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.     

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

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

Neubau der ÖBB‐Donaubrücke Tulln – ein innovatives Brückentragwerk

104 Jahre nach ihrer Erbauung wurde die Eisenbahnbrücke der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) über die Donau in Tulln einer Generalsanierung unterzogen. Als Tragsystem der neuen Brücke wurde eine Fachwerkverbundkonstruktion mit untenliegender Fahrbahn gewählt. Nach nur 16 Monaten Bauzeit konnte mit der Inbetriebnahme im Oktober 2009 ein Stück europäische Brückenbaugeschichte geschrieben werden. Für die Demontage der bestehenden Tragwerke und die Montage des neuen Tragwerks inklusive der Ausrüstung für den Bahnbetrieb stand eine 7‐monatige Streckensperre zur Verfügung. Die Herstellung des Ersatzneubaus des 440 m langen Brückentragwerks unter möglichst geringer Beeinträchtigung des Straßen‐, Bahn‐ und Schiffsverkehrs stellte höchste Anforderungen an den Bauherrn, die Planer und die ARGE Donaubrücke Tulln. Errection of the ÖBB‐Donaubrücke Tulln – an innovative bridge construction. 104 years after being built, the railway bridge of the Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) across the Danube at Tulln, Austria, has been completely refurbished. The new bridge is based on a composite over‐deck truss construction. After a construction time of only 16 months, commissioning in October 2009 was the last step in a project that will make European bridge construction history. For the dismantling of the existing supporting structure and the assembly of the new one incl. the railway facilities, the railway line was blocked for 7 months. Replacing the 400‐m long supporting structure while keeping the effects on road, rail and shipping traffic to the lowest possible level put highest demands on owner, planners and ARGE Donaubrücke Tulln.     

Static tests on road bridge made from steel corrugated plates

Statische Versuche an Straßenbrücken aus Stahlwellblechen. Der Beitrag behandelt eine neue Bogenbrücke aus Stahlwellblechen, die Straßenbrücke über den Plawna‐Fluß zwischen Bystrzyca Klodzka und Ladek Zdroj in Stary Waliszow, Polen. Die Brücke ersetzt eine alte Steinbogenbrücke, die infolge der Flut im Jahre 1997 zerstört wurde. Die Stahlbrücke ist auf zwei Einzelfundamenten aus Stahlbeton gegründet. Ihre effektive Stützweite beträgt 10,00 m und ihre lichte Höhe 4,02 m. Es werden Versuchsergebnisse vorgestellt, die sich aus drei statischen Lastfällen nach vier Jahren Betriebsdauer ergaben. Die Mittelwerte der gemessenen Verschiebungen und Verformungen in ausgewählten Punkten und Elementen der Stahl‐Schalenkonstruktion lagen deutlich unter den für dieselbe Last errechneten Werten. Seit diese Art von Brückenentwürfen mehr und mehr für kleine und mittelgroße Brücken übernommen wird, können die aus den vorgestellten Versuchen gezogenen Schlußfolgerungen für die gesamte Klasse solcher Brückenkonstruktionen verallgemeinert werden.     

Zur Querkraftgefährdung bestehender Spannbetonbrücken

Zur Formulierung einer Handlungsanweisung wurden in Teil I die geänderten Lastannahmen für Brücken nach DIN Fachbericht 101 mit den Belastungsklassen nach alten Normen verglichen und gezeigt, wie anhand aktueller Verkehrszahlen die Lastansätze modifiziert werden können. Der aktuelle Brückenbestand in Hessen wurde mit der Straßeninformationsbank (Teilprojekt Bauwerksdaten) ausgewertet, um Klassifizierungs‐ und Bewertungskriterien zu erarbeiten. Zur Beurteilung des Querkraftwiderstandes wurden die Grundlagen der Querkraftbemessung nach DIN 1045, DIN 4227, DIN Fachbericht 102 und aus der Literatur gegenübergestellt. In Teil II werden Verfahren zur nachträglichen Verstärkung von Querschnitten und Tragsystemen mit zu geringer Querkrafttragfähigkeit zusammengestellt. Des Weiteren werden verschiedene Varianten der Modellierung verglichen, die bei der linearelastischen Schnittgrößenermittlung nach der Finite‐Elemente‐ Methode verwendet werden. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse werden schließlich Empfehlungen für eine Handlungsanweisung zur Beurteilung querkraftgefährdeter Brückenbauwerke formuliert. Shear‐Vulnerability of Existing Pre‐Stressed Concrete Bridges In Part I, to formulate an operation directive the revised load assumptions for bridges of DIN Technical Report 101 are compared with the loading classes according to old standards and it is demonstrated, how the loading models can be modified based on actual traffic data. The current bridge asset in the Federal State of Hesse is evaluated using the “Road Information Database (Sub‐Project: Structural Data)” in order to work out classification and evaluation criteria. Regarding the assessment of the shear load‐bearing capacity the fundamentals of the shear load design models of DIN 1045, DIN 4227, DIN TR 102 and from the literature are compared. In Part II, the procedures for the subsequent strengthening of cross‐sections and structural systems with a low shear load‐bearing capacity are compiled. In addition, different types of finite element modelling are compared used for the calculation of the linear‐elastic internal forces. Finally, based on the findings recommendations are formulated for an operation directive in regard to the assessment of shear‐vulnerable bridges.     

