Sicherstellung der Dauerhaftigkeit von Großbrücken aus Beton unter besonders korrosiven Einwirkungen

Brücken aus Stahl‐ und Spannbeton werden heute i. d. R. für Nutzungsdauern von 100 Jahren geplant. Insbesondere bei Großbrücken liegen häufig Bedingungen vor, die besondere Lösungen erfordern, wie z. B. bei außerordentlichen korrosiven Beanspruchungen. Beispielhaft wird in diesem Aufsatz die Situation von Pfeilern im Meerwasser näher beleuchtet, die einem ständigen Chloridangriff unterliegen. Soll die Dauerhaftigkeit beispielsweise durch besonders hohe Qualität der Betondeckung erreicht werden, so sind besondere Nachweise zu führen, für die in den letzten Jahren interessante probabilistische Bemessungsansätze entwickelt wurden (s. z. B. [1] bis [3]). Ferner kann die Dauerhaftigkeitsprognose durch Einsatz von Monitoringsystemen kontinuierlich zugeschärft werden, so dass durch Anwendung der Sicherheitsbetrachtungen wirtschaftliche Lösungen ermöglicht werden. In dieser Veröffentlichung wird anhand der Pfeiler der mit 36 km längsten Meeresbrücke der Welt gezeigt, wie die Dauerhaftigkeit unter schwierigen Bedingungen über einen geplanten Nutzungszeitraum von 100 Jahren sichergestellt wird. Design for Durability of Large Concrete Bridges Under Severe Corrosive Attack. Nowadays bridges made of reinforced or prestressed concrete are usually designed for a service life‐time of 100a. Especially for large bridges often conditions are present, which require special solutions, as e. g. extra ordinarily corrosive exposure condi tions. In this paper exemplarily the situation of piles in seawater are discussed more in detail, which are subject to permanent chloride attack. If durability shall be achieved e. g. especially high quality of the concrete cover, special proofs have to be verified, which have been developed during recent years e. g. as probabilistic approaches (see e.g. [1]—[3]). Additionally the prognosis for durability can be updated continuously by using corrosion monitoring systems, allowing economic solutions by using special safety considerations.     

Titelbild: Stahlbau 10/2016

Stahl‐ und Komplettbauer stehen für ein Maximum an Qualität und Innovationskraft. Um ihre starke Marktposition zu halten, müssen sie sich permanent weiterentwickeln – technologisch und organisatorisch. Herkömmliche IT‐Lösungen unter Einsatz von PPS‐Systemen und Office‐Werkzeugen, greifen dabei deutlich zu kurz. Mit ams.erp STEEL erhalten Einzel‐, Auftrags‐ und Variantenfertiger ein durchgängiges Informationssystem, das sie zu allen kaufmännischen und technischen Fragen ihrer Projekte verlässlich beauskunftet – und zwar in Echtzeit. Zusätzlich zur Prozesssteuerung bietet ams.erp STEEL ein projektbegleitendes Controlling: die mitlaufende Kalkulation. Stahlbauer und Komplettbauer erhalten somit eine durchgängige Lösung, mit der sie alle Projektabläufe vorausschauend steuern und die Performance ihrer Aufträge in Echtzeit überwachen. (Foto: Stahlbau Oberlausitz GmbH     

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.     

Versuche zur Tragfähigkeit von Ankerplatten mit einbetonierten Kopfbolzendübeln in schmalen Stahlbetonstützen

