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.     

UNIQA PS1 – Ein Hochhaus aus Stahl

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

A numerical model for roof detailing of cold‐formed purlin‐sheeting systems

Ein numerisches Modell zur Detailausbildung von Dachsystemen aus kaltgeformten Pfetten mit Blecheindeckung. In den aktuellen Regelwerken werden unterschiedliche Methoden vorgeschlagen, wie die Details von geschraubten Dachsystemen ausgeführt werden können, die aus kaltgeformten Pfetten mit einer Blecheindeckung bestehen. Die gesamte Verankerungskraft des Daches und die lokalen Kräfte in den Verbindungsmitteln werden mit dem Ziel ermittelt, die Detailausbildung der Auflagerung und der Verbindung zwischen Pfette und Dachblech zu bemessen. Hierfür werden die Faktoren “R” und “r” eingeführt, um die Stabilisierungskräfte zu beschreiben, die an den Auflagern und den Halterungen im Feld erforderlich sind. Die beiden Faktoren sind bereits in einigen Regelwerken des Stahlbaus enthalten. Hier soll dargestellt werden, dass diese Faktoren aber auch mit Hilfe eines vereinfachten Finite‐Element‐Modells des gesamten Dachsystems direkt berechnet werden können. Ein Vergleich mit anderen vorhandenen Näherungslösungen wird durchgeführt, um zu zeigen, dass das vorgeschlagene Modell ein äußerst hilfreiches Werkzeug für den Entwurf und den Nachweis der tragenden Bauteile ist. Es kann weiterhin gezeigt werden, dass das beschriebene Vorgehen der Berechnung allgemein gültig ist und an neuartige Dachsysteme, die in den aktuellen Regelwerken noch nicht berücksichtigt sind, einfach angepasst werden kann. Damit kann zum Beispiel die Lücke in Eurocode 3, Teil 1‐3, Abschnitt 10, ausgefüllt werden, da das Vorgehen im Gegensatz zu den Annahmen des Eurocode, der eine volle seitliche Halterung voraussetzt, eine elastische seitliche Halterung berücksichtigen kann.     

Statische und dynamische Axialdruckversuche an vergrouteten Rohr‐in‐Rohr‐Verbindungen mit verschiedenen Füllmaterialien

In diesem Beitrag wird über Ergebnisse von experimentellen und numerischen Untersuchungen an vergrouteten Rohr‐in‐Rohr‐Verbindungen berichtet, die am Institut für Stahlbau der Leibniz Universität Hannover durchgeführt wurden. Diese sogenannten “Grouted Joints” kommen z. B. als Verbindungselemente zwischen dem im Boden eingerammten Pfahl und dem Turm einer Offshore‐Windenergieanlage zum Einsatz. An deutlich kleineren Prüfkörpern wurden Axialdruckversuche im Labor durchgeführt, um den Unterschied zwischen glatten und gerippten Stahlrohrmantelflächen im Grenzzustand der Tragfähigkeit und Ermüdung aufzuzeigen. Dabei kamen auch verschiedene Füllmaterialien für den Ringspalt zum Einsatz. Die Tragfähigkeit bei den Prüfkörpern mit glatten Rohrmantelflächen ist hauptsächlich von der Haftfestigkeit des Füllmaterials auf den Stahloberflächen und deren Beschaffenheit abhängig. Durch die Anordnung von Schubrippen kann die Trag‐ und Ermüdungslast um ein Vielfaches gegenüber der glatten Variante gesteigert werden. Dies ist hauptsächlich auf die Wirkung von Druckstreben zwischen den Schubrippen zurückzuführen, deren Tragfähigkeit sich mit zunehmender Druckfestigkeit des Füllmaterials erhöht. Mit einem Bemessungsmodell kann unter Berücksichtigung der Druckstrebentragfähigkeit und Anzahl der Schubrippen die Traglast von Grouted Joints abgeschätzt werden. Static and dynamic axial compression tests on grouted tube‐in‐tube connections with various grout materials. This paper summarises static and dynamic axial compression tests on small scale grouted joints for offshore wind energy converters. The connection is mostly used between driven monopiles and tower sections as tube‐in‐tube connection. The gap between the tubes is filled with grout materials. The test series comprises grouted joints with smooth and ribbed surfaces of the tubes which are loaded by axial compression. The ultimate and fatigue limit state of the connection can be increased with shear keys along the overlapped length of the tubes to get a ribbed contact surface to the grout. In this case the axial load is transferred by compression struts between the shear keys. The bearing capacity depends mainly on the compressive strength of the grout and the geometry of the shear keys. In addition to the experimental results an analytical design concept is presented within this paper for grouted joints with shear keys. With the analytical model the axial load capacity of the grouted joint can be determined under consideration of the compression struts and number of shear keys.     