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.     

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.     

Verlustfaktor‐Korrektur der Schalldämmung bei gefülltem Ziegelmauerwerk

In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben der Hochschule für Technik Stuttgart und des Fraunhofer‐Instituts für Bauphysik wurden die akustischen Eigenschaften von mit Dämmstoffen gefüllten Lochziegeln systematisch untersucht. Hierbei zeigte sich, dass sich die gefüllten Steine in ihrem Verhalten nicht wesentlich von ungefüllten Ziegeln unterscheiden. Der wichtigste Unterschied besteht in einer größeren inneren Dämpfung und als Folge davon einer gegenüber gleichartigen ungefüllten Ziegeln um etwa 1 bis 2 dB erhöhten Schalldämmung. Auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse wurde ein modifiziertes Verfahren zur Verlustfaktor‐Korrektur der Schalldämmung von Hochlochziegel‐Mauerwerk entwickelt, das für gefüllte und ungefüllte Steine gleichermaßen anwendbar ist. Loss factor correction for hollow bricks filled with insulation material. The acoustic properties of hollow bricks filled with insulation material were systematically investigated in a joint research project by the University of Applied Sciences in Stuttgart and the Fraunhofer Institute for Building Physics. The findings showed that the acoustic performance of filled bricks differs only slightly from that of non‐filled bricks. The main difference is greater inner damping and a resulting increase in sound insulation of about 1 to 2 dB compared to non‐filled bricks of the same type. Based on the results of the investigation a modified procedure for the loss factor correction of the sound insulation of vertically perforated hollow brick masonry was developed, which applies equally to filled as well as non‐filled bricks.     

Anwendung von Trapezblechstegen im Brückenbau

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

Anforderungen an Stahl‐ und Verbundknoten bei Stützenausfall in einem Rahmentragwerk

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

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.     

Die Instandsetzung der Old White Nile Bridge in Khartoum/Sudan

Die Old White Nile und die Old Blue Nile Bridge waren die ersten beiden Brücken überhaupt, die in Khartoum, der Hauptstadt des Sudan über den Nil führten. Sie wurden von der Britischen Baufirma Dorman Long Ltd. in den Jahren 1908 und 1928 gebaut und erfüllen bis heute in nahezu unveränderter Form ihren Dienst. Sie stellen damit funktionstüchtige, ingenieurtechnische Denkmale dar und zeugen von der außergewöhnlichen Ingenieurleistung, die hier unter schwierigen klimatischen und technologischen Bedingung erbracht wurde. Der folgende Beitrag befasst sich mit der Instandsetzung der Old White Nile Bridge, welche im Zeitraum von 2004 bis 2007 durchgeführt wurde. Die Schüßler‐Plan Ingenieurgesellschaft wurde von der Brückenbauverwaltung der Stadt Khartoum mit verschiedenen Untersuchungen im Zusammenhang mit dem Sanierungskonzept betraut. Der Aufsatz befasst sich neben einem historischen Rückblick mit der Entscheidung, ob ein Auswechseln der 80 Jahre alten, in ihrer Funktion stark eingeschränkten Brückenlager aus statischer Sicht notwendig ist oder diese am Bauwerk belassen werden können. Auch für die Old Blue Nile Bridge ist in den kommenden Jahren eine grundlegende Instandsetzung vorgesehen. Da die Konstruktion vergleichbar ist, können die bei der Old White Nile Bridge gewonnenen Erkenntnisse hierbei einen wertvollen Beitrag leisten. Rehabilitation of old steel bridges over the Nile in Khartoum/Sudan. The Old White Nile Bridge and the Old Blue Nile Bridge were the first bridges ever to cross the Nile at Khartoum – Capital of the Sudan. They were build In 1928 and 1908 by the British Company Dorman Long Ltd. and till today service the traffic in Khartoum in their since then unchanged form. They represent as such a functional technical monument and an attest of the unusual engineering achievement, which was realised under the most extreme climatic and technological conditions. The following report is about the rehabilitation of the Old White Nile Bridge, which was carried out from 2004 till 2007. The Schüßler‐Plan Ingenieurgesellschaft was contracted by the Bridge Department of the State of Khartoum with several analysis related with the rehabilitation concept. The report starts with an historic review of the bridge and continuous with the decision weather it is statically necessary to exchange the nearly 80 year old bearings that are strongly hindered in their function, or weather they could be left unchanged. For the Blue Nile Bridge also, a complete rehabilitation is planned in the near future. Since the two bridge structures are comparable, the knowledge collected at the Old White Nile Bridge could be of great advantage for the Blue Nile rehabilitation.     

