Das freie Spiel der Flächen und Stäbe

Auf dem Konzerngelände eines weltweit tätigen Pharmakonzerns in Basel wurde ein vom Architekten Frank O. Gehry entworfenes skulpturales Bürogebäude geplant und fertiggestellt. Besonderes Augenmerk ist die transparente Stahl‐Glas‐Hülle, die aus verschieden zusammengesetzten Fassadenflächen besteht. Um die freie Geometrie dieses Gebäudes möglichst nahe an der Entwurfsidee in die Realität umzusetzen, wurde für alle Planungsbeteiligten verbindlich das CAD‐Programm CATIA in den Planungsprozess integriert. Das Ingenieurbüro schlaich bergermann und partner hat die komplette Tragwerksplanung (Entwurf, Ausführung, Bauüberwachung) erstellt. Dieser Beitrag beschreibt die Besonderheiten bei Entwurf, Konstruktion sowie Herstellung und Montage der ungewöhnlichen Stahl‐Glas‐Hülle. The free operation of surfaces and steel bars. On the premises of a worldwide operating pharmaceutical company in Basle, Suisse a sculptural office building designed by Frank O. Gehry has been planned and completed. An outstanding charm is given by the transparent steel‐glass‐envelope covering the relatively shifted and rotated slabs as a free formed folded structure consisting of steel bars. To realize the free building geometry very close to the design idea for all project members the CAD‐software CATIA was integrated into the planning process. schlaich bergermann und partner has covered the full scope of structural engineering from schematic design to execution phase. This paper describes the specialties during design, engineering, fabrication and erection of the unusual envelope made of steel and glass.     

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.     

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.     

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.     

Sicherheit gegen Rissentstehung in statisch beanspruchten Stahlkonstruktionen

Die in den im Stahlbau zur Vermeidung von Sprödbrüchen neu eingeführten bruchmechanischen Regeln getroffene Voraussetzung, dass bereits ein Riss in der Konstruktion vorhanden ist, gibt für vorwiegend ruhend beanspruchte Konstruktionen die Veranlassung, ein Kriterium für die Rissenstehung zu suchen. Dieses ergibt sich als Kriterium für die erste Hauptdehnung, wobei deren kritischer Wert von Parametern abhängt, die den Bruch beeinflussen. Dazu werden bei Variation dieser Parameter Versuche und nichtlineare FE‐Berechnungen durchgeführt. Variiert werden: die Form und die Dicke der Versuchskörper, die Festigkeit und die Kerbschlagzähigkeit des Stahls sowie die Prüftemperatur. Es werden sowohl ungeschweißte wie auch geschweißte Proben untersucht. Daraus ergibt sich eine von der Mehrachsigkeit des Spannungszustandes, der Temperatur, der Bauteildicke sowie der Festigkeit und der Zähigkeit des Stahls abhängige Funktion für den Wert der ersten Hauptdehnung, bei der die Rissentstehung zu erwarten ist. Mit der Mehrachsigkeit werden auch die Schweißeigenspannungen erfasst. Safety against crack initiation in steel structures without fatigue loading. When fracture mechanics is used for selection of steels to avoid brittle fracture the indispensable crack assumption the question of crack initiation arises with structures without fatigue loading. The crack initiation is assumed to depend upon the maximum principal strain, where the critical value of the principal strain is a function of several determining factors. Experimental tests and accompanying nonlinear FE‐analyses are performed with unwelded and welded specimens with variation of: shape, thickness of specimens, strength and Charpy impact toughness of the steel and test temperature. The consideration of triaxiality of the stress state and maximum principal strain obtained from the nonlinear FE‐analysis for the load at crack initiation in the test together with the other test parameters leads to a criterion for crack initiation which gives the critical maximum principal strain as a function of triaxiality, temperature, strength, impact toughness and thickness of the material. This includes the effect of welding residual stresses by their effect on the triaxiality of the stress state.     

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.     