Verbreiterung und Sanierung der Kennedybrücke in Bonn

Die Kennedybrücke liegt im Zentrum der Stadt Bonn und überspannt den Rhein im Zuge der Bundesstraße B 56. Von Anfang 2007 bis Herbst 2010 wurde die Rheinbrücke von 18 m auf 26,80 m verbreitert und umfassend saniert. Hierzu erfolgte eine Erweiterung der Nietkonstruktion aus dem Jahr 1949 durch beidseitigen formgleichen Anbau von jeweils einem zusätzlichen geschweißten Brückenträger mit Stützweiten von 99,22 m – 195,86 m – 99,22 m. Die Bauhöhe beträgt 11,50 m über den beiden Strompfeilern und 3,40 m in der Hauptöffnung. Die vorhandene Fahrbahn aus Tonnenblechen und Aufbeton wurde durch Längsrippen und Querträger ausgesteift und durch Anbau einer orthotropen Platte verbreitert. Es erfolgte eine aufwändige Verstärkung der Altkonstruktion mit dem Ziel, die Anforderungen der gültigen Normen zu erfüllen. Die Kennedybrücke ist die einzige innerstädtische Rheinbrücke in Bonn, so dass der Stadtbahn‐ und Straßenverkehr während der Bauzeit aufrecht erhalten werden mussten. Widening and reconstruction of the Kennedy‐Bridge in Bonn, Germany. The Kennedy‐Bridge is situated in the centre of the city of Bonn and spans the river Rhine in the course of the federal road B 56. The Rhine‐Bridge has been made wider from 18 m to 26.80 m and has been completely reconstructed from the beginning of the year 2007 till autumn 2010. For this a broadening of the rivet‐construction of the year 1949 resulted in two identical extensions of an extra welded girder with a length of span of 99.22 m – 195.86 m – 99.22 m. The hight of the construction comes to 11.50 m over the two current piers and 3.40 m over the main opening. The existing roadway made of barrel‐metal sheets and topping slabs has been reinforced by longitudinal ribs and cross girders and widened by the extension of an orthotropical plate. The old construction has been stiffened by big expenses with the aim of fulfilling the demands of the current standardizations. The Kennedy‐Bridge is the only Rhine‐Bridge in the City of Bonn; therefore the traffic and the tramways have had to be maintained during the construction period.     

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.     

Hybride Strukturen frei geformt – Das Haus für Musik und Musiktheater in Graz

Im März 2009 wurde das Haus für Musik und Musiktheater – kurz MUMUTH – der Musikhochschule in Graz eröffnet. Der architektonische und tragwerkstechnische Höhepunkt des Gebäudes ist der dreistöckige Foyerbereich, der von einem freigeformten “Twist” getragen wird. Im Tragwerk des Twists werden gebogene Stahlrohre im Verbund mit frei geformtem Stahlbeton eingesetzt und mit zusätzlichen Füllkörpern aus Schaumstoff zu einer hybriden Tragstruktur kombiniert. Der folgende Beitrag beschreibt den Entwurfsprozess, die Formfindung des Twists im Dialog von Architekt und Tragwerksplaner, die Besonderheiten der Tragwerksplanung und die Herstellung dieser frei geformten Tragstruktur. Free formed hybrid structures – House of music and music theatre in Graz, Austria. In March 2009 the house for music and music theatre – short MUMUTH – in Graz opened for the public. The architectural and engineering highlight of the three storey building is the foyer area, which is supported by a free formed and load bearing structure called the “Twist”. The structural system of the Twist consists of bended steel tubes working compositely together with free formed concrete slabs and additional plastic foam elements to reduce its weight. The paper describes the design process, the form finding of the Twist and the challenges for the structural design and the execution of the structure.     

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.     

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.     