Müssen große Lasten von Stahl‐ in Betonbauteile eingebracht werden, sind Ankerplattendetails mit aufgeschweißten Kopfbolzendübeln oft praktikable Lösungen. Dies gilt auch für die Befestigung von Stahlträgern an Stützen aus Stahlbeton. Hier können die Ankerplatten z. B. bauseits an der Schalung befestigt und mit dem Ortbeton einbetoniert werden. Die Dimensionierung dieser Einbauteile kann, wie auch die Berechnung von nachträglich installierten Befestigungsmitteln, derzeit nach Europäischen Technischen Zulassungen (ETA) erfolgen. Im Unterschied zu nachträglich installierten Befestigungen ist für die Ankerplatte mit einbetonierten Kopfbolzendübeln eine rechnerische Nutzung der Tragfähigkeit der Bewehrung möglich. Allerdings führen die diesbezüglichen Regelungen – im Vergleich zu den in den Versuchen ermittelten Tragfähigkeiten – rechnerisch zu stark eingeschränkten Tragfähigkeiten. Dies beruht einerseits auf der Reduktion der Tragfähigkeit wegen geringer Randabstände und andererseits auf der stark eingeschränkten Nutzbarkeit der Bewehrung. Im folgenden Beitrag werden Versuchsergebnisse vorgestellt, welche den Einfluss der Betondruckfestigkeit, der Verankerungslänge, der Lastexzentrizität sowie der Bewehrungsmenge und ‐position auf das Versagensgeschehen und die Tragfähigkeit zeigen. Results of Experimental Investigations on the Load‐Bearing Capacity of Steel Anchor Plates with in Concrete Encased Headed Studs in Reinforced Narrow Concrete Columns Anchor plates with welded shear studs are often used to transfer high loads from steel to reinforced concrete elements. This is for example the case for the fixation of steel beams to reinforced concrete columns. The anchor plates are fixed on site on the formwork and cast in‐place in the concrete. The design is calculated according to European Technical Approvals like the design of post‐installed anchors. In contrast to post‐installed fastenings, the utilisation of the reinforcement of in concrete encased headed studs is theoretically possible. But the regulations of the ETAs lead to great reductions in the analysed load‐bearing capacities compared to the capacities, obtained in tests. These tests have been conducted to investigate the load bearing behaviour and failure modes of anchor plates, especially in narrow reinforced concrete columns. In the following article the results of the experimental investigations are presented, which show the influence of concrete compression strength, shear stud length, load eccentricity as well as amount and position of reinforcement.     

Tragverhalten von Verbundbauteilen aus bewehrtem UHFB und Stahlbeton

Ultra‐Hochleistungs‐Faserbetone (UHFB) eignen sich aufgrund ihrer hohen Festigkeiten, des hohen Verformungsvermögens und der geringen Permeabilität zur Verbesserung und Instandsetzung bestehender Betonbauten. Mit dünnen Schichten von bewehrtem UHFB, die auf bestehende Stahlbetonbauteile aufgetragen werden, können der Tragwiderstand und die Gebrauchstauglichkeit deutlich gesteigert werden. In einer umfangreichen Versuchsreihe wurden die Eigenschaften von mit zusätzlich zu den Fasern auch mit Stabstahl bewehrtem UHFB untersucht. Die Bewehrung des UHFB mit Stabstählen ist vorteilhaft, um den Verfestigungsbereich des UHFB zu erweitern, seinen Tragwiderstand zu erhöhen und die Streuung seiner mechanischen Eigenschaften zu reduzieren. Zur Bewehrung können hoch‐ oder niederfeste Stähle mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen zum Einsatz kommen. Abschließend werden zwei Anwendungen vorgestellt. Structural Behaviour of Composite Elements Combining Reinforced Ultra‐High Performance Fibre‐Reinforced Concrete (UHPFRC) and Reinforced Concrete Due to their high strengths, high deformability and low permeability Ultra‐High Performance Fibre‐Reinforced Concretes (UHPFRC) are suitable for the improvement and rehabilitation of existing concrete structures. Thin layers of reinforced UHPFRC that are applied to existing concrete members, increase both the load bearing capacity and the serviceability. By comprehensive experimental studies the behaviour of UHPFRC with additional bar reinforcement was investigated. The reinforcement of UHPFRC is advantageous in order to increase the strain hardening capacity of UHPFRC, its load bearing capacity and to reduce the scatter of its mechanical properties. Low or high strength steel grades with various surface characteristics can be used as reinforcement of UHPFRC. Finally two on site applications are presented.     

