Versuche und Anwendung hochfrequenter Hämmerverfahren als Schweißnahtnachbehandlung

Die Lebensdauer von dynamisch belasteten Bauteilen aus Stahl stellt ein entscheidendes Qualitätsmerkmal von Produkten der Stahlbau Firmen dar. Der Einsatz höherfrequenter Hämmerverfahren, im Besonderen des UIT oder HiFIT‐Verfahrens, als lebensdauerverlängernde Maßnahme von ermüdungsbeanspruchten Schweißverbindungen wurde im Rahmen des REFRESH‐Forschungsprojekts erstmals wissenschaftlich untersucht. Einsatz und Wirksamkeit der Verfahren wurde von den am Projekt beteiligten Firmen an ausgeführten Bauteilen untersucht. Die Erkenntnisse aus Versuchen und praktischer Anwendung der Firmen Schachtbau Nordhausen und Maurer Söhne werden im folgenden Artikel geschildert. Tests and application of high frequency peening as a post weld treatment method. The fatigue life of dynamic loaded steel construction elements is an influential quality characteristic for products of steel fabricators. The application of high frequency peening, especially the UIT (ultrasonic impact treatment) or the HiFIT (high frequency impact treatment) as a method to extend the fatigue life of welded connections, has been investigated in course of the research project called REFRESH for the first time. The practical application and the effectiveness of high frequency peening at finished building components have been examined by building companies which are concerned to the research project. The present paper describes the tests and the practical application of the companies Schachtbau Nordhausen and Maurer Söhne.     

HiFIT – Technische Entwicklung und Anwendung

Das Verbundprojekt REFRESH bot in den vergangenen drei Jahren eine ideale Plattform für die theoretische und experimentelle Weiterentwicklung des HiFIT (high frequency impact treatment)‐Verfahrens. So konnten sowohl die Behandlungsparameter an umfangreichen Schweißproben optimiert als auch ein industrietaugliches Gerätedesign unter Einbeziehung zahlreicher Anwendungsfälle aus der Praxis der Industriepartner entwickelt werden. Effizienz, Ergonomie und die Qualitätssicherung standen bei der Entwicklung im Vordergrund. Die Beurteilung der Anwendbarkeit des Verfahrens und die Anwendung selbst sollten im Sinne einer allgemeinen Qualitätssicherung und zur Quantifizierung des zu erwartenden Behandlungserfolgs von geschultem Personal durchgeführt werden. Letzteres gilt nicht nur im Speziellen für das HiFIT‐Verfahren, sondern generell für alle Nachbehandlungsverfahren. Hinter dem Markennamen HiFIT steht ein ganzheitliches Lösungskonzept mit rechnerischen Analysetools, Nachbehandlungswerkzeugen, Schulung und Consulting zur effizienten Steigerung der Betriebsfestigkeit neuer und bereits im Einsatz befindlicher Schweißkonstruktionen. HiFIT – Technical development and application. In the past three years the HiFIT technology for application on welded parts has been investigated in the REFRESH project. Many treatment parameters have been tested. Using prototype devices a lot of experience has been gained by treatment of several parts in cooperation with the project partners. The design of the HiFIT device is optimized for industrial application where efficiency, ergonomics and quality assurance are the main topics. An application benchmark of HiFIT and the treatment should be done only by specially trained employees. This restriction is not only HiFIT specific. The trademark HiFIT means a solution for improvement of fatigue strength of new and cyclic pre‐damaged welded structures. The solution contains assessment of fatigue strength, treatment devices, training and consulting.     

Alternativer Berechnungsansatz zum Hochfrequenzhämmern – Versuch und praktische Anwendung in der Windenergietechnik

