HiFIT – Technische Entwicklung und Anwendung

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

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

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

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.     

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.     

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

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

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.     

Dickblechclinchen – Innovatives Fügeverfahren für den Stahlbau

Das auch unter dem Begriff Durchsetzfügen bekannte Clinchen ist eine Fügetechnologie, welche sich vor allem in den Bereichen der Automobilindustrie sowie der Geräte‐ und Elektroindustrie etabliert hat. Eine Vielzahl von Untersuchungen und Beispielen aus der industriellen Anwendung belegt die Universalität und Wirtschaftlichkeit, eine einfache Handhabbarkeit sowie die gute Automatisierbarkeit dieses Fügeverfahrens. Der Einsatz des Clinchens beschränkt sich zurzeit jedoch hauptsächlich auf den Feinblechbereich in den genannten Industriezweigen. Untersuchungen am Fraunhofer IWU zeigen, dass dieses hochgradig ökonomische und innovative Verfahren auch eingesetzt werden kann, wenn deutlich größere Blechdicken zu verbinden sind. Ein Einsatz im Schienenfahrzeug‐, Schiff‐ und Stahlbau sowie dem Nutzfahrzeugbau ist in naher Zukunft vorstellbar und aufgrund der besonderen Eigenschaften der Technologie erstrebenswert. Die Übertragung des Know‐how aus dem automobiltypischen Blechdickenbereich auf die Materialstärken im Stahlbau sowie die numerisch unterstützte Systementwicklung sind Schwerpunkte von Forschungsaktivitäten am Fraunhofer IWU. Clinching of thick sheets – innovative joining technology for steelwork. Clinching, which is mechanical joining by upsetting, is above all established in the area of automotive industry as well as in appliance and electronic industry. The universality, economic efficiency, an easy manageability and the fact that the process is good automatable are documented by several research activities. Currently the process application is mainly restrained on connections of thin sheets in the named sector of industry. Investigations done by Fraunhofer IWU point out the possibility of using this high efficiency and innovative joining technology even for applications with distinctly higher sheet thicknesses. An adoption of clinching is conceivable and desirable for railway vehicle or truck manufacturing and shipbuilding as well as for steelwork generally in near future due to its specific technology characteristics. The transfer of knowledge from the thin sheet automotive sector to the sheet thicknesses used in steelwork as well as the numerical supported system development are focus of the research activities at Fraunhofer IWU.     

Sandwichtürme für Windenergieanlagen mit höherfesten Stahl‐ und Verbundwerkstoffen

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

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.     

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.     

Tragverhalten und Dauerhaftigkeit einer schlanken Textilbetonbrücke

Auf der Schwäbischen Alb wurde eine ältere Fußgängerbrücke aus Stahlbeton durch eine neue Brücke aus Textilbeton ersetzt, die durch die Kombination von textilbewehrtem Beton und einer Vorspannung ohne Verbund eine außergewöhnliche Schlankheit erreicht. Bei einer Betondeckung von nur 1,5 cm für die Bewehrung aus technischen Textilien war ein im Vergleich zu Stahlbetonbauteilen ungewöhnlich filigraner mehrstegiger Plattenbalkenquerschnitt als Überbau ausführbar. In dem vorliegenden Beitrag werden Untersuchungen zu den Werkstoffen, zum Tragverhalten und zur Dauerhaftigkeit vorgestellt. Das Tragwerk, die Bemessung und Konstruktion sowie insbesondere das Schwingungsverhalten sind Gegenstand eines separaten Beitrags in diesem Heft. Load‐Bearing Behavior and Durability of a Slender Textile Reinforced Concrete Bridge An older pedestrian bridge was replaced by a new bridge made of textile reinforced concrete (TRC) in Southern Germany. A remarkable slenderness was achieved by using a combination of TRC and an unbounded prestressing. The concrete cover of only 1,5 cm makes it possible to design an uncommonly slender Tbeam with seven webs and which is used as superstructure. The article deals with the experimental investigations of the material properties, load‐bearing behaviour and durability. The design and construction, especially the dynamic behaviour, of the bearing structure is described in a separate article in this issue.     