Bemessungs‐ und Ausführungshinweise für Aufbeton auf Brückenfahrbahnplatten

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

Instandsetzung einer Betonbrücke mit Walzträgern nach dem Prinzip des Kathodischen Korrosionsschutzes

Für die Instandsetzung chloridbelasteter Stahlbetonbauwerke muss bei den so genannten konventionellen Verfahren oftmals Beton in großer Tiefe abgetragen werden. Dies verursacht hohe Kosten, stellt einen erheblichen Eingriff in das Bauwerk dar und führt nicht zuletzt zu Nutzungseinschränkungen während der Instandsetzung. Aus diesem Grund gewinnt der Kathodische Korrosionsschutz (KKS) von Stahl in Beton, eine zum Großteil zerstörungsfreie Instandsetzungsmethode, als wirtschaftliches Instandsetzungsverfahren korrosionsgefährdeter bzw.‐geschädigter Bauteile zunehmend an Bedeutung. Nachfolgend wird die Instandsetzung der Brücke über den Auer Mühlbach in München mit KKS beschrieben. Das Tragsystem der Auer Mühlbachbrücke besteht aus einbetonierten Walzträgern, die mit diskreten Einzelanoden geschützt wurden. Auf Grund der sehr hohen Überschüttung und der verkehrlichen Bedeutung dieser Brücke war der KKS besonders vorteilhaft anwendbar, da es während der gesamten Instandsetzung keinerlei Einschränkungen des Verkehrs gab. Repair of a Concrete‐Bridge with Rolled Section Beams applying the Principle of Cathodic Protection When repairing reinforced concrete structures containing chlorides by conventional methods, it is often necessary to remove the concrete to great depths. This causes high costs and leads to a significant intervention of the structure, combined with a limitation of use whilst repair measures. This is the reason why Cathodic Protection (CP) of reinforcement in concrete is gaining importance as predominantly non‐destructive, costeffective repair measure of structures susceptible to or damaged by corrosion. Consecutively the repair measure of the bridge over the Auer Mühlbach in Munich using CP is described. The load bearing system of the bridge of Auer Mühlbach consists of rolled section steel beams, which are protected using discrete anodes. Due to the high ground cover and the high importance to the intra‐urban traffic, the application of CP was in particular advantageously as the traffic has not been limited whilst the repair measure.     

Krämerbrücke in Erfurt — Bauwerksgeschichte und Instandsetzung der Gewölbetragkonstruktion in den Jahren 1985/86

Brücken zu bauen und instandzuhalten war zu allen Zeiten eine Herausforderung für Baumeister, Ingenieure und Architekten. Der vorliegende Beitrag soll nach einem kurzen Blick auf die Geschichte des Brückenbaus im Allgemeinen und die der Krämerbrücke im Speziellen, die grundhafte Instandsetzung der Gewölbetragkonstruktion in den Jahren 1985/86 in Erinnerung bringen, ohne die die Krämerbrücke aus dem heutigen Stadtbild sicherlich bereits verschwunden wäre. Krämer Bridge in Erfurt — History of the structure and restoration of the arch supports in 1985/86. Building and repairing bridges has always been a challenge for builders, engineers and architects. This report is designed to provide a glimpse of the history of bridge building in general and that of the Krämer Bridge in particular and recall the fundamental repair work on the arch supports that took place in 1985/86. Without this work, the Krämer Bridge would certainly have disappeared from the current cityscape.     

Regelung und Steuerung von thermoaktiven Bauteilsystemen (TABS)