Die lokal anwendbare Schweißnahtnachbehandlung bietet ein vielversprechendes Potential zur Lebensdauerverlängerung und wirtschaftlicheren Fertigung geschweißter Bauteile. In diesem Beitrag wird ein alternativer Berechnungsansatz auf bruchmechanischer Basis vorgestellt, der es erlaubt, wesentliche Effekte des Hochfrequenzhämmerns, die für die signifikante Verlängerung der Lebensdauer verantwortlich zeichnen, direkt in die Abschätzung der Lebensdauer mit einfließen zu lassen. Ferner werden die Ergebnisse eines Schwingfestigkeitsversuches an dickwandigen, durchgeschweißten Kreuzstößen mit einer Blechdicke von 60 mm präsentiert. Auch aufgrund der sehr positiven Erfahrungen aus der Anwendung des Hochfrequenzhämmerns an verschiedenen Bauteilen von Windenergieanlagen in der Praxis wird diesem Verfahren zukünftig eine hohe Bedeutung zukommen. An alternative calculation approach for high frequency peening – further validation and practical application in wind energy technology. A local application of post weld treatment shows a high potential in increasing fatigue life and more economic manufacturing of welded components. An alternative assessment based on fracture mechanics is presented which takes into account the main effects of high frequency peening. Furthermore results of a fatigue test on a cross‐joint K‐butt weld with 60?mm thickness are presented. Also because of positive experiences in field application of high frequency peening on different components in wind energy converters this kind of post weld treatment will be a very promising technique in future.     

Messverfahren zur Überprüfung randschichtnaher Veränderungen des Werkstoffzustandes als Folge mechanischer Oberflächenbehandlungen

Zur Charakterisierung der ermüdungsrelevanten Werkstoffveränderungen infolge hochfrequenter Schweißnahtnachbehandlung hat sich der Einsatz von mikromagnetischen Werkstoff‐ und Spannungsanalysen vorteilhaft gezeigt. Für Standardbauteile hat sich gezeigt, dass die Qualitätssicherung der Nachbehandlung mit höherfrequenten Hämmerverfahren bei Einhaltung der Behandlungsparameter durch eine Sichtkontrolle möglich ist. Das Mikromagnetische Verfahren ermöglicht bei neuen Anwendungsfällen eine Gütekontrolle der Nachbehandlung an Arbeitsproben ·und am Realbauteil. A measurement technique for inspection of material subsurface changes after mechanical surface treatment. The micro‐magnetic stress and material analysis has shown to be advantageous for characterizing the fatigue related material properties after high frequency post weld treatment. The quality control of standard parts treated by high frequency hammer peeing with the same peening parameters is possible by means of visual inspection. For new applications, the micro‐magnetic analysis provides a quality control of post weld treated work samples and real components.     

Höherfrequente Hämmerverfahren – Ursachen der Steigerung der Ermüdungsfestigkeit und Nachweismodell

Der Einsatz von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren zur Optimierung wechselnd beanspruchter Stahlkonstruktionen in Hinblick auf deren Lebensdauerverlängerung oder eine Reduzierung des Konstruktionsgewichts wurde in den letzten Jahren verstärkt untersucht. Dabei erwiesen sich höherfrequente Hämmermethoden als besonders wirkungsvoll zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit. Der vorliegende Artikel zeigt die Potentiale der Verfahren auf und belegt deren Einfluss auf das Rissinitiierungs‐ und Rissfortschrittsverhalten von Schweißnähten. Anhand eines entwickelten Bemessungsmodells wird eine Möglichkeit der rechnerischen Erfassung der positiven Wirksamkeit der Verfahren dargelegt. Reasons and calculation of the improved fatigue life of welds treated with high frequency peening methods. The application of post weld treatment methods in order to optimize fatigue loaded steel structures in view of an extension of their service life or a reduction of the construction weight has been studied intensively in the last years. High frequency peening methods proved to be extreme effectively in order to increase the fatigue strength. The following article shows the potentials of the methods and proves their influence on the crack initiation and crack propagation behaviour of welds. With help of a developed design procedure the possibility of respecting the positive effect on the fatigue strength during the design is provided.     

Nachweiskonzepte zur Bemessung ermüdungsbeanspruchter Bauteile unter Berücksichtigung von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren durch höherfrequentes Hämmern