Fassaden‐ und Dachkonstruktionen für ein Kernkraftwerk

Für den Neubau eines Kernkraftwerkes mussten bei den Fassaden‐ und Dachkonstruktionen verschiedene besondere technische Aufgabenstellungen bewältigt werden. Diese sind zum einen in den lokalen klimatischen Verhältnissen begründet, zum anderen wird mit dem Neubau eines Kernkraftwerkes ein besonderer Anspruch hinsichtlich Betriebssicherheit verbunden. Die statisch‐konstruktiven Beanspruchungen, die Anforderungen aus der Bauphysik sowie die Montagebedingungen erforderten die Weiterentwicklung etablierter Fassadenaufbauten und deren Prüfung in Laboren und Prüfinstituten vor Fertigungsbeginn. Thema des Aufsatzes ist die bereits weitgehend realisierte Gebäudehülle des nichtnuklearen, konventionellen Bereiches – dem “Turbine Island“. Züblin Stahlbau GmbH, Mitglied des IFBS und DStV, führte im Turbine Island neben den Fassadenarbeiten auch die Stahlbauarbeiten aus. Aus der Verbindung beider Gewerke wurden Synergien insbesondere in der Planung der Schnittstellen und der Verzahnung von Montageabläufen vor Ort gezogen. In Summe werden beim Turbine Island ca. 90000 m² Profilbleche verlegt und ca. 4000 t Stahlkonstruktionen montiert. Facade and roof construction for a nuclear power plant. For the new building of a nuclear power plant, different special technical problems are to be handled with regard to the facade and roof constructions. On the one hand, these are caused by the local climatic conditions, while on the other hand a special demand with regard to operational safety is associated with the new building of a nuclear power plant. The static‐construction demands, the requirements from the construction physics and as well as the erection conditions required the further development of established façade structures and their testing in laboratories and testing institutes before production commencement. The already largely realized building envelope of the conventional area – the “Turbine Island” – is the subject of this paper. Züblin Stahlbau GmbH, an IFBS and DStV member, also implemented the steel construction works in the Turbine Island, as well as the facade work. Synergies were generated from the combination of both trade sectors, in particular in the planning of the interfaces and the intermeshing of assembly process sequences on site. In sum, with the Turbine Island, approx. 90000 m² profiled sheet metal units are laid and approx. 4000 tons steel structures mounted.     

Stoffliche und konstruktionsbezogene Besonderheiten beim Einsatz von UHFB im Brückenbau am Beispiel von drei Pilotprojekten

Seit 1997 wurden weltweit ca. 30 Brücken aus UHFB (Ultrahochfester Beton) gebaut. Wegen der hohen Leistungsfähigkeit von UHFB, vor allem in Bezug auf seine Festigkeits‐ und Dauerhaftigkeitseigenschaften, ist er geradezu prädestiniert für Ingenieurbauwerke und damit auch für Brücken. Übliche Konstruktionsprinzipien des Betonbaus lassen sich jedoch nicht einfach auf den neuen Werkstoff übertragen. Die konsequente Einbeziehung der Eigenschaften und Besonderheiten des neuen Werkstoffes sowie die Berücksichtigung der Forderungen der Nachhaltigkeit führen zu filigranen, modularen und flexiblen Bauweisen, die sich ihrem Konstruktionsprinzip nach zwischen Beton‐ und Stahlkonstruktionen einordnen lassen. Bei Betrachtung der gesamten Lebenszykluskosten sind mit solchen Bauweisen wirtschaftliche Bauwerke mit eminentem Nutzen für die Volkswirtschaft möglich. Nach einer allgemeinen Betrachtung werden anhand der Erfahrungen bei Konstruktion, Bemessung und Ausführung von drei verschiedenen Pilotprojekten in Österreich die Besonderheiten und neuen Erkenntnisse beispielhaft erläutert. Special Features of Material and Structure in the Application of UHPC for Bridge Construction exemplified by three Pilot Projects Since 1997 nearly 30 bridges have been built worldwide using UHPC (Ultra High Performance Concrete). Due to the high performance of UHPC, especially owing to its strength and durability properties, this material is predestined for engineering structures and as a result also for bridges. Common design philosophies in concrete construction can not easily be adapted to this new material. The consistent incorporation of the properties and special features of this new material as well as the demands for sustainability lead to filigree, flexible and modular buildings. Therefore the design philosophy can be classified between concrete and steel constructions. Considering the complete life‐cycle costs, such constructions permit economical buildings with an eminent benefit for the national economy. After general consideration, the special properties and the new insights gained are exemplified based on experiences during construction, dimensioning and implementation of three different pilot projects in Austria.     

