capacity and producibility but the design is governed by long‐term effects like ageing, creeping and time dependent load‐carrying behavior. This contribution shows the general systematic approach for the analysis of the load bearing behavior of hybrid steel‐glass beams and introduces important criteria and requirements for the design and its mechanical properties focused on an optimized exploitation of the components.     

Realität – Modell – Norm

Bauen stellt eine komplexe Interaktion der Gesellschaft mit der natürlichen Welt dar. Bauwerke sollen i. a. über eine sehr lange Zeit, häufig länger als ein Menschenleben praktisch nutzbar sein. Die Anforderungen an die Zuverlässigkeit, insbesondere Sicherheit, sind ungewöhnlich hoch und deutlich größer als in anderen Bereichen der Technik. Bauen unter den Bedingungen des ökonomischen Wettbewerbs erfordert Regeln und Richtlinien für die Beurteilung der zu erwartenden Zuverlässigkeit eines Bauwerkes. Modelle bilden die Interaktion zwischen Bauwerk und vorhandener Umgebung unter Nutzung probabilistischer Methoden näherungsweise ab. Die Beurteilung von Robustheit und Sensitivität der Modelle erhält eine steigende Bedeutung. Die Definition von allgemein anerkannten Regeln der Technik für die Bemessung von Bauwerken muss den aktuellen Bedingungen angepasst werden. Zukunftsfähige Normenkonzepte müssen sich an der Entwicklung der Entwurfsmethoden und der Informationsund Kommunikationstechnik orientieren. Vereinfachende empirische Formeln, Diagramme usw. verlieren ihre Gültigkeit auch außerhalb eingeführter Normen nicht und müssen nicht neu aufbereitet werden. Reality – Model – Code. Construction involves a complex interaction with the physical world and with society. Buildings are expected to be usable for a very long period of time, often longer than the span of a human life. The requirements with regard to reliability and security in particular, are extraordinarily high – considerably greater than in other technical fields. Construction, particularly under the pressure of free market competition, requires rules and regulations for the assessment of the anticipated reliability and performance of a building. To a certain degree, models can be used to anticipate the interaction between a building and its environment by applying probabilistic methods. The robustness and sensitivity of models therefore increasingly gains importance. The definition of commonly accepted technical rules for the design of buildings has to be matched to the current conditions. Concepts for developing design codes must be futureproofed such that the codes are complimentary to the progress of new design methodologies, and also to the innovation and development of information technology. However, traditional empirical simplifying formulas, diagrams, etc., are still valid and do not require updating.     

Vorhersage duktilen Festigkeitsversagens von Stahlbauteilen mit Hilfe schädigungsmechanischer Methoden

Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit setzen ausreichende Duktilität voraus. Insbesondere bei der Bemessung nach dem Traglastverfahren, im Erdbebenfall, bei Explosion oder Anprall werden die plastischen Reserven von Konstruktionen gefordert, und es muss sichergestellt werden, dass ausreichendes Verformungsvermögen vorliegt und kein sprödes Versagen auftritt. Zur Absicherung der Nachweismodelle werden im Regelfall Versuche bei Raumtemperatur durchgeführt und entsprechende Sicherheitselemente abgeleitet. Im Rahmen dieses Aufsatzes werden schädigungsmechanische Methoden vorgestellt, die es ermöglichen, das duktile Versagensverhalten von Stahlbauteilen vorherzusagen. Basierend auf einem Grenzzustand zwischen der lokalen plastischen Dehnungsanforderung, die sich aus der globalen Belastung, dem Detail und dem verwendeten Stahl ergibt, und dem lokalem plastischem Dehnungswiderstand, der sich in Abhängigkeit von Stahlsorte, Temperatur und Dehnrate quantifizieren lässt, können in Zukunft realistische Kriterien für die Werkstoffauswahl in der Hochlage bereitgestellt werden. Der nachfolgende Aufsatz zeigt Auszüge aus den Ergebnissen eines Europäischen Forschungsvorhabens [1] zur Bestimmung eines Hochlagenkriteriums für den Stahlbau. Prediction of ductile failure of steel structures by damage mechanics. For the verification in the ultimate limit state sufficient ductility is assumed. Especially in plastic design and for seismic events, explosion or impact it has to be ensured, that the structure shows sufficient deformation capacity and the material provides enough ductility in the upper shelf region and brittle fracture is excluded. To validate the verification procedures tests are performed at room temperature and corresponding safety elements are derived. Within this article methods based on damage mechanics are presented which allow for an estimation of the ductile fracture behaviour of steel structures in the upper shelf. By this means extensive testing may be supplemented or replaced to some extent. Based upon a limit state between local plastic strain requirements arising from loading situation, detail and steel grade, and local plastic strain resistances given in dependency of the material, temperature and strain rate realistic criteria for the selection of material in the upper shelf will be derived. In the following excerpts of the results of a European project [1] are shown which deals with the derivation of an upper shelf criterion for steel structures.     