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

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

Neue Bogenbrücke für die Koralmbahn — Mit Schwung von Graz nach Klagenfurt

Dieser Aufsatz beschreibt eine vor kurzem fertiggestellte Brücke über die zukünftige Koralmbahn im Süden Österreichs. Die Brücke wurde auf Basis des Corporate Design der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) für die gesamte Koralmbahn konzipiert. Die Straßenbrücke besteht aus auskragenden Stahlbetonwiderlagern mit zwei freistehenden nach innen geneigten Stahlbögen, von denen die Verbundfahrbahnplatte abgehängt ist. Im vorliegenden Beitrag wird neben dem allgemeinen Entwurf besonders auf die Produktion der Bögen und deren Einfluss auf die Bemessung eingegangen. New arch bridge for the Koralm Railway. This paper describes a recently built bridge over the future Koralm Railway in southern Austria. The bridge was designed according to the corporate design requirements of the Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB, Austrian Federal Railways). The bridge constitutes concrete cantilevering abutments with two free standing steel arches in a basket handle arrangement. From these arches a composite bridge deck is suspended. In this paper special attention is paid to the production of the arches and the influence it has on the structural design.     

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.     

Ultraschallangeregte Thermografie zur Risserkennung im Stahlbau — Ein Verfahren auf dem Prüfstand

Die ultraschallangeregte Infrarotthermografie stellt ein innovatives Verfahren zur Erkennung von rissartigen Fehlstellen in metallischen Bauteilen dar. Zu Schwingungen angeregte Rissufer reiben und schlagen gegeneinander. Die lokal dissipierte Energie erwärmt den Riss und macht ihn thermografisch sichtbar. Obwohl die Methode seit einigen Jahren Forschungsgegenstand im Bereich der Zerstörungsfreien Prüfung ist, wurde sie noch nicht im Bauwesen verwendet. Dieser Beitrag stellt das Prinzip des Prüfverfahrens vor und zeigt anhand ausgewählter Forschungsergebnisse die Besonderheiten und Probleme auf, die bei der Bauteilprüfung zu beachten sind. Neben den Einflüssen der Anregungsfrequenz und des Vorspannzustandes wird untersucht, inwieweit eine wiederholte Ultraschallanregung schädigend wirkt. Da die Zusammenhänge der involvierten dissipativen Effekte, welche die Risserkennung erst ermöglichen, noch nicht im Detail geklärt sind, wird ein vereinfachter Ansatz für die numerische Simulation des Prüfverfahrens vorgestellt, mit dem bisher gute Ergebnisse erzielt wurden. Ultrasound excited thermography applied to constructional steelwork — An emerging crack detection methodology. Ultrasound excited thermography is an innovative method for the detection of crack‐like flaws in metal components. When crack faces rub and clap against each other due to vibrational excitation the dissipated energy leads to a local heating of the crack. This way the defect can be detected by means of an infrared camera. Despite of being a research topic in the field of nondestructive testing for several years, the technique has not been transferred to civil engineering, yet. This article presents the NDT method and discusses the essential characteristics and problems which are of concern when testing steel members. The influences of the excitation frequency and the prestressing conditions on the crack detectability as well as possible damaging effects due to repeated insonification are investigated. Since the physical effects involved in the energy dissipation at the crack region are not understood in detail, a simplified numerical simulation approach is presented that leads to good agreement of experimental and numerical results.     

Die Bahretalbrücke – eine Verbundbrücke mit Vollfertigteilen

Der Einsatz von Vollfertigteilen im Stahlverbundbrückenbau hat bisher in Deutschland wenig Anwendung gefunden. Im internationalen Großbrückenbau, insbesondere auch beim Bau von Schrägseilbrücken, ist die Herstellung der Fahrbahnplatte von Stahlverbundbrücken mit Vollfertigteilen eine häufig ausgeführte Variante. Am Beispiel der Bahretalbrücke im Zuge der Staatsstraße S 107n sollen die Vorteile dieser Bauweise beschrieben und einige Hinweise zur konstruktiven Ausbildung dargestellt werden. Application of prefabricated sections for composite bridges shown on the example of Bahretal Bridge. The application of the prefabricated sections in composite constructions has not been often used in Germany. In the international bridge building especially in building of cable stayed bridges prefabricated sections in the assembly of the deck are often used. The advantages of using this method and some details of the construction will be shown on the example of the Bahretal Bridge.     