Die Anwendung von höherfrequenten Hämmerverfahren zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von dynamisch beanspruchten Bauteilen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dies hängt zum einen damit zusammen, dass bei Neukonstruktionen durch den Einsatz von höherfesten Stählen die Frage der Materialermüdung verstärkt die Bauteilauslegung bestimmt, und zum anderen, dass bei vielen bestehenden Bauwerken vermehrt Maßnahmen zur Verlängerung der Restlebensdauer erforderlich werden. Die Anwendung von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren in Form von höherfrequentem Hämmern stellt hierfür eine geeignete Maßnahme dar, die Ermüdungsfestigkeit von Neukonstruktionen zu erhöhen bzw. die Restlebensdauer bestehender Anlagen zu verlängern. Eine zuverlässige baupraktische Anwendung setzt jedoch die Existenz anerkannter Regeln für die Bemessung voraus, wie auch eine darauf abgestimmte Vorgehensweise für die Ausführung. Der vorliegende Beitrag widmet sich vor allem der Darstellung bisher existierender Nachweiskonzepte für die Bemessung ermüdungsbeanspruchter Bauteile bei Anwendung von Schweißnahtnachbehandlungsverfahren in Form von höherfrequentem Hämmern. Fatigue design concepts for post‐weld treated joints improved by high frequency hammer peening methods. Post‐weld improvement methods have been widely investigated and have in most cases been found to give substantial increases in the fatigue strength. Nowadays, there is an increasing interest in using such methods in order to either improve the fatigue resistance of new structures built e.g. by high strength steel and/or to enlarge the lifetime of existing structures suffering from fatigue problems. With regard to this, post‐weld improvement using high frequency hammer peening methods lately showed very good and promising results in combination with simple operation conditions. However, the successful application of post‐weld improvement methods always requires the existence of profound fatigue design concepts as well as relevant execution and quality standards. The following paper refers predominately to the first aspect, in trying to summarise and compare existing design concepts and their application range for high frequency hammer peening methods.     

Anwendung eines hochfrequenten Hämmerverfahrens zur Optimierung von geschweißten Motorbauteilen bei MAN Diesel SE

Das hochfrequente Hämmerverfahren HiFIT (high frequency impact treatment) zur Lebensdauerverlängerung bestehender und neuer Stahlschweißkonstruktionen konnte bei MAN Diesel SE erfolgreich eingeführt werden. Ein wesentlicher Arbeitsschritt war dabei die Entwicklung eines neuartigen Bemessungskonzeptes auf Basis bruchmechanischer Methoden. Zum einen wurde das Nachbehandlungsverfahren in der Neukonstruktion einer Ölwanne eingesetzt, um die nötigen Sicherheitsfaktoren gegen Dauerbruch darstellen zu können. Zum anderen wurde es nachträglich eingeführt, nachdem durch Spannungsmessungen an einem Fundamentrahmen die Notwendigkeit einer Verbesserung deutlich wurde. Die Anwendungsbeispiele werden im folgenden Beitrag vorgestellt. In beiden Fällen wurde durch das hochfrequente Hämmerverfahren die Dauerfestigkeit erreicht und durch Betriebserfahrung bestätigt. Damit konnte ein weiterer Schritt in Richtung eines betriebssicheren Leichtbaus von Schweißkonstruktionen erfolgreich gegangen werden. Implementation of high‐frequent hammer‐peening as an optimisation step for welded engine components at MAN Diesel SE. The high‐frequent hammer‐peening called HiFIT (high frequency impact treatment) was introduced successfully at MAN Diesel SE. As an essential step, a new fatigue assessment procedure based on fracture mechanics was developed. On one hand, the after‐treatment procedure was used in the design phase of an oil pan to achieve sufficient safety factors against fatigue fracture. On the other hand, it was adopted in an existing design of a foundation frame because in‐situ measurements have revealed the need for improvement. This paper represents the both examples of application. In both cases, the fatigue requirements have been fulfilled with the high‐frequent hammer‐peening and are approved by field‐experience. Thus, another step towards a reliable light‐weight‐design of welded components could be taken     

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.     