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.     

Anprall und Explosion – Experimentelle Untersuchungen an Verbundbauteilen

Außergewöhnliche Bauwerksbeanspruchungen aus Explosion und Anprall rücken immer mehr in den Fokus der Bemessung wegen der weltweiten Zunahme terroristischer Anschläge. Der passive Schutz von Bauten gegenüber Terrorattacken gewinnt immer mehr an Bedeutung. Die Auswirkungen solcher dynamischen Belastungen aus Anprall und Explosion unterscheiden sich wegen des dynamischen Systemverhaltens und der Abhängigkeit vom Impulsverlauf erheblich von statischen Belastungen. Im Rahmen des europäischen RFCS (Research Fund for Coal and Steel)‐Forschungsprojekts COSIMB (Composite Column and Wall Systems for Impact and Blast Resistance) wurden an der Universität Karlsruhe, heute Karlsruher Institut für Technologie (KIT), am Imperial College, London, und bei der HOCHTIEF Construction AG, Frankfurt, Untersuchungen an Verbundstützen und Stützen‐Wand‐Verbundsystemen, bestehend aus höherfestem Stahl und hochfestem Beton, durchgeführt. Die Untersuchungen umfassten sowohl statische als auch dynamische Beanspruchungen. Die realisierten Aufprallgeschwindigkeiten betrugen bis zu 14,5 m/s bei einer Masse des Aufprallfahrzeugs von bis zu 1460 kg. Die aufgebrachten Explosionsbelastungen entsprachen der Druckwelle einer Sprengladung von bis zu 2240 kg TNT‐Äquivalent. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Versuchsdurchführung sowie die erhaltenen Ergebnisse. Blast and impact – Experimental investigations on composite structures. Nowadays civil engineers pay more attention to the extraordinary loads like blast and impact. This trend was set off by the political development after the Cold War when the risk of terrorist attacks increased. The passive protection of the buildings becomes more important. The effects of such loads are not the same as the effect of a static load with the same maximum amplitude. It is a fact that currently used structures are not designed for such extreme events. Within the European RFCS research project COSIMB experimental study on composite column and wall systems made out of high performance steel and concrete was done. The experimental study includes static and dynamic tests. The impact velocities were up to 14.5 m/s. The mass of the impact moving barrier was up to 1460 kg. The blast loads corresponds to an explosive charge up to 2240 kg TNT. In this paper the performance of the tests and the test results are presented.     

Anforderungen an Stahl‐ und Verbundknoten bei Stützenausfall in einem Rahmentragwerk