Berücksichtigung der Fließgeschwindigkeit bei Hochwasser‐Schadensmodellen

Die Quantifizierung der Schadenspotentiale infolge Hochwasser setzt realistische Zusammenhänge zwischen Einwirkungs‐ und Verlustkenngrößen voraus. Da sich herkömmliche Schadensfunktionen auf den Zusammenhag zwischen Fluthöhe und den versicherungsseitig nachvollziehbaren Kosten für eine bestimmte Nutzungsklasse (wie. z. B. private Wohngebäude) beschränken, fehlt zum einen die notwendige Differenzierung nach den für die Widerstandsseite relevanten Merkmalen, zum anderen bleiben weitere Einwirkungsgrößen wie die Fließgeschwindigkeit unberücksichtigt. Auf der Grundlage einer einheitlichen Datenerhebung wurde ein System entwickelt, mit dem die strukturelle Schädigung eines Bauwerks oder eines betroffenen Bauwerksbestands für konkrete Hochwasserszenarien bestimmt werden kann. Dieses Instrumentarium wird erweitert, so dass der Zusammenhang zwischen den Einwirkungskenngrößen Überflutungshöhe und Fließgeschwindigkeit und dem strukturellen Schaden hergestellt werden kann. Die Studie stützt sich auf dabei zwei Datensätze, die nach dem Hochwasser 2002 erhoben wurden: – Datensatz 1 bezieht sich auf eine schriftliche Befragung, welche zwischen 2002 und 2004 in Sachsen durchgeführt wurde. – Datensatz 2 stellt dabei das Ergebnis einer Auswertung von Schadensgutachten im Auftrag der Landestalsperrenverwaltung Sachsen dar. Im Ergebnis kann ein neuartiger Typ von Verletzbarkeitsfunktionen bereitgestellt werden, der den Zusammenhang zwischen Überflutungshöhe, Fließgeschwindigkeit und den Schadensgraden D_i in Abhängigkeit von der konkreten Bauwerksverletzbarkeit beschreibt. Mit Hilfe ebenfalls neu entwickelter Schadensfunktionen werden die so berechneten Schadensgrade in konkrete Verlustaussagen überführt. Wie an drei Testgebieten im Freistaat Sachsen nachgewiesen werden kann, gelingt es mit diesen Funktionen, die gemeldeten Verluste infolge des Hochwassers 2002 in guter Übereinstimmung nachzuvollziehen. Im Weiteren werden erste Untersuchungen zum Einfluss der städtebaulichen Einbindung und der Anströmrichtung auf die strukturellen Schäden vorgestellt. Consideration of flow velocity in flood damage models. Reliable prognoses of building damage caused by flood impact require realistic relationships between action and damage or loss describing parameters. Due to the fact that commonly applied damage functions are related to the different usage classes (i.e. private housing), the required differentiation according to the parameters on the resistance side is still missing and further impact parameters like flow velocity remain unconsidered. On the basis of the August 2002 Saxony flood data base, a method to determine the structural damage for any given flood scenario was developed. This method is improved to consider the correlation between inundation level and flow velocity and structural damage. The study is based on two different datasets collected after the flood 2002 in Saxony: – Dataset 1 is related to the outcome of a questionnaire survey performed by the authors between 2002 and 2004. – Dataset 2 is the outcome of an evaluation of damage expertises by order of the “Landestalsperrenverwaltung Sachsen”. A set of new Specific Vulnerability Functions (SVF) for calculation of damage grades is derived considering the inundation level and the flow velocity depending on the vulnerability of the predominant building types. Based on new developed Specific Damage Functions (SDF) the calculated damage grades are transferred into loss estimates. The developed tools are applied to the reinterpretation of the August 2002 flood damage. Results of the approach are presented for three different study areas in the free state of Saxony. In all cases a remarkable good agreement between the predicted and the reported loss can be stated. First investigations with respect to the location of buildings, the direction of inflow and the structural damage are represented.     