Anforderungen an die Wärmedämmung der Gebäudehülle: ein Vergleich zwischen EnEV 2009 und EnEV 2007

Im Hinblick auf die Anforderungen an die Dämmung der Gebäudehülle hat sich ein Wechsel der Bezugsgrößen und Abhängigkeiten von der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2007 zur EnEV 2009 vollzogen. Deshalb ist ein direkter Vergleich der beiden Vorschriften, zumindest bei Neubauten, nicht ohne weiteres möglich. Im folgenden Artikel wird die Möglichkeit eines allgemein gültigen Vergleichs der beiden Anforderungsniveaus untersucht. Daraus lassen sich für den Planer Schlüsse im Hinblick auf die Einhaltung der Anforderungen und deren Auswirkung auf den Entwurf und die Konstruktion ziehen. Abschnitt 1 behandelt dabei den Neubau von Wohngebäuden, Abschnitt 2 den Neubau von Nichtwohngebäuden und Abschnitt 3 die Bestandsgebäude. Comparison of the heat insulation requirements for building envelopes between EnEV 2007 and EnEV 2009. The heat insulation requirements for building envelopes depending on reference values and various conditions have been changed from EnEV 2007 (German Building Energy Conservation Ordinance) to EnEV 2009. Therefore, a direct comparison of both regulations is not possible, especially for new buildings. In this article the possibility of a generally valid comparison of both requirement levels is examined. Conclusions for the design of residential buildings, commercial buildings and refirbishment of existing buildings are given.     

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.     

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.     

Beurteilung der Zuverlässigkeit von Bestandstragwerken hinsichtlich einer Querkraftbeanspruchung

Probabilistische Berechnungsverfahren gewinnen im Bauingenieurwesen immer mehr an Bedeutung. Die Probabilistik wird sowohl zur Kalibrierung von Teilsicherheitsbeiwerten des semiprobabilistischen Sicherheitskonzepts der aktuellen Normengeneration als auch im Rahmen von Tragfähigkeitsbewertungen bestehender Bauten eingesetzt. Für biegebeanspruchte Stahlbetonbauteile kann die Grenzzustandsfunktion für Tragwerksversagen aufgrund eines klaren mechanischen Tragmodells eindeutig angegeben werden. Im Gegensatz hierzu gibt es bei der Formulierung des mechanischen Modells des Querkraftabtrags bisher noch große Unsicherheiten. Der nachfolgende Beitrag beschäftigt sich mit der Zuverlässigkeit von querkraftbeanspruchten Bauteilen im Hochbau und soll als Hilfestellung zur Wahl geeigneter statistischer Kenngrößen der Modellunsicherheiten für probabilistische Berechnungen verstanden werden. Die vorgeschlagenen Kenngrößen wurden aus umfangreichen Parameterstudien im Hinblick auf das Zielzuverlässigkeitsniveau gewählt. Reliability Assessment of Existing Structures subjected to Shear Force Probabilistic analyses are becoming more and more important in civil engineering. Probabilistics can be used for the calibration of partial safety factors of the semi probabilistic safety concept of current codes as well as in the context of sustainability evaluations of existing buildings. For reinforced concrete components subjected to bending, the limit state function for structural failure can be specified clearly because of a well‐defined mechanical model. By contrast, for the formulation of the mechanical model of shear carrying capacity there are still large uncertainties. The following article deals with the reliability of components in building structures subjected to shear force and should be understood as a support selecting appropriate statistical parameters of model uncertainties for probabilistic calculations. The proposed statistic parameters of model uncertainties were selected out of extensive parameter studies in view of the target reliability level.