Exakte U‐Werte von Stahlbeton‐Sandwichelementen

Zur genauen Ermittlung der Wärmeverluste über die Hüllfläche eines Gebäudes unter stationären Randbedingungen ist — neben anderen Kennwerten — die möglichst exakte Bestimmung der Wärmedurchgangskoeffizienten (U‐Werte) der Fassadenflächen notwendig. Für Fassaden aus Stahlbeton‐Sandwichelementen ist der U‐Wert dabei aus den homogenen Einzelschichten in Verbindung mit den zusätzlichen Wärmeverlusten infolge der systembedingt vorhandenen Anker‐ und Fugensysteme zu bestimmen. üblicherweise werden dazu vereinfacht Pauschalzuschläge angenommen, die zwar das Berechnungsverfahren deutlich vereinfachen, jedoch zu verfälschten Ergebnissen und in der Regel darüber hinaus auch zu ökonomisch ungünstigen Ergebnisse führen. Vor diesem Hintergrund wird im Folgenden ein praxistaugliches Berechnungsverfahren vorgestellt, das die genaue Erfassung der Wärmeverluste aus Anker‐ und Fugensystemen sowohl für individuelle Elementkonfigurationen als auch für beliebig gestaltete Fassaden ermöglicht und damit zu exakten U‐Werten führt. Precise U‐values of precast concrete sandwich panels. For the exact determination of the heat losses over the building envelope with static boundary conditions it is necessary to determine — besides other parameters — the thermal transmittance (U‐value) of the exterior walls as accurate as possible. The U‐value of precast concrete sandwich panels is quantified on the one hand out of the homogeneous layering of the three sandwich components and on the other hand out of the additional thermal losses of different anchor and joint systems. Usually simplified additions are assumed, which obviously simplify the computation method but generally lead to economically unfavorable results. With this in mind, a practice‐suited computation method is presented which enables the exact examination of additional heat losses for anchor and joint systems for individual element configurations as well as the whole facade system and therefore leads to accurate U‐values.     

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.     

Auswirkungen von Vereinfachungen bei der Flächenerfassung für Mehrzonenbilanzen auf die Energiebedarfsermittlung

Die energetische Bilanzierung von Nichtwohngebäuden macht in der Regel eine umfangreiche Zonierung der Gebäude erforderlich, was auch eine zeitaufwändige Ermittlung der Hüllflächen mit sich bringt. Im ersten Teil der Veröffentlichung wurde ein vereinfachtes Verfahren vorgestellt, mit dem die Erfassung der Gebäudehüllfläche im Ein‐Zonen‐Modell erfolgen kann, während die energetische Bilanzierung im Mehrzonenmodell nach DIN V 18599 stattfindet [1]. In diesem Artikel wurden zwei Methoden diskutiert. Beim einfachen Verfahren erfolgt die Verteilung der Hüllfläche automatisch über einen vorgegebenen Algorithmus. Das erweiterte Verfahren erlaubt von der Zonenebene aus Präzisierungen bei der Verteilung. In Teil 1 wurde der Einfluss auf den flächenbezogenen Fehler aufgezeigt [1]. Der vorliegende Teil 2 beschäftigt sich mit den Auswirkungen auf den Energiebedarf und führt beide Analysen zusammen. Ziel der Untersuchungen war die Bewertung, ob für die Berechnung des Gebäudeenergiebedarfs im Rahmen der Erstellung eines Energieausweises die Flächen und Stoffwerte der Gebäudehülle auf Gebäudeebene definiert und dann nach einem vorgegebenen Schlüssel (einfaches und erweitertes Verfahren) auf die Zonen aufgeteilt werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fehler im Energiebedarf gering und für die frühe energetische Bewertung von Gebäuden, im Rahmen der Nachweiserstellung, ausreichend präzise sind. Das Verfahren ist so konzipiert, dass das Gebäudemodell im Rahmen der Projektbearbeitung weiter präzisiert und detailliert werden kann, ohne dass die zuvor hinterlegten Daten verloren gehen. Die vorgestellten Vereinfachungen finden Anwendung in der Luxemburger EnEV zur energetischen Bewertung von neu zu errichtenden Nichtwohngebäuden. The effects on energy demand analysis of the simplified surface area calculation and zoning model. The energy performance assessment of non‐residential buildings generally requires a detailed zoning procedure, which in turn leads to a time‐consuming allocation of the envelope surface areas to the individual zones. The first part of the study, in [1], describes a simplified procedure, whereby the building is analysed according to a single‐zone model whereas the energy balance in the multi‐zone model is calculated according to DIN V 18599. In this paper two methods are discussed. The simplified procedure uses an algorithm to allocate the building envelope surface area automatically to the zones. The extended procedure enables precise allocations starting from the zone level. In part 1 the influence on error relating to allocation based on envelope surface area is revealed. The following part 2 of the report examines the effects on energy demand, combining the two analyses. The results show that the errors in energy consumption for heating, cooling and lighting are minor and sufficiently precise for the scope of the pre‐assessment required for a building permit. The procedure is designed to enable the building model to be made more detailed and precise during the planning phases of the project without losing the underlying data. The simplifications presented will be implemented in the new Luxembourg EnEV for the energy performance assessment of non‐residential buildings.     