Neue Verbund‐Schrägseilbrücken (BW 29 und 4) im Zuge der BAB 30 – Nordumgehung Bad Oeynhausen

Zur Zeit befindet sich der Lückenschluss der BAB 30 als sogenannte Nordumgehung Bad Oeynhausen im Bau. In diesem Rahmen werden am östlichen und westlichen Ende der Nordumgehung die Bauwerke 29 und 4 erstellt. Hierbei handelt es sich um Schrägseilbrücken in Verbaundbauweise, welche architektonische Landmarken an den Enden der Nordumgehung Bad Oeynhausen setzen. Beide Bauwerke überführen die BAB 30 über den Fluss Werre. Die Stromöffnungen betragen ca. 68 m bzw. ca. 83 m und sind damit für Schrägseilbrücken vergleichsweise gering. Aufgrund der Lage im Krümmungsbereich, der örtlichen Randbedingungen (u. a. große Schiefe wegen des Kreuzungswinkels) sowie des FFH‐Status der Werre ergab sich im Rahmen der Entwurfsplanung eine anspruchsvolle Aufgabenstellung. Trotz eines ähnlichen Erscheinungsbildes unterscheiden sich beide Bauwerke jedoch maßgeblich in ihrer Konstruktion durch die Anzahl der Seilebenen und die Ausbildung der Seilquerträger. Der Aufsatz beschreibt die wesentlichen statisch‐konstruktiven Besonderheiten der Bauwerke aus Sicht der Entwurfsverfasser. New cable‐stayed bridges (Structure 29 and 4) in the course of the Autobahn A 30 – Northern bypass at Bad Oeynhausen. Closing a gap in the course of the Autobahn A 30, the Northern bypass at Bad Oeynhausen is currently under construction. Within this project two cable‐stayed bridges, Structure 29 and 4, are being constructed at the Western and Eastern ends of the bypass. The bridges are of composite construction and they have been architecturally designed to form landmarks at the respective ends of the Bad Oeynhausen bypass. Both structures carry the Autobahn A 30 across the river Werre. The main spans measure 68 m and 83 m respectively and are thus fairly short for cable‐stayed bridges. Due to the location in curved sections of the Autobahn, local constraints (such as a large skew because of the crossing angle) and the Werre being a nature reserve with FFH status, the structural design has been a demanding task. In spite of having a similar appearance both structures differ significantly in number of cable planes and the construction of the transversal girder for cable anchorages. This article describes the distinctive features of both bridges from a static and structural point‐of‐view.     

Ein aktueller Schadensfall durch Terrassenbruch und seine Lehren

Bei der Montage eines schweren stählernen Fachwerkträgers von 78 m Länge auf einer festen Rüstung wurden im Bereich zahlreicher Knotenpunkte Terrassenbrüche von bis zu 600 mm Länge bemerkt. Diese bereits beim Schweißen in der Werkstatt aufgetretenen Brüche führten zum Verlust der Tragfähigkeit des Trägers. Im Beitrag wird auf die Ursachen der Terrassenbrüche und auf die Sanierung eingegangen. Insbesondere erscheinen Schlussfolgerungen für die Normung unumgänglich, um eine Wiederholung derartiger Schäden zu vermeiden. A current case of damage by lamellar tearing and its teachings. During the assembling process of a heavy steel truss girder of 78 m length on a scaffold, at numerous nodal points lamellar fractures up to 600 mm extension were detected. These fractures, appeared due to welding in the workshop, lead to the loss of load bearing capacity. The paper deals with the reasons of lamellar fractures and with the rehabilitation of the girder. In particular, conclusions regarding the standardization appear unavoidable to prevent the recurrence of such damages.     

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.     

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.     

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.     

