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.     

Schweißnahtnachbehandlung mit höherfrequenten Hämmerverfahren – Ermüdungsfestigkeit,Qualitätssicherung,Bemessung

Im Rahmen des Forschungsprojekts REFRESH wurden umfangreiche systematische Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit mit höherfrequenten Hämmerverfahren nachbehandelter Schweißnähte durchgeführt. Die statistisch abgesicherten Ergebnisse belegen die hohe ermüdungsfestigkeitssteigernde Wirksamkeit der Verfahren und ermöglichten die Entwicklung eines experimentell abgesicherten Bemessungskonzeptes. Um die Anwendung überwachen zu können und die Behandlungsqualität sicherzustellen, wurde ein Qualitätssicherungssystem und ein Anforderungskatalog an das Fachpersonal erarbeitet. Die Zertifizierung der Verfahren erfolgt auf Basis eines gemeinsam von der Bundesanstalt für Materialforschung und ‐prüfung und der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine der Universität Karlsruhe erarbeiteten Zertifizierungssystems. Postweld treatment by high frequency hammer peening methods – fatigue resistance, quality control, design. In the range of the research project REFRESH comprehensive, systematic investigations regarding the fatigue resistance of welds treated with high frequency peening methods have been conducted. The statistically confirmed results prove the high beneficial effect of the methods and allowed to develop an experimentally verified design concept. In order to control the application quality and to ensure the desired effects a quality assurance system and a catalogue of requirements for specialists has been worked out. The certification of the methods is performed on the base of a common certification system, developed by the German Federal Institute for Material Research and Testing (BAM) and the Research Centre for Steel, Timber and Masonry, University of Karlsruhe.     

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.     

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.     

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.     

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.     

Risikobasierter Ansatz zur Bewertung der Robustheit von Bauwerken

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

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.     

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.     

Europäische Ansätze für Energieeffizienz‐Monitoring auf der Basis von Energieausweis‐Daten

Das DATAMINE‐Projekt wurde angesichts des Bedarfs nach konkreten Daten über den tatsächlichen energetischen Zustand des europäischen Gebäudebestands und die bestehenden Potentiale zur Energieeinsparung und CO2‐Emissionsminderung ins Leben gerufen. Diese Daten sollen längerfristig helfen, das politische Instrumentenbündel (ordnungsrechtliche, steuerliche, Förder‐Maßnahmen, Informationsvermittlung) so zu gestalten, dass es wirkungsvoll und kosteneffizient ist. Entsprechend dem DATAMINE‐Konzept basieren die Informationen auf Energieausweisen, die gemäß EU‐Gebäuderichtlinie ausgestellt werden, sobald ein Gebäude gebaut, verkauft oder vermietet wird. Im Rahmen des DATAMINE‐Projekts wurden in zwölf Ländern Feldversuche mit größeren Gebäudedaten‐Sammlungen durchgeführt, jeder mit unterschiedlichen Analysezielen. Dabei nutzte jedes Land die gleiche Datenstruktur für die Sammlung seiner Energieausweis‐Daten, die im Vorfeld gemeinsam entwickelt worden war. Diese lässt sich auf die verschiedenen Zertifizierungssysteme anwenden, die die europäischen Länder auf Grund der Unterschiede in Informationsbedürfnissen, Gebäudearten und Klima entwickelt haben. Rund 19.000 Datensätze wurden im gemeinsamen DATAMINE‐Format gesammelt. In einem Ländervergleich konnten verschiedene Energieeffizienz‐Indikatoren gegenübergestellt werden. Das Ergebnis der Analysen ergibt einen genaueren Einblick in den aktuellen Stand der energetischen Modernisierung spezifischer Gebäudegruppen in den beteiligten Ländern. Schließlich wurden Schlussfolgerungen in Bezug auf die Entwicklung von Monitoringsystemen in jedem Land und auf EU‐Ebene gezogen. European attempt at energy performance monitoring based on data collections and certification schemes. The launch of the DATAMINE project has been driven by the need for concrete data on the actual energy performance of the European building stock as well as the potential energy savings and CO₂ reductions. In the longer term data can help develop tailored, cost‐efficient complementary measures to energy performance legislation, such as soft loans and tax incentives. DATAMINE aims to construct a knowledge base using the information on the energy performance certificates issued when buildings are constructed, sold or rented. In the framework of DATAMINE test projects were carried out on large samples of buildings in 12 countries, each with individual monitoring targets. In each country the same data structure was used for data collection which had been developed at the forefront. Full allowance is made for the Europe‐wide differences in certification schemes, since each country has a scheme tailored to its specific needs, building stock and climate. Around 19,000 datasets have been collected in the common DATAMINE format. Cross‐country analysis of the collected data was performed comparing different energy performance indicators. The result of the evaluation activities gives a clearer insight into the current state of refurbishment of specific building subsets in each country. Finally conclusions were drawn regarding the development of monitoring systems in each country and on EU level.     