Erhöhung der Verbundtragfähigkeit von aufgeklebten CFK‐ oder Stahl‐Lamellen auf Stahlbetonkonstruktionen durch Bügelumschließungen

Bei Bauteilverstärkungen mit CFK‐Lamellen ist nach geltender Zulassung das Lamellenende durch eine äußere Umschließung durch Stahlbügel oder CF‐Gelege gegen eine Lamellenentkopplung (LEK) zu sichern. Durch die Entkopplungsbehinderung der Umschließung wird bei beginnender LEK ein passiver (selbstinduzierter) Anpressdruck aufgebaut, der eine traglaststeigernde Wirkung hat. In einem durch die DFG geförderten Forschungsvorhaben wurde die Traglaststeigerung durch unterschiedliche Umschließungsmaterialien und ‐geometrien untersucht und beschrieben sowie für die Bemessung ein Ingenieurmodell entwickelt. Anders als bei einbetonierter Bewehrung tritt bei einer Lamellenentkopplung sowohl eine Längs‐ als auch eine Querverschiebung der Lamelle auf, verursacht durch die anhaftenden Zuschlagskörner in der Klebstofffuge. Wird die abhebende Verschiebung der Lamelle durch Umschließungsbügel behindert, baut sich der passive Anpressdruck auf, was zu einer Steigerung der Lamellenzugkraft infolge der erhöhten Reibung im Riss führt. Es konnte ein direkter Zusammenhang zwischen dem Anpressdruck F_AP und der Lamellenzugkraft F_l gefunden und abgebildet werden. Increase of the Bond Capacitiy of Externally Bonded CFRPor Steel‐plates on RC‐Structures as the Result of External Enclosures Strengthening of concrete structures with externally bonded CFRP‐ or steel‐plates has become a well established strengthening method in many countries. In Germany building authority approvals demand that the end of a plate has to be provided by a glued external enclosure. Glued enclosures are primarily needed in order to increase the shear force capacity of a RC member. It is known, that a transverse enclosure of longitudinal CFRP‐plates has a positive effect on the buckling load of the latter, which is yet completely unknown. The aim of this work is to assess the increase of the buckling load caused by the enclosure. In the paper the dependency between the so‐called self‐induced contact pressure of an external enclosure with steel frames or laminated carbon fiber sheets and the longitudinal force of the CFRP‐ or steel‐plate is shown. The self‐induced contact pressure is the result of the vertical lifting of the plate towards the external enclosure due to the beginning of plate's debonding process. The test results show, that the increase of the plate‐force depends on the type and size of the external enclosure. In some tests up to twice of the ultimate load was optained. An engineering model is presented to take into consideration the effect for dimensioning.     

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.     