Thermoaktive Bauteilsysteme (TABS) haben eine zunehmende Bedeutung bei der energieeffizienten Kühlung und Heizung von Gebäuden, doch ihre Regelung/Steuerung führt in der Praxis oft zu Problemen. Mit dem Ziel, diese Probleme in den Griff zu bekommen, wurde vor fünf Jahren das Forschungsprojekt TABS‐Control gestartet, das zu Beginnd des Jahres 2009 abgeschlossen wurde. Es wurden folgende wesentliche Resultate erarbeitet: Modelle und Simulationsprogramme für TABS; Performance‐Bound‐Berechnungen für die Zonenregelung; eine Auswahl von Regel‐/ Steuer‐Strategien für die Zonenregelung, u. a. mit Lösungen für das automatische Umschalten zwischen Heizen und Kühlen, für den Taktbetrieb der Zonenpumpe und für eine Raumtemperaturregelung; Implementierung von Standardlösungen in einem Gebäudeautomationssystem; Labortests; das neue UBB‐Planungsverfahren (Unknown‐But‐Bounded) zur integrierten Planung von TABS und ihrer Regelung/Steuerung; ein Excel‐Planungstool; Richtlinien zur Wahl der Topologie der hydraulischen Schaltung; eine Methode zur Betriebsoptimierung; eine theoretische Grundlage (UBB‐Ansatz) für das neue integrierte Planungsverfahren und die neuen Regel‐/Steuer‐Strategien; eine Patentanmeldung. Regulation and control of thermally activated building systems (TABS). Thermally activated building systems (TABS) are becoming increasingly important in terms of energy efficient cooling and heating of buildings. In practice, however, regulation and control of such systems often causes problems. Started five years ago with the aim of getting to grips with these problems, the TABS Control research project was completed in early 2009. The project yielded the following results: various models and simulation programs for TABS; performance‐bound calculations for regulating zones; a range of zone regulation/control strategies for planners to choose from, including good solutions for automatic switching between heating and cooling, for pulsed operation of the zone pump and for room temperature control; the implementation of a subset of these strategies as standard solutions in a Siemens building automation system; laboratory tests on these strategies; a new procedure for the integrated planning of TABS and their regulation/control (referred to as UBB planning procedure – Unknown But Bounded); an Excel planning tool; guidelines on selecting the hydraulic switching topology; a method for operation optimization; the theoretical basis for the new integrated planning procedure and the new regulation/ control strategies; a patent application.     

Qualitätsprüfung für Energieausweis‐Software

Nach der Einführung der Energieeinsparverordnung 2007 (EnEV 2007) beauftragte das Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) ein Forschungsprojekt, um die am Markt verfügbare Software zur EnEV 2007 einer Qualitätsprüfung zu unterziehen. Der Zweck des Projektes war die Prüfung hinsichtlich einer korrekten Nachweisführung und Energiepassausstellung sowie die Erarbeitung von Methoden zur Qualitätsprüfung und ‐sicherung mit dem Ziel, Transparenz bei den am Markt vorhandenen Softwarelösungen zu schaffen. Darüber hinaus sollte durch die Bereitstellung von Testmodulen die Möglichkeit geschaffen werden, vorhandene Softwareprodukte durch das Aufdecken von Mängeln stetig weiter zu entwickeln, um so die Qualität der Produkte auf hohem Niveau dauerhaft zu sichern. Es wurden 15 Softwareprogramme für Nichtwohngebäude und 13 Programme für Wohngebäude für die Bedarfsberechnung nach DIN 4108‐6 und DIN V 4701‐10 und für Verbrauchsausweiserstellung untersucht. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wurden schwerpunktmäßig die Ergebnisse für die Bedarfsberechnungen auf Basis von DIN V 18599 für den Nichtwohngebäudebereich vorgestellt. Quality tests for Energy Passport software. Shortly after the introduction of the 2007 Building Energy Conservation Ordinance (EnEV 2007), the German Institute for Applied Information Technology in Construction (IAIB) was commissioned by the German Federal Office for Building and Regional Planning (BBR) to carry out quality tests for the EnEV 2007 software available on the market. The specified project aims were to check calculation and Energy Passport issuing procedures and the development of quality assurance methods with the aim of creating transparency regarding the software solutions available on the market. 15 software programs for office buildings and 13 software programs for residential buildings were examined with regard to the determination of energy demand according to DIN V 18599 and with regard to energy consumption.     

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.     