Ermüdungsverhalten geschweißter Rohrknoten von Fachwerkverbundbrücken

Im Verbundbrückenbau werden in letzter Zeit anstatt vollwandiger Ausführungsvarianten vermehrt aufgelöste Fachwerkkonstruktionen aus Stahlhohlprofilen eingesetzt, da diese sowohl in Bezug auf gestalterische Grundsätze als auch hinsichtlich konstruktiver Gesichtspunkte Vorteile versprechen. Hierbei wird insbesondere bei Brückenentwürfen, deren Ausgestaltung eine Vielzahl unterschiedlicher Knotengeometrien erfordert, aus wirtschaftlichen Gründen die Verbindung zwischen Füllstab und Gurtrohr bevorzugt mit direkt geschweißten Knoten anstatt mit Stahlgussknoten ausgeführt. Aufgrund der durch die Knotengeometrie bedingten Spannungskonzentration im Bereich der Schweißnahtkerbe wird der Brückenentwurf bei dieser Ausführungsvariante maßgeblich von der dort vorherrschenden Ermüdungsfestigkeit beeinflusst. Nachdem die in den einschlägigen Normen bereitgestellten Nachweisverfahren gegen Ermüdung für die üblichen im Brückenbau verwendeten Abmessungen nicht anwendbar sind, ist die versuchstechnische Untersuchung zur Absicherung eines ausreichenden Ermüdungswiderstandes bisher unabdingbar. Dieser Beitrag bezieht sich auf insgesamt sieben Versuchskörper, die im Rahmen des Neubaus der Autobahnüberführung Suhl–Lichtenfels auf Ermüdung geprüft wurden. Fatigue behaviour of welded pipe intersections in steel‐concrete composite bridges. In the construction of modern steel‐concrete composite bridges, the steel part is increasingly built by circular hollow sections instead of steel plates. This type of bridge design shows advantageous characteristics concerning architectural aspects as well as benefits in the static load transfer. Especially if the design of the truss girder requires a large number of different node geometries, the connection between the braces and the lower and upper chord are for economic reasons preferably build by directly welded nodes instead of cast steel nodes. Due to the local joint discontinuity of the pipe intersections, the stress distribution is enhanced exactly in the area of the welding seams. As a consequence, the limited fatigue behaviour of the pipe intersections represents the critical aspect in the design of tubular truss‐girder bridges. The difficulties in the design of this construction type are due to the fact that the criterions for fatigue verification given in the current codes do not cover the typical dimensions used in bridge design. Therefore until now it is unavoidable to conduct large‐scale tests in order to verify a sufficient fatigue resistance. This article refers to a total of seven specimens tested on fatigue during the construction of the new Highway Overpass Suhl– Lichtenfels.     

Ganzfertigteile bei der Verbundfahrbahnplatte der Bahretalbrücke – Eine Revision nach Ausführung und baubegleitender messtechnischer Überwachung

Fertigteilbauweisen für die Herstellung der Fahrbahnplatten von Verbundbrücken konnten sich bei kleineren Brücken bereits durchsetzen. Verschiedene Bautypen wurden entwickelt: die VFT‐Bauweise, die Halbfertigteilbauweise, die Ganzfertigteilbauweise. Im Großbrückenbau ist die Anwendung, zumindest in Deutschland, bisher auf einzelne Fälle beschränkt geblieben und eine abgeschlossene Stufe der Entwicklung noch nicht erreicht. Die Ganzfertigteilbauweise, wie sie bei der Bahretalbrücke eingesetzt wurde, stellt eine Möglichkeit dar, die Vorteile der deutlich schnelleren Herstellung der Fahrbahnplatte im Großbrückenverbundbau effektiv zu realisieren. Besonderes Augenmerk ist bei der Bemessung und Konstruktion auf die Rissproblematik zu legen. Die hier aufgetretenen Rissbildungen begründen sich durch die unterschiedlichen Materialeigenschaften und Herstellungszeitpunkte der Fertigteile und der Ortbetonergänzungen. Mit Hilfe des baubegleitenden Messprogramms für die Bahretalbrücke konnten die Rissbildungen sowie insbesondere die Spannungen in den Anschlussbewehrungen der Fertigteile gut nachvollzogen werden. Letztere liegen aufgrund des “Sammelrisseffektes” deutlich über den Spannungen der Ortbetonbewehrung und können nicht einfach am Zustand II‐Querschnitt berechnet werden. Zusammenfassend kann für die Bahretalbrücke eine gute Beurteilung der Bauweise gegeben werden. Prefabricated elements for the floor system of Bahretalbridge. The construction of floor systems of composite bridges, using prefabricated elements in concrete, could already achieve acceptance for smaller bridges. Different types were developed: VFT‐types, semi‐precast construction, precast construction. So far there are only a few cases of prefabricated elements in concrete for bigger bridges in Germany. Using the precast construction presents a possibility to produce floor systems faster and more effective, as done with the Bahretalbridge. Special attention is to be turned to the calculation and construction of the crack formations. The crack formations seen in this particular construction happened because of the different material property and the production time of the prefabricated elements as well as the addition of floor systems. During the construction progress several measurements helped to understand the appearance of the crack formations. The stresses of the reinforcement between prefabricated elements and the in‐situ concrete are much higher due to the effect of accumulated cracks. Summarizing the construction of the Bahretalbridge was done in a decent way and deserves a positive evaluation.     