Bauphysikalische, ökologische und ökonomische Bewertung von geförderten Sanierungskonzepten in Wien

In diesem Beitrag wird die Nachhaltigkeit von Gebäudesanierungen untersucht, wobei die Reduzierung des Energieverbrauchs das oberste Ziel ist, was mit bis zu 80 % erreicht werden kann. Während in anderen Großstädten Europas das Konzept der Flächensanierung praktiziert wurde und wird, wird in Wien die “sanfte Sanierung” propagiert und auch gefördert. Die Stadt Wien hat dafür verschiedene Sanierungskonzepte bei der Hand. In dieser Untersuchung werden die verschiedenen geförderten Sanierungskonzepte anhand eines realen Beispiels gezeigt und rechnerisch überprüft. Ein Vergleich der verschiedenen Konzepte beleuchtet die einzelnen Punkte der Sanierung: Energieeffizienz, Sanierungskosten, Belastung für den Eigentümer bzw. Mieter der Wohnungen und Belastung für den Fördergeber (Land Wien). Die Ergebnisse ausgeführter Sanierungskonzepte brachten folgende Erkenntnisse bzw. Problemstellungen: – die Sanierungsmaßnahmen kommen hauptsächlich den Mietern zugute, während der Kostenträger (Eigentümer) nur die Wertsteigerung als Nutzen hat; – mangelnde Bereitschaft der Bewohner zur Sanierung; – erhebliche Mehrkosten für Passivhaustechnik; – zu geringe höchstzulässige Gesamtsanierungskosten. Evaluation of retrofitting concepts and municipal sponsoring in Vienna. Major energy efficiency improvements can be achieved via building stock retrofit. While in some major cities in Europe, mostly large‐area building retrofit measures have been targeted; in Vienna a gradual thermal improvement of the building stock has been practiced. Thereby, a number of different instruments and programs have been promoted by the regional government. In the present contribution, a number of such programs are compared and evaluated based on the demonstrative case of a concrete example. Thereby, multiple related issues were addressed: energy efficiency, retrofit expenses, burden for the building owners and tenants, and burden for the funding agency (Municipal of Vienna). The results suggest: – the main beneficiary of retrofit programs are typically the tenants. The landlords benefit indirectly due to the appreciation of property value; – there is a certain lack of willingness on the side of the occupants toward thermal building retrofit measures; – achieving passive house standard in the course of retrofit measures cause significant additional costs; – permissible (fundable) maximum total retrofit expenses has been set too low.     

Ausstattung von Klassenräumen mit Einrichtungen zum Temperieren,Lüften und Belichten