Zum Einfluss baulicher Randbedingungen auf das dynamische Verhalten von WIB‐Eisenbahnbrücken

Die Weiterentwicklung des europäischen Eisenbahnnetzes ist unter anderem durch den vermehrten Einsatz von Hochgeschwindigkeitszügen und eine signifikante Anhebung der Betriebsgeschwindigkeiten gekennzeichnet. Um die Auswirkungen von Zugbeanspruchungen auf Eisenbahnbrücken im Rahmen einer dynamischen Bemessung hinreichend genau vorhersagen zu können, ist die Kenntnis der wesentlichen dynamischen Systemeigenschaften erforderlich. Nur so können bemessungsrelevante Resonanzeffekte, die bei hohen Geschwindigkeiten grundsätzlich nicht auszuschließen sind, rechnerisch auf zuverlässige Weise erfasst werden. Messungen insbesondere an WIB‐Überbauten zeigen jedoch, dass eine realistische rechnerische Abschätzung von Brückeneigenfrequenzen schwierig ist. Tatsächliche und rechnerische Werte weichen in vielen Fällen erheblich voneinander ab. Als ursächlich wird hierfür unter anderem eine unzureichende Berücksichtigung baulicher Randbedingungen angesehen, die teilweise erheblichen Einfluss auf die Steifigkeits‐ und Dämpfungseigenschaften der Brücke haben. Der vorliegende erste Teil des Beitrags führt in die Problematik ein und präsentiert Ergebnisse aus Messuntersuchungen an WIB‐Eisenbahnbrücken, die von der Deutschen Bahn durchgeführt wurden. Im folgenden zweiten Teil des Beitrags wird auf Grundlage numerischer Studien gezeigt, wie sich einzelne bauliche Randbedingungen auf das dynamische Verhalten von WIB‐Überbauten auswirken. Abschließend werden die Untersuchungsergebnisse dazu genutzt, Vorschläge für eine genauere dynamische Bemessung abzuleiten. On the influence of constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam railway bridges — Part 1: Introduction and measurements on filler beam bridges. Enhancements of the European railway system are amongst other things mainly characterized by increased usage of high speed trains and significantly raised operating speeds. To predict effects of train loading on railway bridges for a dynamic design adequately, knowledge of the system’s significant dynamic characteristics is required. Only this ensures that resonance effects, which generally cannot be screened out for high speeds, can be covered analytically by reliable values. Measurements especially carried out on filler beam bridges have shown though that a realistic estimation of eigenfrequencies of bridges is difficult. Actual values and measured ones differ significantly in many cases. In particular non‐consideration of structural constraints is seen as reason for this, given that they have an immense effect on a bridge’s stiffness and damping characteristics. This first part of the contribution gives a brief survey on the dynamics of high‐speed railway bridges. Furthermore results from measurements on filler beam railway decks are presented. In the forthcoming second part of the contribution the influence of particular constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam bridges is investigated, supported by numerical studies. Finally the main outcomes are discussed and proposals for an improved dynamic bridge design are made.     

Entwicklung allgemeiner Entwurfsgrundsätze für Hängernetze von Netzwerkbogenbrücken