Eine lokale Schädigung innerhalb der Tragstruktur (z. B. Stützenausfall durch Anprall oder Explosion) kann zu einem Versagen der Gesamtstruktur und damit zum Einsturz des Gebäudes führen. Um solch ein globales Versagen durch lokale Schädigung zu vermeiden, muss innerhalb der Tragstruktur eine Umlagerung der Schnittgrößen ermöglicht werden, d. h., es müssen sich alternative Lastpfade ausbilden können. Solch eine Umlagerung, z. B. von einem reinen Biegezustand in einen gemischten Biege‐/Membranspannungszustand, bedingt unter Umständen sehr große Verformungen, die zu großen Deformationen der Anschlüsse führen. Im Rahmen eines europäischen RFCS‐Forschungsprojektes wurde versucht, mit Hilfe sehr duktiler Anschlussausbildungen die Robustheit von Stahl‐ und Verbundrahmentragwerken zu verbessern. Hauptaugenmerk bei der Konzeption der Anschlüsse war dabei, den Material‐ und Fertigungsaufwand der Anschlüsse so gering wie möglich zu halten und die Umlagerungsmöglichkeiten für außergewöhnliche Bemessungssituationen vornehmlich über das Vorhalten hoher Verformungskapazitäten der Anschlüsse zu aktivieren. Aus diesem Grund wurden hier nachgiebige teiltragfähige Anschlüsse gewählt. Als außergewöhnliche Bemessungssituation wurde in diesem Projekt schwerpunktmäßig der Stützenausfall in einem Rahmentragwerk betrachtet. (RFCS Research Fund for Coal and Steel) Requirements on steel‐ and composite joints for the load case column removal. Local failure in a structure (e. g. sudden column loss due to impact or explosion) may lead to progressive collapse propagation of the global structural system resulting in a total collapse. To avoid progressive collapse initiated by local damage a redistribution of force from the damaged part of the structure has to be enabled by alternate load paths. Activation of alternate load paths by change of the bearing mechanism from pure bending state to more or less pure membrane state is a measure that is only possible by allowing large deformations resulting in high deformation requirements for the joints. In the course of an European RFCS research project ductile joint solutions have been developed to improve the robustness as characteristic of the structure. Main focus of the joint design was to obtain the required deformation capacity for accidental design situations mainly from ductile joint and cause at the same time only few additional material and fabrication costs for the joints. As a result semi‐rigid and partial‐strength joint solutions have been chosen. Objectives within the project were to determine requirements of the joints concerning deformation capacity as well as M‐N‐resistance to enable the activation of catenary action for the load case notional column removal.     

Das freie Spiel der Flächen und Stäbe

Auf dem Konzerngelände eines weltweit tätigen Pharmakonzerns in Basel wurde ein vom Architekten Frank O. Gehry entworfenes skulpturales Bürogebäude geplant und fertiggestellt. Besonderes Augenmerk ist die transparente Stahl‐Glas‐Hülle, die aus verschieden zusammengesetzten Fassadenflächen besteht. Um die freie Geometrie dieses Gebäudes möglichst nahe an der Entwurfsidee in die Realität umzusetzen, wurde für alle Planungsbeteiligten verbindlich das CAD‐Programm CATIA in den Planungsprozess integriert. Das Ingenieurbüro schlaich bergermann und partner hat die komplette Tragwerksplanung (Entwurf, Ausführung, Bauüberwachung) erstellt. Dieser Beitrag beschreibt die Besonderheiten bei Entwurf, Konstruktion sowie Herstellung und Montage der ungewöhnlichen Stahl‐Glas‐Hülle. The free operation of surfaces and steel bars. On the premises of a worldwide operating pharmaceutical company in Basle, Suisse a sculptural office building designed by Frank O. Gehry has been planned and completed. An outstanding charm is given by the transparent steel‐glass‐envelope covering the relatively shifted and rotated slabs as a free formed folded structure consisting of steel bars. To realize the free building geometry very close to the design idea for all project members the CAD‐software CATIA was integrated into the planning process. schlaich bergermann und partner has covered the full scope of structural engineering from schematic design to execution phase. This paper describes the specialties during design, engineering, fabrication and erection of the unusual envelope made of steel and glass.     

