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.     

Numerische Analyse geschweißter Verbindungen von Duplexstahl und Quarzglas

Numerical analysis of welded joints between duplex steel and quartz glass. Welded joints are a vital element in structural engineering. Originating from conventional carbon steel welding in construction, recent advancements in welding technology now allow the joint of modern high‐strength steel and glass materials. With today's methods, an analysis of the welded joints' structural behaviour can be conducted by experiment, as well as by numerical analysis. Particularly for the numeric analysis, capturing the non‐linear thermal and mechanical properties of the materials is important, in order to allow a realistic determination of temperature, microstructure and residual stresses for different types of joints. Simulations of multi‐layered weld joint on duplex steel show, that a targeted heat treatment during MAG‐welding by variation of the welding parameters achieves a beneficial ratio between ferrite and austenite which, for example, ensures a high resistance of the weld to corrosion. The material quartz glass can generally be welded as butt‐weld with a CO₂‐laser. The simulations of a welded joint of a plate and a pipe show, that an optimization of the welding technology of preheat laser beam and welding laser beam is necessary, in order to reduce the thermal impact during the welding process, as well as residual stress in the joint. At the Department of Steel Structures at the Bauhaus‐Universität Weimar, numerical simulations of welded joints between steel and glass materials are a current and topical research focus.     

Eine neue 10‐MN‐Prüfmaschine für großformatige Bauteile

Im Otto‐Mohr‐Laboratorium der TU Dresden wurde eine 10‐MN‐Säulenprüfmaschine errichtet. Sie dient zur Prüfung von Bauteilen, die eine Spannweite von maximal 15 m, eine Länge von 20 m, eine Breite von 2,5 m und eine Höhe von 3,75 m, bei einem maximalen Bauteilgewicht von 120 t, aufweisen können. Die Herausforderung beim Bau lag zum einen darin, dass die Prüfmaschine in einer geschlossenen Halle bei laufendem Betrieb errichtet werden musste, und zum anderen auf der Konstruktionsseite, da wegen des schlechten Baugrundes ein in sich geschlossener Kraftfluss erzielt werden musste. Dies wurde durch einen massiven Stahlrahmen und einen Fundamentbalken erreicht, der als beidseitiger Kragarm ausgeführt wurde. Der Fundamentbalken ist in hohem Grade vorgespannt und hochgradig bewehrt, was für die Herstellung einen selbstverdichtenden Beton erforderte. Aus Platzgründen erfolgte die Betonage und die Vorspannung des 275 t schweren Fundamentbalkens oberhalb der Fundamentgrube. Anschließend wurde der Balken über ein ausgeklügeltes Absenksystem in die 4 m tiefe Fundamentgrube abgesenkt und auf den Maschinenrahmen aufgesetzt. In the Otto‐Mohr‐Laboratory of the TU Dresden a 10‐MN‐ testing machine was mounted. It serves for testing components with a maximum span width of 15 m, length of 20 m, width of 2.50 m and height of 3.75 m, not exceeding a weight of 120 tons. The challenge was at the one hand having to build it in a closed hall with running operation and on the other hand the construction itself. Due to bad the building lot a self‐contained power transmission was needed. This was achieved by a massive steel frame and a ground beam being completed as a two‐sided cantilever. The ground beam is highly pre‐stressed and strongly reinforced which called for a self‐compacting concrete. Due to the limited space the concreting and pre‐stressing of the 275 tons ground beam was done above the foundation pit. After that the beam was lowered into the 4 m deep foundation pit and put onto the machine frame by an elaborated lowering system.     