Experimentelle Untersuchungen zum dynamischen Verhalten von Eisenbahnbrücken mit Schotteroberbau

Im Zuge der Erhöhung der Reisegeschwindigkeit der Westbahnstrecke auf bis zu 250 km/h wurden in den letzten Jahren von Seiten der ÖBB zahlreiche dynamische Brückenmessungen in Auftrag gegeben. Dabei konnte festgestellt werden, dass Berechnung und Realität meist sehr stark differieren können. Dies liegt einerseits im Umstand, dass für Berechnungsmodelle im Zuge der Aufwandsminimierung immer gewisse Vereinfachungen in der Modellbildung vorgenommen werden müssen und somit die realen Verhältnisse nur bedingt abgebildet werden können, zum anderen ergeben sich durch konservative Annahmen der Normung stark auf der sicheren Seite liegende Eingangsgrößen. Gerade im Hinblick auf dynamische Berechnungen gibt die Norm für die anzusetzende Dämpfung des Systems sehr stark auf der sicheren Seite liegende Werte vor, welche gerade für Eisenbahnbrücken mit Schotteroberbau die realen Verhältnisse nicht abbilden. Um diesem Umstand Folge zu leisten, wurden in Zusammenarbeit mit der ÖBB Versuche an einer realen Brückenstruktur durchgeführt. Die folgenden Seiten beinhalten die Ergebnisse und Auswertungen der dynamischen Schwingungsmessungen einer Eisenbahnbrücke aus Stahl auf der Strecke der Donauuferbahn zwischen St. Valentin und Krems. Dynamic behaviour of a railway bridge with ballast superstructure — field trials and modal identification. The technical progress in the construction of railway bridges enables the realisation of more and more slender and lightweight structures. Also, the axle loads and travelling speeds of the operating trains were constantly increased over the past. Caused by these developments, the dynamic behaviour of railway bridges is getting more and more important for the design and construction of new structures or refurbishment purposes. To investigate the dynamic interaction between the ballast superstructure and the structure of the bridge, an experimental bridge has been built and tested with an innovative system of two eccentric weight vibration generators based on the methods of experimental modal analysis using the resonance method. The experiments show that the ballast superstructure affects the damping and the dynamic behaviour of the bridge in a nonlinear way. The following paper deals with the verification of the results achieved in the laboratory by carrying out field trails on existing railway bridges.     

Hölzerne Bogenbrücken und Modellstatik von Perrault bis Euler

Die alte Idee einer hölzernen Brücke mit einem Tragwerk aus polygonalen Stabbögen wurde im 17. Jh. wiederbelebt und zieht sich von da an durch die Fachliteratur zum Bauwesen. Praktische Anwendungen der Idee finden sich jedoch erst in der zweiten Hälfte des 18. Jh., und zwar vor allem im Lehrgerüstbau. Der Beitrag verfolgt einen Entwurf Claude Perraults und einen Konkurrenzvorschlag, nämlich den hölzernen Stabbogen nach Vorlage der Trajansbrücke über die Donau, durch die Literatur und zeigt auf, dass die Propaganda für hölzerne Bogenbrücken eng verzahnt ist mit den ersten Versuchen einer “Modellstatik”: Das Tragwerk wird im Modell gebaut und belastet, und anhand der Traglast des Modells wird auf jene der Originalbrücke hochgerechnet. Während die Geschichte der Bogenstatik schon oft untersucht worden ist, schlägt der vorliegende Beitrag ein bisher wenig beachtetes Kapitel der frühen Ingenieurwissenschaft auf. Arched timber bridges and structural analysis by scale models. Timber bridges based on the principle of polygonal arches are an idea which received increased attention from the 17th century onwards. However, the idea remained mostly academic. It was intimately connected to early attempts at structural analysis using scale models. The present contribution discusses the evolution of the arched timber bridge and the associated model‐based considerations on the load‐bearing capacity of such structures. When Euler had finally figured out precisely how model‐based analysis could be employed, the high tide of model‐building was already over, and analytical methods came to dominate the scene.     

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.     