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.     

“Die Raupe” – eine bewegliche Brückenkonstruktion

Für einen Brückenwettbewerb in Wien wurde ein Konzept einer beweglichen Brücke in Form eines Fischbauchträgers entwickelt, das neben seiner strengen Funktionalität und der materiellen Effizienz über einen innovativen Hebemechanismus verfügt. Die Idee des Hebevorgangs basiert auf einer Verkürzung des Trägeruntergurts durch Seile und zwei zwischengeschalteten hydraulischen Zylindern. Die Anhebung der Brücke zur Freihaltung des geforderten Lichtraumprofils erfolgt asymmetrisch, was ein raupenähnliches Verkrümmen zur Folge hat. Des Weiteren wurde die Deckplatte dahingehend optimiert, dass unter Verwendung hochfester Stähle die große Verformung über das elastische Werkstoffverhalten aufgenommen und so auf wartungsintensive Gelenke verzichtet werden kann. Durch das gewählte statische System mit dem applizierten Hebemechanismus kann die Einleitung großer Horizontalkräfte in den Boden vermieden und dadurch die Kosten deutlich gesenkt werden. Das Konzept wurde für eine Spannweite von ca. 60 m entwickelt, kann jedoch auch für andere Spannweiten adaptiert und so vielerorts eingesetzt werden. “The Caterpillar” – A moving bridge structure. For a design competition for a bridge in Vienna, a concept for a moving bridge in the form of a lenticular girder was developed which, in addition to its strict functionality and material efficiency, features an innovative lifting mechanism. The lifting principle is based on shortening the lower chord of the girder with the help of cables and two intermediate hydraulic cylinders. In order to create the required clearance profile, the bridge is lifted asymmetrically, which results in a deformation of the shape which is reminiscent of a caterpillar. In addition, the upper deck was designed using hightensile steel so that the considerable deformation could be absorbed by the elasticity of the material, which means that maintenance‐intensive hinges could be omitted. This structural system with its lifting mechanism makes it possible to significantly lower costs as there are no large horizontal forces to be transferred to the ground. The concept was developed for a span of approx. 60 m but can also be adapted to spans of different sizes and is therefore suitable for many situations.     

UNIQA PS1 – Ein Hochhaus aus Stahl

In Wien wurde von September 2008 bis Juli 2009 die Stahltragkonstruktion eines Hochhauses errichtet. Über einem 30 m hohen und 27 m breiten Luftraum war schwebend ein 13‐geschossiger Turm zu errichten. Als Haupttragsystem wurden in die Wände integrierte Stahlfachwerke gewählt. Die Verbindung der Stahlkonstruktion mit den Betontragkonstruktionen und deren unterschiedliche Steifigkeiten stellten hohe Ansprüche an das Planungsteam des Bauherren UNIQA, bestehend aus Werner Consult Ziviltechniker GesmbH und dem Zivilingenieurbüro Roller. Detailplanung, Fertigung und Montage der Konstruktion erfolgten durch die ARGE Stahlbau PS1, bestehend aus Zeman und Strabag. Der Auftrag konnte unter anderem aufgrund eines innovativen Montagekonzeptes gewonnen werden. Die untersten Geschosse wurden mit ihren Decken auf Erdgeschossniveau zusammengebaut und die rund 1600 t schwere Konstruktion auf 30 m Höhe gehoben. Der Rohbau konnte nur auf Grundlage einer sehr intensiven Zusammenarbeit zwischen den ARGE‐Partnern aus dem Stahl‐ und Stahlbetonbau termingerecht und im Kostenrahmen abgeschlossen werden. UNIQA PS1 a high rise building made from steel. From September 2008 to July 2009 the steel construction of a high rise building was erected in Vienna. A 13‐storey tower floats above an air‐space with 30 m height and 27 m width. The main carrying structure consists of a latticed framework which is integrated into the walls. The connection between the steel construction and the concrete structure was an ambitions task for the structural team of the client UNIQA, consisting of Werner Consult Ziviltechniker GesmbH and Zivilingenieurbüro Roller. Detail engineering, fabrication and erection was executed by ARGE Stahlbau PS1 consisting of Zeman and Strabag. The order was won amongst other reasons because of an innovative erection procedure. The two lowest floors were pre erected on the ground floor and the approximately 1600 tons lifted into the final position on 30 m afterwards. It was only possible to complete this task on time and in budget due to the intensive cooperation between the partners from the steelworks and the concrete works.     