Schädigungsmodell für hybride Verbindungen in Offshore‐Windenergieanlagen

Grout‐Verbindungen als hybride Rohr‐in‐Rohr‐Steckverbindungen mit hochfester zementgebundener Füllschicht sind während der Betriebsphase von Offshore‐Windenergieanlagen (OWEA) dynamischen Lasten aus Wind‐ und Wellen‐ sowie Betriebslasten der Anlage ausgesetzt. Zusätzlich müssen diese nicht redundanten Verbindungen Extremlasten widerstehen. Die in den letzten Jahren festgestellten Vertikalverschiebungen im Bereich der Verbindung bei Monopiles unterstreichen eine erforderliche konstruktive Optimierung. Dies kann beispielsweise durch in Umfangsrichtung angeordnete Auftragsnähte erfolgen. Die damit hervorgerufenen Druckstreben ermöglichen einerseits eine signifikante Axialtragfähigkeitssteigerung, andererseits führen die geometrischen Kerben zu Spannungskonzentrationen in den Stahlrohren und der Füllschicht. Der Nachweis ausreichender Ermüdungsfestigkeit kann dabei nach bekannten Konzepten erfolgen. Werden einaxiale Wöhlerlinien von Beton angesetzt, ist der Nachweis der Groutschicht gegen Materialermüdung rechnerisch nur schwer zu erbringen. Unter Berücksichtigung der tatsächlich vorliegenden mehraxialen Spannungszustände im Grout und mehraxialer Wöhlerlinien für das Verbundmaterial kann trotz vorliegender Spannungskonzentration der Nachweis ausreichender Ermüdungsfestigkeit der Verbindung durchgeführt werden. Damage approach for hybrid connections in offshore wind turbines. During the service life of an offshore wind turbine, the connection between monopile and tower, the so‐called grouted joint, is exposed to high dynamic loadings from wind and wave actions. Additionally the connection, which is filled with a high performance grout, has to withstand extreme load situations. Within the last years vertical settlements between the connected steel pipes have been detected. This non‐redundant failure mode underlines the necessity for an optimization of the axial load bearing capacity. One possible solution is the application of shear keys, which are weld beads installed in circumferential direction of the connection on the surfaces of pile and sleeve. This additional mechanical interlock leads to compression struts and an increased axial strength. Unfortunately these geometric notches lead to local stress concentration and reduce the fatigue resistance of steel and grout. The fatigue design for the steel members can be performed acc. to well known local approaches. For plain grouted joints usually uniaxial S‐N‐curves for the grout layer are considered, which is not appropriate in cases of shear keys. Taking the multiaxial stress space around the weld beads and suitable S‐N‐curves into account, the fatigue design of the connection can be conducted.     

Tragfähigkeit fehlerhafter Schweißnähte

Load bearing capacity of welds with defects. Only welds fabricated according to requirements in execution standards are within the scope of actual design codes. These execution standards do not tolerate imperfections like lack of fusion at the weld root even in case of predominantly static loading. In the recent years, steel products with increasing thicknesses are used for steel constructions. The volume of the weld and thus, the costs for welding increases with about the second power of the thickness. Therefore, partial penetration instead of complete penetration and joint preparations with small angles of bevel are applied, if design aspects allow this. As a consequence, lack of fusion at the weld root cannot always be avoided, especially if thick components are welded. There are no design rules for these welds with defects. Therefore, the effect of imperfections on the load bearing capacity of differently fabricated welds is investigated with tests, numerical and fracture-mechanical calculations.     

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.     

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.     

Ganzheitliche Analyse von Stahl‐ und Verbundeisenbahnbrücken

Holistic analysis on steel‐ and composite railway bridges – Innovative solutions for strengthening durability and reducing construction times (Part 1). Investigations on sustainability on infrastructure projects differ from comparable investigations on building constructions through their longer life‐cycle of the objects. Questions regarding sustainability are thus accompanied by questions of durability and simple, mostly undisturbed maintenance through the whole life‐cycle. By the application of innovative railway bridges with steel and composite constructions blocking times induced by the construction time and maintenance actions within the usage phase, can be effectively reduced. Additionally the optimization of restrictive fatigue‐details can affect the whole life‐cycle of a bridge‐construction. In the frame of the FOSTA‐AiF‐research project „Holistic Assessment of steel‐ and composite railway bridges according to criteria of sustainability“ different innovative railway bridge types have been compared to their corresponding conventional bridge types and evaluated over their whole life‐cycle to quantify their advantageousness. While this article shows the investigated innovative bridge‐variants in constructive regards and optimization proposals and design approaches are explained, the second article is about the holistic approach and the results of the sustainability assessment of the investigated steel‐and composite railway bridge.     

Fatigue Strength and Root-Deck Crack Propagation for U-Rib to Deck Welded Joint in Steel Box Girder

Fatigue tests and numerical analysis were carried out to evaluate the fatigue performance at the U-rib to deck welded joint in steel box girder. Twenty specimens were tested corresponding to different penetration rates (80 and 100%) under fatigue bending load, and the fatigue strength was investigated based on hot spot stress (HSS) method. The detailed stress distribution at U-rib to deck welded joint was analyzed by the finite element method, as well as the stress intensity factor of weld root. The test results show that the specimens with fully penetration rate have longer crack propagation life due to the welding geometry, resulting in higher fatigue failure strength. The classification of FAT-90 is reasonable for evaluating fatigue strength by HSS method. The penetration rate has effect on crack propagation angle near the surface, and the 1-mm stress below weld toe and root approves to be more suitable for fatigue stress assessment, because of its high sensitivity to weld geometry than HSS.     

Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von geschweißten höherfesten Baustählen durch Anwendung von Nachbehandlungsverfahren

Enhancement of the fatigue strength of welded high strength steels by application of post‐weld treatment methods. According to the present state of the art welded high strength steels have the same fatigue strength as welded standard steels. For an effective application of high strength steels in constructions subjected to fatigue are therefore additional efforts necessary in order to improve the fatigue strength, for example by the application of post‐weld treatment methods. However up to the present it is not possible to apply the positive effects of these methods in the fatigue design of steel structures. This paper shows first results of a research project, that examines the effectiveness of the post‐weld treatment method TIG‐dressing and the relatively new method “Ultrasonic Impact Treatment” (UIT) for the improvement of fatigue strength of welded high strength steels.     

Korrosionsverhalten von Anschweißankern aus nichtrostendem Stahl bei hinterlüfteten Außenwandbekleidungen aus Naturwerkstein

In diesem Beitrag werden Betrachtungen zur Korrosion von Anschweißankern aus nichtrostendem Stahl der Werkstoff‐Nr. 1.4571 bei Naturwerksteinfassaden angestellt. Weiterhin werden Ergebnisse korrosionstechnischer Untersuchungen an derartigen Ankern aus bestehenden, bis zu 23 Jahre alten Bauwerken wiedergegeben. Bei sachgerechter Interpretation der dargestellten Zusammenhänge kann gefolgert werden, dass die im Regelwerk geforderten Maßnahmen zur grundsätzlichen Entfernung von Anlauffarben und zum Verschließen von Spalten bei atmosphärisch beanspruchten geschweißten Verbindungen im Fall der hinterlüfteten Außenwandbekleidungen aus Sicht der Korrosion technisch nicht begründet und unnötig sind. Corrosion behaviour of stainless steel weld‐on anchors of claddings for external walls ventilated at the rear and made of natural stone. In the contribution considerations are made about the corrosion of stainless steel weld‐on anchors of the material No. 1.4571 of claddings for external walls ventilated at the rear. Furthermore, results of corrosiontechnical investigations on such anchors of buildings which are up to 23 years old are reported. With proper interpretation of the shown connections it must necessarily be concluded that the measures in the set of rules concerning the removal of temper colours and the closing of crevices of atmospherically exposed weld‐on anchors are technically not founded and unnecessary from the corrosion point of view if ventilated facades are taken into consideration.     

Über die Anpassung eines fortschrittlichen Stützwirkungsansatzes für das Kerbspannungskonzept

On the calibration of an advanced support approach for the effective notch stress concept – applying an implicit gradient approach as replacement for the notch rounding in the fatigue life assessment of welded joints. The proof of fatigue life for welded structures according to the notch stress concept requires the calculation of stresses on a geometry with rounded notches in the weld toe and the weld root. The roundings prevent singularities in stress calculation as well as simulate notch sensitivity. In this paper an advanced method for modelling the micro support theory without rounded notches, is presented.     

Tragverhalten von Kehlnahtverbindungen von höherfesten Feinkornbaustählen

Load Bearing behaviour of fillet weld connections of high‐strength fine grain steel. Latest investigations [1] have proved, that the load bearing capacity of fillet weld connections of thermomechanically rolled fine grain steel S 460 is underestimated in actual design codes [2], [3], [4]. In this article, a possibility of calculating the load bearing behaviour using FE programs is shown. Based on these calculations and the results of large scale tests, the influences of different production processes, different weld materials and the welding parameters on the load bearing capacity of fillet welds are rated.     

Zur Tragfähigkeit von druck‐ und biegebeanspruchten C‐Profilen aus Stahl

Die Regelungen und Nachweiskonzepte in den Stahlbaunormen DIN 18800 und Eurocode 3 zur Stab‐ und Gesamtstabilität von Bauteilen unter Normalspannungen sind weitestgehend durch Untersuchungen an I‐ und Kastenprofilen hergeleitet und verifiziert worden. Eine Übertragung und Überprüfung für davon abweichende Profilformen, im Speziellen für die hier behandelten C‐Profile, existiert nicht. Es wird ein geschlossenes, durchgängiges Bemessungskonzept vorgestellt, das es erlaubt, das Tragverhalten von Bauteilen mit C‐förmigem Querschnitt ohne längsaussteifende Querschnittselemente unter Druck‐ und/oder Biegebeanspruchung wirklichkeitsnah zu beschreiben und rechnerisch zu erfassen. Dabei wird den möglichen Stabilitätsproblemen – das heißt lokalem Plattenbeulen, globaler Stabstabilität und dem Zusammenspiel beider einzelnen Stabilitätsprobleme – besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Ultimate loads of steel channel sections in compression and bending. Especially for members susceptible to global buckling or coupled instabilities the design rules in the relevant codes DIN 18800 and Eurocode 3 have been developed for and verified by research on I‐shaped or hollow sections. For deviant shapes, particularly the regarded channel sections, a transfer or verification of these design concepts does not exist. A comprehensive design method is presented, allowing to describe the load‐carrying behavior of channel‐shaped members without longitudinal stiffeners in compression and/or bending realistically. Special attention has been paid to the regards of stability problems, i.e. local and global buckling as well as a combination of both, the so‐called coupled instability.     