Zum Last‐Verformungsverhalten von Schrauben in vorgespannten Ringflanschverbindungen mit überbrückten Klaffungen im Hinblick auf die Ermüdungsvorhersage

Im Rahmen des europäischen RFCS (Research Fund for Coal and Steel) Projektes HISTWIN werden seit 2005 Untersuchungen an konventionellen Ringflanschen im Hinblick auf die Ermüdungssicherheit der Verbindungsmittel durchgeführt. Hauptaugenmerk liegt hierbei auf der Prüfung von Methoden zur Instandsetzung von Flanschimperfektionen und den daraus resultierenden Klaffungen. Werden diese nicht ausgebessert sondern lediglich “beigezogen”, so führt dies zu erhöhten Ermüdungsbelastungen und einem vorzeitigen Versagen des Verbindungsmittels. Deswegen werden hier wesentlich zuverlässigere Alternativen der Überbrückung von Flanschklaffungen mit Hilfe von Futterblechen und expliziten Vorspannabfolgen vorgeschlagen. Zum Nachweis der Wirksamkeit dieser einfachen Reparaturmethoden wurden Versuche durchgeführt und ausgewertet, welche den Schluss zulassen, dass bei sachgemäßer Reparatur der Flanschklaffungen mit keiner reduzierten Lebensdauer der Verbindungsmittel zu rechnen ist. Load‐deformation behaviour of preloaded bolts in ring flange connections with bridged gaps with regard to a fatigue behaviour prediction. Within the scope of the European research project RFCS (Research Fund for Coal and Steel) HISTWIN, conventional ring flange connections have been studied focusing on the fatigue resistance these connections. Often these ring flange connections provide certain imperfections like gaps etc. unless they are machined. Without repairing these gaps result in an increased fatigue loading of the bolt and an early failure of the connection. Therefore reliable alternatives for retrofitting these gaps by means of lining plates are proposed for which two methods have been studied. Furthermore large scale tests have been performed at ring flange connections to prove the effectiveness of the proposed retrofitting methods. It could be found that repairing of the gap‐imperfection as proposed in the paper leads to an unreduced fatigue life of the bolts.     

Jubiläumssitzung

Liebe Leserinnen und Leser, ein Jahr nach meinem Start als Editorin für Nachrichten melde ich mich erstmals an dieser Stelle zu Wort. Ich m?chte hier nicht mit einem Resumée des vergangenen Jahres langweilen, sondern von einem Ereignis in diesem Sommer berichten, das sicherlich nur einem kleinen Leserkreis bisher bekannt ist: Im Juli 2000 feierte der ?lteste Arbeitskreis der FH-DGG, der Arbeitskreis “Ausbildung und Information” seine 50. Sitzung. Der Sitzungsort war diesmal das oberfr?nkische Staffelstein, in dem seit den 70er Jahren ein Thermalbadebetrieb aufgebaut wurde. Auf die Geschichte und die Aufgaben des Arbeitskreises “Ausbildung und Information”, kurz AK Aus&In genannt, gehe ich hier nicht ein, da dies schon in verschiedenen Artikeln in den letzten Jahrg?ngen der Zeitschrift Grundwasser getan wurde. Au?erdem berichten das Protokoll der Mitgliederversammlung in Heidelberg (s. S. 185–186), das Mitgliederverzeichnis und die Homepage der FH-DGG ausführlich über die derzeitigen Aktivit?ten. Vielmehr soll das Augenmerk auf den Tagungsorten selbst und ihren