Um die statischen Vorteile von Netzwerkbogenbrücken effizient nutzen zu können, ist die Anordnung der Hänger von großer Bedeutung. Der Tragwerksentwurf wird deshalb wesentlich von der Wahl des Hängernetzes bestimmt. Hängerneigung, Hängeranzahl und die Lage der Hängeranschlusspunkte beeinflussen die Spannungszustände sowohl in Bogen und Versteifungsträger als auch in den Hängern in erheblichem Maße. So wird zum Beispiel die Größe der Biegemomente in Bogen und Untergurt durch die Anzahl der Hänger und die damit verbundenen Abstände der Anschlüsse bestimmt. Des Weiteren ist die Hängerneigung ein entscheidender Faktor für die Anzahl der Ausfälle der druckschlaffen Hänger oder die Größe der Spannungsamplituden der Hänger. Nicht minder wichtig ist jedoch auch das ästhetische Erscheinungsbild des Tragwerkes, welches erheblich durch die Art und Weise der Hängeranordnung geprägt wird. Um das effizienteste Hängernetz zu ermitteln, werden fünf mögliche Hängernetze mit variierenden Hängerneigungsparametern, Stützweiten und Bogenhöhen (f/l‐Verhältnisse) hinsichtlich gezielt ausgewählter statischer Kriterien untersucht und bewertet. Daraus resultierend werden Empfehlungen formuliert, die dem Ingenieur die Wahl eines für entsprechende Rahmenbedingungen geeigneten Hängernetzes erleichtern. Abschließend erfolgt ein Vergleich zwischen einer Brücke mit einem nach den erhaltenen Erkenntnissen konstruierten Hängernetz und einem Tragwerk, bei dem die Hänger ähnlich zu bereits ausgeführten Netzwerkbogenbrücken angeordnet sind. Development of general design principles for the hanger arrangements of network arch bridges. To use the static advantages of network arch bridges efficiently, the arrangement of the hangers is very important. The stress conditions in the arch and lower chord are strongly affected by the slope of the hangers, the number of the hangers and the position of the hanger connection points. For example, the size of the bending moments in the arch and lower chord depends on the number of hangers and the associated distances between the connection points. Furthermore, the slope of the hangers is a decisive factor for the number of relaxed hangers and the size of the stress amplitudes. Not less important is the aesthetic view of the structure, which is influenced by the kind of hanger arrangement. To optimize the hanger‐network, different kinds of hanger arrangement methods have been investigated, considering different hanger slopes for each hanger. Five different and possible hanger arrangements with varying parameters (slope of the hangers, number of the hangers, span of the bridge, arch rise) have been analysed in respect to systematic selected static criterions. On the basis of these investigations, recommendations are given for engineering applications how to choose an optimized hanger arrangement according to different geometrical bridge parameters. Finally, a comparison between a network arch, based on the results of the analyses, and a structure with a hanger slope similar to existing network arch bridges is shown to clarify the advantages of the developed hanger arrangement.     

A contribution to understanding the influence of concrete cracking on timber concrete composite bridge beams

Despite of widely implemented advances in TCC bridge technology, there are still no satisfying design recommendations that consider the influence of concrete cracking on the distribution of forces and deformation. A research project at Universidad Austral de Chile studied several aspects of concrete cracking in TCC bridges with timber beams of greater depth than width using elastic dowel‐type shear connectors. One of the results of concrete cracking is a reduction of the slip modulus of the connectors. This weakening was simulated in shear tests by a small gap between the timber and the concrete. A test calibrated FEM model was used for a parametric study of 120 different cases, most of which did not show concrete cracking. Where concrete cracking occurred, it caused an increase in the timber tensile stresses and beam deflection of up to 20 %. We conclude that concrete cracking occurs when the timber‐concrete depth ratio is less than four times the cubic root of the effective flange width of the concrete slab. Beitrag zur Berücksichtigung des Einflusses der Rissbildung im Beton in Holz‐Beton‐Verbundbrücken Trotz des hohen Entwicklungsstands der Holzverbundbrückentechnologie, fehlen ausreichende Entwurfsgrundlagen für die Berücksichtigung des Einflusses der Rissbildung auf die Schnittkraft‐ und Verformungsverteilung. Im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Universidad Austral de Chile werden verschieden Aspekte der Rissbildung in Holzverbundbrücken mit Holzbalken mit größerer Höhe als Breite und elastischen stiftförmigen Verbindungsmitteln untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Rissbildung auf den Schubmodul del Verbindungsmittel auswirkt. Dieser Einfluss wurde in Scherversuchen durch einen kleinen Spalt zwischen Holz und Beton simuliert. Anhand eines mit Versuchen kalibrierten FEM‐Modells wurden eine Parameterstudie mit 120 verschieden Fälle durchgeführt. In den meisten Fällen tritt keine Rissbildung auf. Wenn es zu Rissbildung kommt, vergrössern sich die Holzzugspannungen und die Durchbiegung um bis zu 20 %. Wir stellen fest, dass Rissbildung auftritt, wenn das Bauhöhenverhältniss von Holz und Beton kleiner als die vierfache Kubikwurzel der mitwirkenden Plattenbreite der Betonplatte ist.     