Brücken mit Fahrbahnen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) – Neue Straßenbrücke in Friedberg (Hessen)

In Friedberg (Hessen) wurde im Juli 2008 erstmals in Deutschland eine Straßenbrücke unter Verwendung von glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) fertig gestellt. Das Bauwerk überspannt mit 27 m die Bundesstraße B 3a bei der Stadt Friedberg (Hessen) und wurde in Stahl‐GFK‐Verbundbauweise realisiert. Die hohe Dauerhaftigkeit des neuen Werkstoffs und die zügige Montage der Brücke waren die entscheidenden Gründe pro GFK. In den letzten Jahren wurden in den USA, Japan und auch in Europa einige Leichtbaubrücken mit faserverstärkten Kunststoffen realisiert. Dabei konnten wertvolle Erfahrungen zum Bau und Betrieb gesammelt und die Leistungsfähigkeit von Verbundwerkstoffen unter Beweis gestellt werden. Die Brücke in Friedberg geht über diese Vorbilder hinaus, indem hier erstmals die Verbundwirkung zwischen der GFK‐Fahrbahn und dem Haupttragwerk aus Stahl berücksichtigt wird. Außerdem wurde konsequent der Ansatz eines wartungsarmen und langlebigen Bauwerks verfolgt, indem auf Lager und Fahrbahnübergänge verzichtet wurde. Bridges with Glass Fibre Reinforced Polymers (GFRP) decks – The new Road Bridge in Friedberg (Hessen, Germany). In July 2008 the first road bridge in Germany using glass fibre reinforced polymers (GFRP) was finished in Friedberg (Hessen). The structure has a span of 27 m and acts as overfly of the federal road B 3 near Friedberg (Hessen). The high durability of the new construction material and the fast assembly of the bridge were decisive factors in favour of GFRP. Within the last years several light weight bridges using FRP were realised in USA, Japan and also in Europe. Through this valuable experiences could be gathered regarding construction, the use and performance of composites could be demonstrated. The bridge in Friedberg extends this experience with the approach of considering the composite action of the FRP deck and the steel girders. It also follows consequently the approach of durable bridge construction by omitting any bearings or expansion joints.     

Über Bau und Umbau des größten Werftportalkrans der Welt – Schweißtechnische Abenteuer bei der Weiterverwendung eines technologieintensiven Investitionsguts

Der weltgrößte Kran, ein über 30 Jahre alter Werftportal‐Kran aus Malmö, Schweden, wurde verkauft, im Jahr 2002 dort zerlegt, demontiert und per Schiff in die größte Werft der Welt nach Ulsan in Süd‐Korea gebracht. Der Beitrag berichtet über den Aufbau in der Werft Hyundai Heavy Industries (HHI), wo der Kran neu zusammenschweißt wurde und nun nach dreijähriger Planungszeit und einjähriger Bauzeit für eine neuartige Slip‐Anlage für Schiffe in einem Offshore Yard mit geänderter Aufgabenstellung in Betrieb genommen wurde. Erection and conversion of the largest Goliath Crane of the world – Welding technique for the re‐use of a technologic producer good. A 30 year‐old Goliath Crane for ship‐building was sold to Werft Hyundai Heavy Industries (HHI), along with two slewing cranes, by a Swedish company. It was knocked down and dismantled at Malmö, Sweden and transported by ship to Ulsan, South Korea, in order to be re‐erected and re‐used for a newly developed “Ground‐Shipbuilding‐System” in the place of real estate of an offshore yard.     