hydrogeologischen Besonderheiten liegen. Die Sitzungsorte werden mit Bezug zu den vielf?ltigen hydrogeologischen Arbeitsgebieten ausgesucht; dem tr?gt auch die Tagesordnung mit jeweils einer halbt?gigen Exkursion Rechnung. Bei durchschnittlich zwei Sitzungen pro Jahr sind seit 1972, d. h. in 28 Jahren, viele hydrogeologisch interessante Orte in Deutschland und den angrenzenden Staaten besucht worden. Stellvertretend seien einige Beispiele genannt, die antike, mittelalterliche und heutige Wassergewinnungsanlagen für die Trinkwasserversorgung und die industrielle Nutzung umfassen, wie auch balneologische Belange der Thermal- und Solequellen bzw. die damit verbundene Rohstoffgewinnung. Interessante Exkursionsorte stellen auch die Wasserhaltungsma?nahmen in Zusammenhang mit dem Bergbau dar, besonders die mittelalterlichen Wasserhaltungen beispielsweise im Erzgebirge (System der “R?schen”). Neben Beispielen aus der angewandten Hydrogeologie erfreuen sich natürlich auch die klassischen Orte der Grundlagenforschung und Initiativen, wie geologische Lehrpfade, gro?er Beliebtheit als Exkursionsziele. Die Tradition dieser Exkursionen stand auch Pate bei unserer Rubrik “Der kleine Umweg” im Nachrichtenteil der Zeitschrift Grundwasser und ist einerseiths als Anregung für private Exkursionen gedacht, andererseits k?nnte sie mit Blick auf ein potenzielles Jahr der Geowissenschaften 2002 auch helfen, die Hydrogeologie in der ?ffentlichkeit pr?senter zu machen. Ich nutze die Gelegenheit, dem neu gegründeten Ausschuss für ?ffentlichkeitsarbeit viel Erfolg bei diesem Vorhaben zu wünschen und hoffe, dass die mit viel Engagement auf der Mitgliederversammlung in Heidelberg vorgetragenen Ideen und Konzepte (s. a. S. 186) rasch umgesetzt werden k?nnen. Denn nimmt man die Teilnehmerzahl auf der Mitgliederversammlung mit 52 von ca. 1.300 Mitgliedern in der FH-DGG als Ma?stab für die Aktivit?t ihrer Mitglieder, so sprechen diese Zahlen leider das Gegenteil ... Von diesem Exkurs nun zurück zur Jubli?umssitzung: diese wurde nach der Exkursion auf dem geologischen und kulturhistorischen Lehrpfad am Staffelberg in einer gemütlichen Runde mit einigen kurzen Reden und einer Dia-Schau der vergangenen Sitzungen gebührend begangen. Die feierliche Note gab zweifellos auch die zur Verkostung kredenzte Flasche Geologenwein aus dem franz?sischen Jura. Nach diesen Beispielen, wie man in unserer hektischen Zeit etwas Mu?e finden kann, indem man auch Randbereiche unseres Fachgebiets zur Kenntnis nimmt, wünsche ich mir als Editorin für Nachrichten für die künftigen Ausgaben eine lebhaftere Beteiligung an unseren verschiedenen Rubriken und appelliere an Sie, liebe Kolleginnen und Kollegen, mir Beitr?ge für die Nachrichten zuzusenden, die auch in unserem Forum diskutiert werden k?nnen. Ich verspreche Ihnen, Ihre Beitr?ge schnellstm?glich in die n?chste Ausgabe einzubinden. Bei der Erscheinungsfolge unserer Zeitschrift hei?t das jedoch, dass der Redaktionsschluss acht Wochen vor dem Erscheinen des Heftes liegt. Vielleicht finden Sie ja an den vor uns liegenden freien Tagen “zwischen den Jahren” Zeit, einen Leserbrief oder Beitrag für die Nachrichten zu schreiben! Der n?chste Redaktionsschluss ist der 10.01.2001!     