Stahlbetonbauteile unter einer kombinierten Beanspruchung aus Last und zentrischem Zwang

Im Allgemeinen führt eine linear elastische Berechnung von Biegebauteilen zu brauchbaren und hinreichend genauen Ergebnissen bei der Bestimmung der Schnittgrößen als Grundlage für die Bemessung der Querschnitte. Grundsätzlich anders verhält es sich dagegen mit den Schnittgrößen infolge von Zwang und den Durchbiegungen, die beide von den absoluten Steifigkeiten abhängig sind. Daher sind in diesen Fällen für eine realitätsnahe Berechnung nichtlineare Verfahren anzuwenden. Dabei sind die Einflüsse aus einer Rissbildung (Steifigkeitsabfall) sowie aus dem Kriechen und Schwinden des Betons zu berücksichtigen. Auf eine besondere Problemstellung führt dabei die kombinierte Beanspruchung infolge von Last und Zwang. DIN 1045‐1 enthält Näherungen als Regelungen, sowohl für die Begrenzung der Durchbiegungen, als auch der Rissbreiten unter einer kombinierten Beanspruchung. Es stellt sich u. a. die Frage nach deren Gültigkeitsgrenzen. Reinforced Concrete Elements subjected to a Combined Effect of Action due to Load and Centric Restraint In general a linear elastic analysis for bending members is useful and suitable for the determination of internal forces and moments as basis for design. This is fundamentally different in case of internal forces due to restraint and deflections, which requires a realistic non‐linear calculation. The influences of cracking, creeping and shrinkage definitely have to be considered. A special problem results from the combined subjection to load and restraint. Concerning this matter, the standard DIN 1045‐1 comprehends approximate rules for the deflections as well as for the crack control under the combined effects. The point is their limit of validity.     

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.     

Lebenszyklusbetrachtungen als Grundlage für die Nachhaltigkeitsbewertung von Straßenbrücken

Lebenszyklusbetrachtungen spielen bei der Bewertung der Nachhaltigkeit von Bauwerken eine besondere Rolle. Sie fokussieren nicht nur auf die einmaligen Umweltwirkungen und die Investitionskosten bei der Herstellung von Bauwerken, sondern ermöglichen die ganzheitliche Beurteilung der fortlaufend anfallenden ökologischen und ökonomischen Wirkungen. Mit der Untersuchung von zwei Autobahnbrücken und zwei Überführungsbauwerken wird das Ziel verfolgt, einen einheitlichen Durchschnittswert für die ökologischen und die ökonomischen Wirkungen von Brückenbauwerken zu definieren. Der Beitrag befasst sich mit der Festlegung derartiger Referenzwerte und stellt erste Lösungsansätze zur Berücksichtigung des Recyclingpotentials von Materialien vor. Life cycle considerations as a base for assessment of the sustainability of road bridges. Life cycle considerations are important for the assessment of the sustainability of constructions. Taking the life cycle into account it is not only possible to determine single environmental impacts and investment costs arising during the construction of buildings, but also to assess the consecutive ecological and economical impacts. The aim of this study was to define a consistent average value for ecological as well as economical impacts of road bridges by evaluating two viaducts and two overcrossings. This article deals with the determination of those reference values and presents an approach how to deal with the recycling potential of materials within the life cycle assessment.     