Neubau der Kultur‐ und Gesellschaftswissenschaftlichen Fakultät der Universität Salzburg

Mit der Planung und Errichtung des Neubaus für die Kultur‐ und Gesellschaftswissenschaftliche Fakultät (KGW) der Universität Salzburg entsteht ein Gebäude, das dank seiner exponierten und herausfordernden Architektur, aber auch wegen der Problematik des anstehenden Baugrunds höchste Anforderungen an die Aus‐ und Durchbildung des gesamten Tragwerks stellt, über das zu berichten lohnt. Dabei bedingen die unterschiedlichsten gestalterischen und funktionalen Anforderungen des Gebäudes bauteilkonkret spezifische Antworten, die frühzeitig in der Planung an zudenken und bezüglich ihrer Wirtschaftlichkeit zu bewerten waren. Die entwurfsbedingt weitgehende Freistellung der mittleren Geschosse des Baus von Stützelementen erfordert die Ausbildung weitspannender Tragwerke in den Obergeschossen, wobei hier nur begrenzt Platz für die Erzielung statischer Höhen zur Verfügung stand. Andererseits mussten die konzentriert angreifenden, beträchtlichen Lasten der Obergeschosse mit weit gespannten Gründungskonstruktionen verteilt und in den begrenzt tragfähigen Baugrund abgeleitet werden. The new building for the Faculty of Cultural & Social Sciences of the University of Salzburg — A remarkable building with an exceptional supporting structure. Due to its prominent and provocative architecture as well as because of the difficult ground conditions the new building for the Faculty of Cultural & Social Sciences (KGW) of the University of Salzburg becomes a building that requires the highest standards for the development and reali zation of the static superstructure, which is worth to mention. The most different design and functional requirements of the building call for component‐specific answers which had to be tackled early in the design and to be assessed regarding their economics. The design‐related extensive clearance of the middle floors from supporting elements requires the construction of large‐span supporting structures in the upper floors leaving only limited space to achieve static heights. Contrary to that, the immense acting forces of the upper floors had to be distributed through large‐span foundations and transferred into the inadequate loadbearing ground.     

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.     

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.     

Sandwichtürme für Windenergieanlagen mit höherfesten Stahl‐ und Verbundwerkstoffen

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

Titelbild: Stahlbau 10/2016

Stahl‐ und Komplettbauer stehen für ein Maximum an Qualität und Innovationskraft. Um ihre starke Marktposition zu halten, müssen sie sich permanent weiterentwickeln – technologisch und organisatorisch. Herkömmliche IT‐Lösungen unter Einsatz von PPS‐Systemen und Office‐Werkzeugen, greifen dabei deutlich zu kurz. Mit ams.erp STEEL erhalten Einzel‐, Auftrags‐ und Variantenfertiger ein durchgängiges Informationssystem, das sie zu allen kaufmännischen und technischen Fragen ihrer Projekte verlässlich beauskunftet – und zwar in Echtzeit. Zusätzlich zur Prozesssteuerung bietet ams.erp STEEL ein projektbegleitendes Controlling: die mitlaufende Kalkulation. Stahlbauer und Komplettbauer erhalten somit eine durchgängige Lösung, mit der sie alle Projektabläufe vorausschauend steuern und die Performance ihrer Aufträge in Echtzeit überwachen. (Foto: Stahlbau Oberlausitz GmbH     