Fast alle Schulräume werden in Deutschland ausschließlich über Fenster mit Außenluft versorgt. Messungen haben gezeigt, dass die Belüftung der Schulräume vor allem in der kalten Jahreszeit unzureichend ist. Hybride Lüftungssysteme mit einer automatischen Unterstützung der Fensterlüftung könnten eine Möglichkeit bieten, die Häufigkeit schlechter Innenluftqualität in Schulen zu minimieren. Hierbei ist die Anordnung der dezentralen Zuluftöffnungen in den Fassaden eine der kritischsten Systemkomponenten, und es besteht gerade bei Schulgebäuden weiterer Untersuchungs‐ und Optimierungsbedarf. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Verbund‐ projektes “Heizenergieeinsparung, thermische Behaglichkeit und gute Luftqualität in Schulgebäuden durch hybride Lüftungstechnik” werden die Eigenschaften von Klassenräumen im Landkreis Miesbach bezüglich der Temperierung, Belüftung und Belichtung aufgenommen. Die Begehung von 22 Schulen im Landkreis Miesbach ermöglicht für einen gesamten Landkreis die Bewertung der baulichen Gegebenheiten, welche die raumklimatischen Verhältnisse entscheidend beeinflussen. Die Belegungsdichte der Klassenräume im Landkreis Miesbach ist eher als normal bis gering einzustufen, da in ca. 80 % der Räume der Mindestwert von 2 m² je Schüler eingehalten wird. 88 % der untersuchten Räume weisen eine mittlere bis hohe thermische Masse auf. Die meisten Klassenräume im Landkreis haben einen Fensterflächenanteil von 30 bis 60 %. Etwa 50 % der Räume besitzen keinen Sonnenschutz. Der bauliche sommerliche Wärmeschutz muss überwiegend als unzureichend bewertet werden. Etwa zwei Drittel der Klassenräume weisen eine gute bis mittlere Tageslichtversorgung auf. Die Klassenräume werden über Fenster belüftet. Die Fassaden besitzen vielfältige Öffnungsmöglichkeiten, wobei Drehkippflügel und Schwingflügel am häufigsten angetroffen werden. Equipment of classrooms with systems for maintaining temperature, for ventilation and for illumination. Most German classrooms are not equipped with mechanical ventilation systems. Natural ventilation controlled by the occupants opening the windows is the main way to provide fresh air. Measurements in real classrooms showed that the ventilation especially in cold season is insufficient. Hydrid ventilation systems with automatically controlled windows might reduce the prevalence of high carbon dioxide concentration inside the classrooms. The position of the air supply opening in the façade is the most sensible design task. There is still a big potential for optimization. In the frame of the project “Energy saving, thermal comfort and good indoor air quality in schools using hybrid ventilation” supported by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Technology the properties of classrooms in the county Miesbach/Germany regarding thermal comfort, ventilation and illumination were collected. In sum data of 106 classrooms in 22 schools were collected. The density of persons is normal to low. Approximately 80% of the rooms offer at least 2 or more square meter per pupil. 88% of the investigated classrooms are built with medium or high thermal mass. The glazed facade area is between 30 and 60% for most of the classrooms. 50% of the classrooms do not have any sun shading device. The summer overheating protection by passive means is insufficient. Two thirds of the classrooms offer a good to acceptable daylight condition. The classrooms are ventilated by opening the windows. There are different opening types of the windows and several combinations of the types in the façades. Tilt and turn windows and the horizontally pivot‐hung type are the most prevalent types.     

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.     

Vereinfachtes Flächenerfassungsmodell für Mehrzonenbilanzen

Bei der energetischen Bilanzierung nach DIN V 18599 müssen Gebäude aufgrund unterschiedlicher Nutzungseigenschaften zoniert werden. Auch die Gebäudehüllfläche wird nach diesen Kriterien aufgeteilt und den Zonen zur weiteren Berechnung zugewiesen. In der Praxis ist die Aufteilung der inneren Zonenumschließungs‐ und der äußeren Gebäudehüllfläche mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden. Etwa 50 % der Zeit wird für die Zonierung und die Ermittlung dieser Flächen‐ und Bauteileigenschaften benötigt. Zur Verringerung des Zeitaufwandes wurde eine Methode entwickelt, mit welcher die Gebäudehülle ähnlich dem 1‐Zonen‐Modell erfasst werden kann. Die Hüllfläche wird den Zonen vereinfacht zugeordnet, sodass die eigentliche Berechnung in der Mehrzonenbilanz erfolgen kann. Dies bringt wesentliche Vorteile bei der Auslegung und Optimierung nachgeschalteter Anlagentechnik mit sich. Die Verteilung der thermischen Hüllflächen erfolgt bei diesem vereinfachten Verfahren in Abhängigkeit von der Zonengröße und kann über ein Wichtungsverfahren beeinflusst bzw. korrigiert werden. Untersuchungen an mehreren Gebäuden haben gezeigt, dass die Flächenverteilung mit einer guten Genauigkeit eingesetzt werden kann, wobei eine “intelligente” Zuteilung über ein Wichtungsverfahren erforderlich ist. Die Zeitersparnis bei Anwendung der Vereinfachungen beträgt etwa 30 %. Bei komplexeren, vielzonigen Gebäuden ist die Einsparung tendenziell höher einzuschätzen. Das Verfahren erlaubt, alle Bauteilflächen detailliert auf Zonenebene nachzueditieren und somit die Möglichkeit, das Gebäudemodell planungsbegleitend zu konkretisieren. So kann die Berechnung im Laufe der Projektbearbeitung immer weiter präzisiert werden, wodurch die Berechnungsgenauigkeit und die Optimierungsmöglichkeiten gesteigert werden. Diese Vereinfachungen sollen zukünftig in der Luxemburger EnEV zur energetischen Bewertung von neu zu errichtenden Nichtwohngebäuden nach DIN V 18599 Anwendung finden. A simplified surface area calculation and zoning model for energy performance assessment of buildings. According to the DIN V 18599 energy performance assessment, buildings have to be divided into zones depending on their utilisation. The same zoning applies to the building envelope where the segments are being allocated to the individual zones. In engineering practice about 50% of the work is required for zoning, calculating surface areas and evaluating the properties of building envelope components. In order to reduce the time needed for these efforts a methodology similar to the single zone model has been developed. To carry out the multiple zone calculation the building envelope is being split and allocated to the individual zones in a simplified way. This as well provides a significant advantage for the dimensioning and optimisation of the related HVAC and lighting systems. Within the simplified calculation, the allocation of the building envelope is carried out in dependence of the zone size and corrected with a weighting factor if needed. The analysis of several buildings has shown that the simplified method can be applied with sufficient accuracy. The weighting factors are however necessary. By implementing this simplification the time expenditure to calculate a building is reduced by more or less 30%. This reduction tends to be even more important when dealing with complex buildings which have a high number of zones. The methodology enables building components to be edited by zones and hereby gives the opportunity to easily modify the design during the course of the planning. As the project develops, the calculations can be more detailed thereby increasing the precision of the calculation. In the near future this methodology will be implemented in the Luxembourg energy saving ordinance (EnEV) for the energy performance assessment of non residential buildings.     