Natural Threat – Tornadoes

Counting only the month of May 2015 about 20 tornadoes developed in Germany. At least three of them reached tornado category F3 destroying villages, e.g. [ 15 ]. About 50 people were injured and the insurance companies recorded about 100 Mio. Euros insured loss. Press media headlined: Tornadoes in Germany – the underestimated threat? The forecasting of extreme weather conditions in Germany due to climate change is still very uncertain. The design codes in Germany do not consider tornado actions. Thus, they are still considered catastrophic events. But owners ask experts whether their home can actually be protected. In the USA tornado actions are defined in codes for critical infrastructure. Because of the frequency and intensity of tornadoes, people in the USA have experiences with such events. This article introduces the phenomena of extreme winds, defines actions generated by extreme winds, explains building vulnerabilities, and gives some guidelines on how to protect buildings. Because of lack of research in Germany concerning protection of structures against tornado actions, we benefit from the expertise in the USA. This article is aimed at sensitize for the tornado threat from an engineering point of view, showing related problems, and hopefully initiate research in the future. Naturgefahr Tornados Allein im Mai 2015 ereigneten sich fast 20 Tornados in Deutschland, von denen zumindest drei die Tornado‐Kategorie F3 erreichten und ganze Ortschaften verwüsteten, z.B. [ 15 ]. Etwa 50 Menschen wurden verletzt, der Sachschaden ging in die 100 Mio. Euro. Die Medien titelten: Tornados in Deutschland – eine unterschätzte Gefahr? Tatsächlich sind die Vorhersagen der Experten vor dem Hintergrund der Klimaänderung derzeit noch sehr unklar. Hauseigentümer fragen Architekten und Bauingenieure, ob man sich vor Tornados schützen kann. Die die Einwirkungen regelnden Normen (DIN 1055, EC 1 (DIN EN 1991‐1‐1)) in Deutschland behandeln den Lastfall Tornado bisher nicht. Insofern sind die Einwirkungen aus Tornado als Katastrophenlastfall einzustufen. In den USA sind Tornado‐Einwirkungen für kritische Infrastrukturen geregelt. Sie behandeln die Winddrücke und die Einwirkungen aus herum fliegenden Objekten. Als Folge von Tornados fällt häufig der Strom aus mit all den spezifischen weiteren Folgen. Der Beitrag führt in die Problematik des Naturphänomens “Tornado” ein, beschreibt anhand der amerikanischen Vorschriften die zu erwartenden Einwirkungen und behandelt Schwachstellen‐Analysen sowie bauliche Lösungen für unterschiedliche Tornado‐Kategorien. Eine Risiko‐Betrachtung dient als Grundlage zur Erweiterung der Normen um den Lastfall “Tornado”. Gerade technische Anlagen und bauliche Anlagen der kritischen Infrastruktur bedürfen einer Risiko‐Bewertung zu Sicherung der Resilienz. Da es in Deutschland bisher keine Forschungen zum baulichen Schutz vor Tornado‐Einwirkungen gibt, ist es zweckmäßig, sich in Ländern Rat zu holen, in denen Tornados ständig auftreten. Dieser Beitrag soll vom Ingenieurstandpunkt aus sensibilisieren, Probleme aufzeigen und zu Forschungen anregen.     

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.     

Die Entwicklung der orthotropen Fahrbahnplatte in Deutschland

Es wird die Entwicklung der orthotropen Platte von den ersten von Schaechterle und Leonhardt gestalteten Konstruktionen bis hin zu den konstruktiv und technologisch ausgereiften stählernen Fahrbahntafeln bei den neuesten stählernen Straßenbrücken der letzten Jahre beschrieben. Dabei werden insbesondere die im Entwicklungszeitraum angewendeten unterschiedlichen Rippenformen mit ihren Kreuzungspunkten an den Querträgern und die Ausführung der Montagestöße detailliert beschrieben. Technische Parameter der orthotropen Platte ausgeführter Stahlbrücken werden für torsionsweiche und torsionssteife Rippenformen tabellarisch getrennt erfasst. Schäden infolge Verkehrsbelastung und Fehler bei der Herstellung von orthotropen Platten werden erwähnt. The development of the orthotropic roadway‐plate in Germany. The development of the orthotropic plate beginning with the first of Schaechterle and Leonhardt created constructions till to the constructive and technological ingenious steel‐plates of the ultimate years is described. Especially the different types of ribs while the period of development inclusive the crosspoints at the crossbeams and their erection connections are special described. Technical parameter of the orthotropic plates of executed steel‐bridges are for ribs with and without torsional constant tabulated registered. Defects by traffic and faults by erection of the orthotropic plates are mentioned.