Fahrbahn der historischen Hochbahnviadukte im Zuge der U‐Bahnlinie U2 in Berlin – Sanierung unter Berücksichtigung des Denkmalschutzes

Die Fahrbahn in den Hochbahnviadukten der U‐Bahnlinie U2 in der Schönhauser Allee in Berlin besteht – wie bei vielen anderen ähnlichen Berliner Bauwerken, z. B. den Yorckbrücken – aus schottergefüllten Buckelblechen, auf denen die Gleise mit Schwellen verlegt wurden. Diese Konstruktion hat sich im Stadtbahnverkehr seit über hundert Jahren bewährt. Im Rahmen der denkmalgerechten Sanierung der Hochbahnviadukte einschließlich deren Brückenlager – über die in einem späteren Heft dieser Zeitschrift zu berichten sein wird – sollte auch die Fahrbahn grundhaft erneuert werden. Der Gedanke an den Einbau einer festen Fahrbahn wurde nicht weiter verfolgt, sondern der bewährten Lösung mit den schottergefüllten Buckelblechen der Vorzug gegeben. Eine besondere Herausforderung war die Herstellung der Buckelbleche in unterschiedlichen Abmessungen, z. B. mit trapezförmigem Grundriss. Schweißkonstruktionen, wie z. B. ausgesteifte ebene Stahlbleche (ähnlich orthotropen Platten) schieden aus Gründen des Denkmalschutzes aus. Das ursprüngliche Herstellungsverfahren mit Hilfe von Gesenken kam wegen der sehr großen Anzahl vorzuhaltender unterschiedlicher Gesenkformen aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Betracht. Durch ein neues und patentrechtlich geschütztes Verfahren konnten die neuen Buckelbleche in denselben verschiedenen Abmessungen wie die ursprünglichen Bleche denkmalgerecht und wirtschaftlich hergestellt werden. Beim Einbau in die ebenfalls sanierte Unterkonstruktion wurde die Nietverbindung durch HV‐Schrauben ersetzt. Im vorliegenden Beitrag werden vor allem die Herstellung und der Einbau der Buckelbleche in die Viaduktkonstruktion beschrieben. Lane of the elevated railway viaducts in the course of the underground line U2 in Berlin, Germany – redevelopment with consideration of the historic monument protection. The lane in the overhead railway viaducts of the underground line U2 in the Schönhauser avenue in Berlin consists – as at many other similar engineering structures in Berlin, e. g. the Yorckbrücken – of crushed stone‐filled buckled plates, on which the tracks with cross sills were installed. This construction worked satisfactorily in metropolitan railway traffic for over one hundred years. In the context of the redevelopment of the overhead railway viaducts including their bridge bearings – over this in a later issue this journal will have to be reported – also the lane should be complete renewed. The thought to the installation of a deckinglane was not continued to pursue, but the proven solution with the crushed stone‐filled buckled plates the preference given. As special challenge the production of buckled plates turned out in different dimensions. Welded structures, like even reinforced steel sheets (similarly orthotropic plates) were ruled out for reasons of the monument protection. The original manufacturing process by dies was not possible because of the very large number the one which can be reproached different die forming from economic reasons. The new buckled plates in the same different dimensions could be manufactured by a new and patent protected procedure as the original plates considering the monument protection and economically. With the installation into the likewise reorganized sub‐construction the rivet joint was replaced by high‐tensile bolts. In the report above all the production and the installation of the buckled plates into the viaduct construction are described.     

Auswirkungen der Vorspannung auf das Tragverhalten von SL‐Verbindungen

Der Tragsicherheitsnachweis für Schrauben mit Zug‐ und Querbelastung erfolgt nach DIN 18800‐1 (810) durch die quadratische Interaktion. Dabei stellt sich die Frage, ob bei reiner Querbeanspruchung eine Vorspannkraft als Zuganteil berücksichtigt werden muss. Um diese Frage zu klären, wurden am Fachgebiet Stahlbau der TU Darmstadt Abscherversuche an Schrauben mit unterschiedlichen Vorspanngraden durchgeführt. In diesem Beitrag werden die Versuche vorgestellt und Empfehlungen zur Behandlung der Vorspannkraft ausgesprochen. Influence of the preload on the resistance of bearing‐type connections. The design resistance of bolts under tension and shear is given in DIN 18800‐1 (810) by a quadratic interaction. The question is, whether the tension due to a preload has to be taken into account. The workgroup steel construction of the Technische Universität Darmstadt, Germany, has run tests to assess the influence of the preload in bearing‐type connections. In this paper the tests are presented and recommendations to take the preload into account are given.