Instandsetzung der Druckrohrleitung des Kraftwerks Cleuson‐Dixence,Schweiz — Eine Herausforderung an den Stahlbau

Das Kraftwerk Cleuson‐Dixence in der Schweiz mit 1269 MW Nennleistung zählt zu den eindrucksvollsten Wasserkraftanlagen Europas. Die technischen Leistungen vereinigen einige Weltrekorde: Die größte Leistung pro Pelton‐Turbine mit 423 MW, die größte Pol‐Leistung je Wechselstromgenerator und die größte Fallhöhe von 1883 m — aus welcher eine Druckrohrleitung mit dem bisher höchsten Innendruck von 2070 m Wasserhöhe resultiert. Ein Schadensfall an der bestehenden Druckrohrleitung im Jahre 2000 setzte das gesamte Krafthaus Bieudron für fast ein Jahrzehnt außer Betrieb. Der Schaden wurde offenbar durch einen Kaltriss in einer mangelhaft geschweißten Werksschweißnaht ausgelöst, welcher auch bei der original durchgeführten zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nicht ausreichend detektiert werden konnte. Basierend auf den Ergebnissen der eingehenden Untersuchungen wurde beschlossen, dass der gesamte Druckschacht mit einer Länge von über 4 km erneuert werden musste. Diese Rehabilitation sah vor, dass in dem bestehenden Druckschacht eine zusätzliche Stahlpanzerung (= Druckrohrleitung) eingebaut werden muss. Der Nominal‐Ringraum zwischen der bestehenden und der neuen Stahlpanzerung wurde so klein wie möglich mit 130 mm definiert. Dieser Ringraum muss nach der Montage sukzessive mit Beton hinterfüllt werden. Dieses Konzept war Grundlage für die Auftragserteilung im Jahre 2006. Die Auswahl der Fertigungs‐ und Montageverfahren stellte aufgrund der Geschichte dieses Superlativ‐Projektes eine Herausforderung dar. Rehabilitation of the penstock of the power plant Cleuson‐Dixence, Swiss — Challenges for the steel constructor. The power plant Cleuson‐Dixence in Swiss with its 1269 MW nominal capacity is one of the most impressive hydroelectric power plants all over Europe. Three world records are held of this plant: the highest output per Pelton‐turbine with 423 MW, the highest pole‐output of each AC generator and the highest head of 1883 m — resulting in a penstock of a designed internal pressure of 2070 m water column. An accident on the existing penstock in the year 2000 has led to a stop of operations for almost a decade. The damage was apparently caused by a cold crack in a shop weld seam, which couldn’t be detected properly during the originally performed NDT. Based on the results of detailed investigations it had been decided, that the entire penstock over its more than 4 km length had to be renewed completely. The concept of the rehabilitation was the construction of an additional penstock, inserted in the existing one. The nominal gap between the existing and the new penstock should be as small as possible and was defined with 130 mm. The gap shall be backfilled with concrete continuously after installation. This concept was the basis for the award of the construction contract in the year 2006. The selection of the most proper fabrication‐ and installation procedures was a challenge in this project of superlatives.     

Ertüchtigung bestehender Stahltragwerke aus der Zeit von 1860 bis 1940

Restoration of steel structures from the period from 1860 to 1940. In a first step a classified consideration of steel from 1860 to 1940 is performed in order to check the weld ability in principle. It was not possible to make a general statement on weldability for wrought iron frequently due to irregularly distributed lamellar slag inclusions. Mild steel, however, has been found to be weldable in selected areas of the profile cross‐section, i.e. in the rim outside the segregation zone. The rim outside the segregation zone to be subject to distribution. In order to evaluate the distribution of the rim outside the segregation zone those parameters were investigated, which affected the scattering of the distribution highly. By means of measurements on sections segregation zone and their scatter were determined. Due to the thickness of the rim outside the segregation zone, the selected manual arc welding method had to be adjusted in view of the depth of fusion penetration. Penetration values have been determined as a function of energy applied per unit length in laboratory tests. Based on a comparison between available thickness of the rim outside the segregation zone and the depth of fusion penetration values, the maximum energy input has been specified in view of a practical implementation. To analyse the feasibility of such a weld joint for cyclic loads, fatigue tests have been carried out on welded mild steel specimens. The results of number of cycles to failure are similar to those of current structural steel with the same notch base load and building component form. This has indicated that a successful welding of mild steel is possible.     