Anwendung von Trapezblechstegen im Brückenbau

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

Betonplatten unter Stoßbelastung – Fallturmversuche

In dieser Arbeit werden Fallturmexperimente an Stahlbetonplatten vorgestellt, die an der Technischen Universität Dresden durchgeführt wurden. Es wurden dabei Fallhöhen von bis zu 9 m realisiert. Eine Motivation für diese Experimente war es, das Wissen über nachträgliche Verstärkung von Stahlbetonplatten gegen Steinschlag oder harten Fahrzeuganprall zu erweitern und Möglichkeiten einer nachträglichen Struktursicherung näher zu untersuchen. Die experimentelle Zielstellung war daher, den Einfluss von Stoßgeschwindigkeit, unterschiedlichen Verstärkungsarten und Betonfestigkeiten auf das lokale Materialverhalten und globale Tragverhalten von Platten zu untersuchen. Für zwei der insgesamt 15 Platten wurden zusätzlich zur Standardbewehrung Bügel eingebaut, um die Durchstanzfestigkeit der Platten zu erhöhen. Für einen Teil der Versuchsplatten wurden Stahl‐ bzw. Carbontextilien als nachträgliche Verstärkung verwendet. Dabei konnte festgestellt werden, dass eine derartige nachträgliche textile Verstärkung das komplette Durchschlagen des Impaktors verhindert und daher eine wirksame Schutzmaßnahme, beispielsweise für Steinschlaggalerien, darstellt. Concrete Slabs under Impact Load – Drop Tower Experiments Impact experiments on reinforced concrete slabs are presented in this work. In order to analyse the behaviour of concrete under high strain rates, an impact mass was dropped from the maximum height of 9 m onto quadratic concrete slabs with a side length of 1 m. The aim of this work was to enlarge knowledge about subsequent structure protection against rock fall or vehicle impact. With this intention, experimental studies on impact velocity, reinforcement techniques were done to determine the influence to local material behaviour and global structure behaviour. Supplemental steel stirrup reinforcement was added to two of the 15 concrete slabs to increase punching resistance. Subsequent textile reinforcement was applied on six concrete slabs using steel fabric reinforcement as well as carbon fabric reinforcement. As a main result of this study it is shown, that a subsequent textile reinforcement prevents the perforation of the slab. For this reason, textile reinforcement can, for example, be used for protection component in rock fall galleries.     

Ertüchtigung der genieteten Stahlbrücken am Beispiel von zwei Straßenbrücken über den Fluss Marosch in Rumänien

Genietete Stahlbrücken sind heute beinahe nur noch als Eisenbahnbrücken im Einsatz. Es gibt eine relativ geringe Anzahl an genieteten Straßenbrücken, die auf Nebenstraßen in Betrieb sind. Sie sind i. A. in schlechtem technischem Zustand. Dieser Aufsatz ist ein Plädoyer für die Ertüchtigung und Erhaltung dieser Bauwerke als Zeugen einer vergangenen technischen Kultur und Beispiel für eine ansehnliche Stahlkonstruktion. Es werden zwei Fallstudien präsentiert: eine Fachwerkbrücke mit vier Spannweiten von 40 m und ein Fachwerkgerberträger mit einer Gesamtlänge von L = 185,4 m. Maintenance of riveted steel bridges exemplary shown with two highway bridges across the river Marosch in Romania. Riveted steel structures are in present mainly railway bridges. There is a small number of existing highway bridges, generally in bad technical condition. The paper is a speech for the maintenance of these structures as technical monuments and witnesses of the past. Two case studies are presented: a truss girder bridge with fore spans of 40 m and a cantilever truss girder bridge with a total length of 185.4 m.     

Ein “Overall‐Konzept” für die Querschnittstragfähigkeit im elasto‐plastischen Bereich

Es wird die bereits für andere Tragfähigkeitsprobleme von Bauteilen (Knicken, Beulen) entwickelte “Overall‐Methode” auf die Berechnung der Querschnittstragfähigkeit von Stahlprofilen angewendet. Dies führt zu einer neuen Berechnungsmethode, die den gesamten elasto‐plastischen Bereich ohne die Notwendigkeit einer Klasseneinteilung umfasst. Basierend auf zahlreichen Versuchen und Querschnittsberechnungen mittels geometrisch, materiell nichtlinearer Analysen mit Imperfektionen werden (analog den Knicklinien) Bemessungskurven für die Abminderungsfaktoren vorgeschlagen, die für bestimmte Querschnittstypen wie I‐beziehungsweise H‐Profile oder Rechteck‐Hohlprofile, einen einheitlichen Verlauf im elasto‐plastischen Bereich aufweisen. An overall concept for the cross‐section resistance in the elasto‐plastic range. The “overall method” which has been developed for other load carrying problems of steel members (e.g. lateral member buckling or buckling of shells) is applied to the calculation of the cross‐section resistance of steel members. This leads to a new procedure that covers the whole elasto‐plastic range without the need of cross‐section classification. Based on numerous experimental tests and numerical calculations (GMNIA) design curves for the reduction factors of I‐ and H‐shaped sections and RHS‐sections are proposed that show a consistent transition in the elasto‐plastic range.     

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.