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.     

Entwicklung allgemeiner Entwurfsgrundsätze für Hängernetze von Netzwerkbogenbrücken

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

CLIBOT – ein seilkletternder Roboter zur Bauwerksinspektion

CLIBOT ist ein kletternder Roboter, der für die Inspektion/Überwachung von Bauwerks‐Oberflächen unter besonderer Berücksichtigung der Denkmalpflege entwickelt wurde. Damit können große Einsparpotentiale realisiert und eine Reduzierung von für Menschen gefährliche Arbeit erreicht werden. Eine Vielzahl von Kletter‐Methoden wurde diskutiert und bewertet. Seilklettern mit Klauen erwies sich als bester Kompromiss zwischen Sicherheit und Funktionalität. Klettern mit dünnem Seil oder Draht als Steighilfe stellte sich als besonders geeignet für den Denkmalpflegebereich heraus. Der Roboter wurde aus sog. Off‐the‐shelf‐Komponenten (handelsübliche Standardbauteile) aufgebaut und ist autark. Speziell konzipierte Klauen ermöglichen eine ausreichende Haftung an vertikalen Seilen. Ein minimierter Kletter‐Algorithmus ermöglicht eine einfache Konstruktion der Antriebseinheit. Eine digitale Kamera, die an der Unterseite des Roboters befestigt ist, ermöglicht das Senden eines Video‐Signals für die visuelle Unterstützung. Das Auslösen der Kamera und die Auf‐ und Abwärtsbewegungen des Roboters werden per Funk ferngesteuert. Umfangreiche Tests im praktischen Einsatz zeigten die gute Eignung des gewählten Konzepts. CLIBOT – a rope climbing robot for building surface inspection. CLIBOT is a rope climbing robot developed for inspection tasks on building surfaces under special consideration of conservatory purposes. Great savings potential and a reduction of hazardous human work can be achieved. A variety of climbing methods is discussed and evaluated. Rope climbing by claws turned out as the best compromise between safety and functionality and a thin rope or wire as climbing aid is modest enough for conservatory requirements.The robot was constructed from off‐the‐shelf components and is selfsupported. Special designed claws enable a sufficient grip at vertical ropes. A minimized climbing algorithm allows a simple construction of the drive unit. A digital camera attached at the bottom of the robot is sending a video signal for visual assistance. Triggering the camera and the up and down movement of the robot is remotely controlled by radio link. Extensive tests in practical environements showed the good suitability of that chosen concept.     

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.