Bemessungs‐ und Ausführungshinweise für Aufbeton auf Brückenfahrbahnplatten

Durch die ständige Erhöhung der Verkehrsbelastungen in den letzten Jahrzehnten und durch die Verwendung moderner Fahrzeugrückhaltesysteme sind ältere Brücken häufig nicht mehr in der Lage, ohne Verstärkungsmaßnahmen den Anforderungen des modernen Straßenverkehrs zu genügen. Eine bewährte Methode, die Tragfähigkeit einer Brücke zu erhöhen, besteht darin, auf das entsprechend vorbehandelte Rohtragwerk eine bewehrte Platte, welche mit dem Bestand kraftschlüssig verbunden ist, zu betonieren. Für die Bemessung sind der Eurocode und die in den europäisch technischen Dübelzulassungen (ETA) angegeben Bemessungsvorschriften (ETAG, TR, ...) anzuwenden. Der Anwender steht vor einer Fülle von breit gefächerten Wahlmöglichkeiten innerhalb dieser Vorschriften. Auf Basis der Erkenntnisse von mehreren Versuchsprogrammen gibt in Österreich die RVS 15.02.34 Anweisungen für die Fugenvorbereitung, die Rezeptur und den Einbau des Aufbetons und für die zugehörige Interpretation des Eurocodes und der Dübelbemessungsvorschriften bei der Bemessung der Schubfuge. Design and Detailling of Concrete Overlays Due to a permanent increase of traffic loads during the last decades and due to installation of modern vehicle restraint systems older bridges are often overloaded and thus have to be strengthened. Casting a concrete overlay on the existing structure is a state of the art method in order to increase the bearing capacity. The key is to prepare the interface in a way that no slip will occur between old and new concrete when forces are transferred over the interface. Mandatory for designing the concrete overlay is the Eurocode and in the European Technical Approvals (ETA) for dowels referred design guidelines (ETAG, TR, ...). However, the designer has to choose within a lot of options. On the basis of several research programs the RVS 15.02.34 gives recommendations for the preparation of the old concrete, the composition of the new concrete, casting and curing as well as choosing the associated options of the Eurocode within the structural design and detailing of the interface.     

Einfluss imperfekter Ringflanschverbindungen auf die Ermüdungsfestigkeit von kreiszylindrischen Stützen

Bei Seilbahnen, Windenergieanlagen, Kaminen etc. werden oft turmartige Stahlkonstruktionen aus kreiszylindrischen oder konischen Rohrabschnitten verwendet, welche mittels L‐förmiger Flanschverbindungen verschraubt sind. Auf Grund von Imperfektionen zufolge Schweißverzug und hohen dynamischen Beanspruchungen werden häufig die Grenzen der Beanspruchbarkeit der Flanschverbindungen erreicht. In vielen Fällen ist nicht der Nachweis der Traglast (ULS) von Bedeutung, vielmehr ist der Grenzzustand der Ermüdung (FLS) maßgebend für die Dimensionierung. Der vorliegende Beitrag beinhaltet die Untersuchung imperfekter Ringflanschverbindungen von kreisförmigen Seilbahnstützen auf Ermüdung. An einem Bauteilversuch im Maßstab 1 : 1 wurde die Ermüdungsfestigkeit der gesamten Flanschverbindung (Schrauben, Schweißnaht, Rohrmantel) untersucht. Parallel durchgeführte FE‐Berechnungen dienen als Vergleich zu den Laborergebnissen. Zum Abschluss wird eine Möglichkeit der Berücksichtigung der Flanschimperfektionen für die praktische Bemessung aufgezeigt. Effects of imperfect ring flange connections on the fatigue resistance of cylindrical columns. For cableway installations, wind turbines, chimneys etc. often tower‐like steel constructions from cylindrical or conical tubing sections are used, which are bolted by means of L‐shaped flange connections. Due to imperfections from welding distortion and high dynamic loads the resistance of the flange connections will be frequently achieved. In many cases the ultimate load (ULS) proof becomes less important and the fatigue assessment (FLS) is determining the dimensions. This contribution contains investigations of imperfect flange connections of circular cable car towers on fatigue. A large scale test was performed to prove the fatigue strength of the entire flange connection (bolts, welding seam, tube section). Parallel accomplished FE‐computations serve as comparison to the laboratory test results. As conclusion a possible procedure to consider flange imperfections for the practical dimensioning is pointed out.     