Aquatics Centre,London 2012 Olympic and Paralympics Games

The Aquatics Centre is a centrepiece of the London 2012 Olympic and Paralympic Games. Already now before the opening of the Games it is regarded as an iconic legacy building. The building comprises a 50 m competition pool and 25 m dive pool under the wave‐form roof of the main pool hall. A 50 m training pool is situated beneath the Olympic Park entrance plaza structure which is built integrally with the rest of the building. The engineering strategy has been developed around two basic configurations; the Games mode and Legacy Mode. In the Games mode the facility has a maximum gross spectator capacity of 17 500 for use for the London 2012 Games as well as housing facilities for the running of these events. In that mode temporary stands to the east and west of the competition and diving pools will seat approx. 15 000 spectators. In the legacy mode the building temporary seating will be dismantled and the building will be a permanent pool facility for the local community as well as national and international swimming events beyond the Games. Each pool tank is provided with a combination of floating floors and movable sub‐division boom bulkheads to allow multiple legacy and community use. Schwimm‐Arena der Olympischen und der Paralympischen Spiele London 2012 Die Schwimm‐Arena ist eines der Hauptgebäude der Olympischen wie auch der Paralympischen Spiele in London 2012. Schon vor Beginn der Spiele wurde es zu einer baulichen Ikone. Unter einem wellenförmigen Dach befinden sich ein 50‐m‐Schwimmbecken sowie ein 25‐m‐Becken mit Sprungtürmen. Das 50‐m‐Aufwärmbecken liegt unter einem der Eingänge zum Olympia Park, der so genannten Plaza. Die ingenieurtechnischen Planungen erfolgten gemäß den unterschiedlichen Anforderungen der “Games Mode” und der “Legacy Mode” nach den Spielen. Während der Spiele bestehen Tribünenplätze für 17 500 Zuschauer sowie alle damit verbundenen sonstigen räumlichen Anforderungen. Die westlich und östlich der Becken gelegenen temporären Tribünen nehmen 15 000 Zuschauer auf. Für die “Legacy Mode” werden diese wieder abgebaut und die Schwimmhalle wird dann von der breiten Öffentlichkeit und für nationale wie internationale Schwimmwettbewerben genutzt. Alle Schwimmbecken verfügen über höhenverstellbare Böden und Unterteilungen.     

Instandsetzung der historischen Kettenbrücke Nassau

Die Kettenbrücke Nassau über die Lahn von dem Ortskern der Stadt Nassau zum Stadtteil Bergnassau ist in jeder Hinsicht ein außergewöhnliches Bauwerk. Die Brückengeschichte reicht weit in das 19. Jahrhundert zurück. Das Stadtbild sowie das Landschaftsbild des Lahntals werden seit 1830 – nun in dritter Generation – nachhaltig von dieser Brücke geprägt. Es ist eine charakteristische Brücke mit besonderer verkehrstechnischer Bedeutung. Sie verbindet Lahnstein und Wiesbaden und befindet sich in zweiter Generation 1927 auf der historischen Bäderstraße. Der Neubau in dritter Generation 2005 fügt sich hier nahtlos ein. Restoration of the historical chain‐suspension bridge Nassau, Germany. The old chain‐suspension bridge over the river Lahn from the main city of Nassau to the part Bergnassau is an extraordinary building. The history of the bridge started in the year 1830 (first Generation). This bridge represented the view of the city Nassau and the landscape of the valley of the river Lahn. It is a characteristically bridge with high importance for traffic, because the cities of Lahnstein and Wiesbaden will be included (second Generation, 1927). The new bridge (third Generation, 2005) is also integrated in the view of the Nassau‐City.     

Deutsche Nationalbibliothek 4. Erweiterungsbau in Leipzig – Besonderheiten bei der Unterfangung und der Bestandssicherung

Derzeit entsteht der 4. Erweiterungsbau der Deutschen Nationalbibliothek in Leipzig. Der neue Baukörper grenzt bereichsweise an die Bestandsgebäude und wurde 6 bis 8 m unterhalb der bestehenden Fundamente gegründet. Der setzungsempfindliche Baugrund infolge eines 4 m mächtigen Kohleflözes musste in der Planung besonders berücksichtigt werden. Um die Bestandsgebäude gegen Setzungen, Rissbildungen und Schiefstellungen zu schützen, wurden außergewöhnliche Sicherungsmaßnahmen realisiert: –·Zusammenspannen der Gebäude mittels Anordnung von Zugstäben –·Auskreuzung gefährdeter Bereiche durch Holz‐Fachwerkverbände –·Anwendung einer besonderen Technologie der HDI‐Unterfangung. Mit diesen Maßnahmen konnten ungleichmäßige Setzungen und Rissbildungen weitestgehend vermieden werden. The German National Library in Leipzig – 4^th extension – Special features of the underpinning and safety measures of inventory. At present the 4^th extension of the German National Library in Leipzig is under construction. The new building is near the existing buildings and was founded in 6 to 8 m below the existing foundations. The ground is liable to subsidence due to a 4 m thick coal seam. This had to be specially considered in the planning. To protect the existing buildings against settlements, cracking and misalignment extraordinary safety measures were implemented: –·tensioning arrangement of buildings by means of tension bars –·strengthening of vulnerable areas by timber trussed bond –·using a special technology of grouted underpinning With these measures, non‐uniform settlements and cracks could be largely avoided.