Korrosionsmonitoring von Stahlbetonbauwerken als Element des Lebensdauermanagements

Da korrosionsinduzierte Schäden an Bauwerken im Laufe der Zeit zu immensen Kosten führen, sind die sichere Beurteilung des Korrosionsrisikos und eine frühzeitige Erkennung und zuverlässige Vorhersage der Bewehrungskorrosion Schlüsselaufgaben des Bauwerksmanagements korrodierender Spann‐ und Stahlbetonbauwerke. Eine Bewertung des Korrosionszustands wird durch die Bauwerksüberwachung (Monitoring) objektiv möglich. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer kurzen Einführung zum monitoringbasierten Lebensdauermanagement die Entwicklung, Erprobung und Optimierung neuartiger kalibrierungsfreier Miniatursensoren zur Erfassung der Bewehrungskorrosion in Betonbauteilen vorgestellt. Mit diesen vielseitig einsetzbaren Korrosionsstellvertretersensoren, die aus mehreren im Bereich der Betonüberdeckung angeordneten, 0,065 mm bis ca. 0,5 mm dünnen Stahldrähten bestehen, kann das Eindringen der Depassivierungsfront in den Beton einfach, zuverlässig und kostengünstig überwacht werden. Basierend auf umfangreichen Untersuchungen im Labormaßstab und der Anwendungserprobung im Zeitraum von mehr als sechs Jahren werden die Erkenntnisse und Weiterentwicklungen der Drahtsensorik präsentiert und diskutiert. Corrosion Monitoring as an Element of Service‐Life‐Management Application of innovative filament sensors for rebar corrosion survey Since corrosion induced damages at civil structures result in enormous costs over lifetime, the assured assessment of the corrosion risk and an early identification and reliable prognosis of rebar corrosion are key tasks of the building management of corroding prestressed and steel reinforced concrete structures. Here an evaluation of the corrosion state is objectively possible by means of Structural Health Monitoring (SHM). In this contribution after a brief introduction of monitoring based service‐life‐management, the development, testing and optimization of novel calibration‐free miniature sensors for the detection of rebar corrosion in concrete members are introduced. By means of these versatile corrosion dummy sensors, made from several 0,065 mm up to 0,5 mm thin steel filaments and mounted within the concrete cover, the penetration of the depassivation front into concrete can be observed easily, reliably and cost effectively. Based upon various investigations in the lab scale and application testing during the time period of six years, the findings and further developments of the filament sensor will be presented and discussed.     

Rheinbrücke Breisach – Umbau und Instandsetzung einer 45 Jahre alten Stahlkonstruktion

The Rhine Bridge at Breisach – Alteration and maintenance work at a 45‐years‐old steel structure across the river Rhine. The Breisach Rhine Bridge between Breisach in Baden‐Württemberg, Germany, and Neuf‐Brisach in Alsace, France, is next to the Europe Bridge Kehl–Strasbourg the most important road connection between the two countries. The three‐pillar road bridge was built in 1962 using the foundation of an old railway bridge. The box girder of the bridge is welded as well as riveted and bolted. Both the design of the curb with its underseepage – a feature that was often used at that time but is now out of favour – and damages at the drain pipes in the girder box led to significant corrosion damage. In the future a bicycle lane will run over the bridge. For this an enlargement of the southern footpath is required. Bridge repair and maintenance work began in the spring of 2008. In this paper not only the details of the projects will be considered, but also the solutions to the problems discovered during repair work. An additional special feature of the bridge is the fact that two road construction agencies, one French, one German, are in charge of maintenance.     

VFT‐WIB‐Brücke bei Vigaun – Verbundbrücke mit externer Bewehrung

VFT‐WIB viaduct in Vigaun – a composite bridge with external reinforcement. With the introduction of the composite dowel the possibility is given to develop new construction methods for bridges. The VFT‐WIB construction method is used for the first time for the road bridge in Vigaun/Austria, which is in service since autumn 2008. The cross‐section is composed out of two prefabricated elements with halved rolled girders, working as bottom flange. The composite dowels are manufactured by cutting the rolled girder into two halves with a special cutting‐line. These halved girders work as external reinforcement, which leads to very slender and economical composite structures. Below details about the planning process, the design and the construction process of 78m long three span framing bridge over the railway line from Salzburg to Wörgl are shown.     

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.