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.     

Pioneering hypar thin shell concrete roofs in the 1930s

The paper explores the conditions of emergence and first applications of thin hypar concrete shells. They appeared in France in the 1930s in the context of building hangars for aircraft and roofs for workshops at air or naval bases. Two French engineers were mainly involved in the development of this form: BERNARD LAFFAILLE , who began designing conoid shells in 1927 but actually never got the opportunity to build concrete hypars, and FERNAND AIMOND , who established the membrane theory of the hypar in 1932 and applied it to design and construct several HP roofs in 1934–1939. The paper describes these forgotten structures and recalls the influence of AIMOND 's contributions from the mid‐1930s on the subsequent widespread adoption of the hypar. Anfänge der dünnen Hyparschalen aus Beton in den 1930er‐Jahren Dieser Beitrag beschäftigt sich mit den Bedingungen der Entstehung und den ersten Anwendungen von dünnen Hyparschalen (HP‐Schalen) aus Beton. Diese ergaben sich in den 1930er‐Jahren in Frankreich im Zusammenhang mit der Errichtung von Flugzeughangars und Werkstattdächern für Flugplätze und Flottenstützpunkte. Es waren zwei französische Ingenieure, die hauptsächlich an der Entwicklung dieser neuen Bauart beteiligt waren: BERNARD LAFFAILLE , der 1927 mit dem Entwurf von Konoidschalen begann, jedoch nie die Gelegenheit hatte, Hyparschalen aus Beton zu bauen, und FERNAND AIMOND , der 1932 die Membrantheorie der Hyparschalen etabliert hat und diese auch in den Jahren 1934‐1939 für den Entwurf und die Errichtung zahlreicher HP‐Schalendächer angewendet hat. Im Beitrag werden diese heute teilweise in Vergessenheit geratenen Konstruktionen beschrieben und daran erinnert, welchen Einfluss AIMOND seit Mitte der 1930er‐Jahre auf die anschließende verbreitete Anwendung von Hyparschalen hatte.     

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.     

Querkraftbemessung nach DIN 1045‐1

Im vorliegenden Beitrag werden Arbeitshilfen für die Querkraftbemessung nach DIN 1045‐1 entwickelt. Unter Anwendung der vorgestellten Bemessungstabellen erfolgt die Bestimmung der Querkraftbewehrung auf sehr einfache Weise. Der Aufwand bei der Bemessung wird auf ein Minimum reduziert, positive Nebeneffekte bestehen in der Übersichtlichkeit und Wirtschaftlichkeit der Bemessungsergebnisse – auch bei Querkraft unter dem Einfluss von Längsspannungen. Aus dem vorgestellten Nomogramm für Vollplatten lässt sich in Abhängigkeit vom Rechenwert der bezogenen Querkraft – τ_Ed = V_Ed/z, der Betonfestigkeit und der statischen Höhe direkt bestimmten, welche Längsbewehrung erforderlich ist, um Querkraftbewehrung zu vermeiden. Die wichtigsten Bemessungshilfen – Diagramme für Bauteile ohne Querkraftbewehrung sowie eine Bemessungstabelle für die Querkraftbemessung ohne Längskraft – sind im Anhang als Arbeitsblatt zusammengefasst. Shear Force Design according to DIN 1045‐1. A simple procedure In the present paper are deduced worksheets for lateral force design according to DIN 1045‐1. By using the tabulars the amount of shear reinforcement can be determined in a very simple way. There are positive side effects in the clarity and economy of the calculation results – even with shear force under the influence of longitudinal stresses. Beside the tabulars a nomogram for the design of solid slabs is presented. It is possible to determine in a direct way the amount of main reinforcement, wich is required in order to eliminate the assembling of reinforcement stirrups in dependence on the related shear force – τ_Ed = V_Ed/z, the concrete strength and the effective depth. The basic measuring tools for the design without a longitudinal force are summarized in the annex as a worksheet.