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.     

Drei Jahre Zeitschrift Grundwasser

Liebe Leserinnen und Leser, die Zeitschrift Grundwasser hat mit dem vorliegenden Heft 4 des Jahrganges 1998 ihr drittes Jahr seit dem ersten Erscheinen vollendet. Zum ersten Mal werden in dieser Ausgabe vier Artikel ver?ffentlicht, die thematisch eng zusammenh?ngen. Alle Beitr?ge sind aus Untersuchungen im Rahmen des DFG-Schwerpunktes “Geochemische Prozesse mit Langzeitfolgen im anthropogen beeinflu?ten Sickerwasser und Grundwasser” hervorgegangen und beleuchten die unterschiedlichen Aspekte der hydrogeologischen, hydrochemischen und bodenkundlichen Untersuchungen im Rahmen von BTEX-Schadensf?llen, von der Charakterisierung des Schadstoffherdes im Boden und im Grundwasser über die Bestimmung der hydraulischen Verh?ltnisse in einem Lockergesteins-Grundwasserleiter bis hin zur Schadstoffemission. Wir sind der überzeugung, damit ein abgerundetes Bild eines praxisorientierten Forschungsprojektes exemplarisch darstellen zu k?nnen, das die aktuelle Forschung an die Anwender heranführen kann. Das vorliegende Heft unterscheidet sich somit grunds?tzlich von den bisherigen Ausgaben, in denen Beitr?ge im Gro?en und Ganzen so abgedruckt wurden, wie sie eingereicht und vom Reviewproze? bewertet wurden. Auch wenn das Bild der Zeitschrift Grundwasser in Zukunft weiter vornehmlich durch eine m?glichst gro?e Vielfalt von Beitr?gen aus Praxis und Forschung bestimmt werden soll, zeigt sich aus der nun eingeleiteten Entwicklung, da? die Anfangsphase der Zeitschrift damit als beendet betrachtet werden kann. In den ersten Jahrg?ngen war die Hauptsorge des wissenschaftlichen Redakteurs der Eingang einer ausreichenden Zahl von qualitativ hochwertigen Fachbeitr?gen. Bei dem noch geringen Bekanntheitsgrad der Fachzeitschrift wurden einige Hefte gedruckt ohne zu wissen, welche Beitr?ge in das n?chste Heft aufgenommen werden. Die Redaktion lebte oft von der Hand in den Mund, und die Arbeit konzentrierte sich immer auf die letzten Wochen vor dem Erscheinen. Auch mu?te sich das Zusammenspiel zwischen der wissenschaftlichen Redaktion und der Redaktionsleitung erst einstellen. Der Eingang an wissenschaftlichen Beitr?gen hat sich in dem letzten Jahr deutlich positiv entwickelt. W?hrend in den Jahren zuvor auf zwei ver?ffentlichte Beitr?ge ein abgelehnter Beitrag kam und damit die der Zeitschrift zur Verfügung stehenden Seiten ausgesch?pft wurden, ist abzusehen, da? in Zukunft mehr gute Manuskripte eingehen, als Platz in der Zeitschrift ist. Aus dieser an sich wünschenswerten Entwicklung wird es m?glich werden, einen thematischen Mix in den einzelnen Heften herzustellen oder fachlich verwandte Artikel gemeinsam zu publizieren. L?ngerfristig ist darüber hinaus zu überlegen, ob die Fachsektion Hydrogeologie mit dem Verlag über eine Ausweitung des j?hrlichen Seitenkontingentes verhandeln sollte. Alles in allem sind dies positive Zeichen, die zeigen, da? die Zeitschrift eine weite Akzeptanz erreicht hat, so da? die Funktion des wissenschaftlichen Editors nunmehr wechseln kann. Ab dem ersten Heft 1999 wird Frau Prof. Dr. Margot Isenbeck-Schr?ter, Heidelberg, für den wissenschaftlichen Teil der Zeitschrift verantwortlich zeichnen. Ich hoffe mit meiner Arbeit der Zeitschrift über die ersten Jahre einen guten Start gegeben zu haben und bin sicher, da? meine Nachfolgerin in dem bisherigen Sinne, aber hoffentlich auch mit eigenen neuen Impulsen diese ehrenamtliche und zeitaufwendige Arbeit fortsetzen wird. Ich m?chte mich an dieser Stelle sehr herzlich bei alen bedanken, die mit dazu beigetragen haben, da?Grundwasser so erfolgreich gestartet ist (eine Aufz?hlung erübrigt sich, denn Sie k?nnen die Namen auf der anschlie?enden Seite nachlesen) und hoffe, mich auch weiterhin für die Zeitschrift engagieren zu dürfen.     

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.     

Sanierungsforschung in regional kontaminierten Aquiferen (SAFIRA) – 1. Information zum Forschungsschwerpunkt am Standort Bitterfeld

Ziel des SAFIRA-Projektes (SAnierungs-Forschung In Regional kontaminierten Aquiferen) ist es, innovative Technologien zur In-situ-Sanierung komplex belasteter Grundw?sser zu entwickeln. Für die Untersuchungen wurde Bitterfeld als Modellstandort ausgew?hlt. An den dortigen Altstandorten der Chemieindustrie ist das Grundwasser mit aliphatischen und aromatischen chlorierten Kohlenwasserstoffen (CKW) hohen Konzentrationen kontaminiert. In einer Pilotanlage werden unter kontrollierten In-situ-Bedingungen neue Verfahren für reaktive W?nde entwickelt, getestet und optimiert. Um den geeigneten Modellstandort festzulegen, wurden die geologischen und hydrogeologischen Bedingungen untersucht und verschiedene Ausbautechnologien für die In-situ-Pilotanlage ausgewertet. Vor der Anwendung der neuen Technologien im Feld wurden kleinskalige Laborstudien und Versuche in einer mobilen Testeinheit (Skale 1 m) durchgeführt. Die Technologien, welche z. Z. in den reaktiven S?ulen der Pilotanlage getestet werden, schlie?en physiko-chemische, mikrobiologische und Kombinationsverfahren ein.     

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.