Durchrutschende Grout‐Verbindungen in OWEA – Tragverhalten,Instandsetzung und Optimierung

Grout‐Verbindungen werden für die Verbindung zwischen den Gründungs‐ und Turmstrukturen von Offshore‐Windenergieanlagen (OWEA) vielfach eingesetzt. Insbesondere die seit Beginn der 90er Jahre im Meer installierten Windturbinen mit Monopile‐Gründung verfügen über diese hybride Verbindungskonstruktion, bei der Stahlzylinder mit glatter Mantelfläche übereinander gefädelt werden und der Zwischenraum mit hochfesten Feinkornmörteln vergossen wird. Bislang wurde auf eine spezielle Oberflächenprofilierung der Stahlrohre verzichtet. Während standardmäßiger Wartungsintervalle wurden nun an Rohr‐in‐Rohr‐Steckverbindungen in Monopiles in Dänemark, Großbritannien und den Niederlanden vertikale Verschiebungen festgestellt, die auf ein Versagen des Haftverbunds zwischen Stahl und Füllmaterial schließen lassen. Im Rahmen dieses Beitrags wird zunächst der Aufbau sowie das Trag‐ und Ermüdungsverhalten der Grout‐Verbindung erläutert und eigene Untersuchungen an diesen Verbindungen mit Ergebnissen präsentiert. Darauf aufbauend werden mögliche Gründe für die aufgetretenen Schäden diskutiert und Instandsetzungsvorschläge unterbreitet. Neben der Betrachtung der offshore‐spezifischen Einbaubedingungen werden die Maßnahmen hinsichtlich des technischen Aufwands vorgestellt und Kerbfallklassen für die Stahlbauteile zur Bestimmung der Materialermüdung präsentiert. Für zukünftige Gründungsstrukturen werden Optimierungsmöglichkeiten vorgestellt. Sinking grouted joints in offshore wind turbines – Bearing behaviour, repair, and optimisation. Grouted joints are mainly used for the connection of foundation piles and substructures of offshore wind turbines. Grouted joints consist of tube‐to‐tubeconnections where the annulus is filled with a high performance mortar. Since the early 90s, grouted joints have been installed in offshore wind energy converters with monopiles using plain steel sections with no additional mechanical interlock. During maintenance work vertical slippages have been detected at substructures with monopiles in Denmark, UK and the Netherlands. The movements may result from a loss of bond between steel and mortar. Within this paper the construction and the bearing behaviour of grouted joints is presented. Additionally experimental investigations are shown. Based on own experiences reasons for failure and repair opportunities are introduced and optimisation opportunities for future turbines are proposed.     

Zum Tragverhalten von Verbunddübeln – Teil 1: Tragverhalten unter statischer Belastung

Verbunddübel stellen eine sehr tragfähige und robuste Verbindung auch bei hochfesten Betonen zwischen Stahlbauteilen und Betonquerschnitten dar. Die Herstellung des Stahldübels ist dabei einfach und wirtschaftlich. Mittels Verbunddübelleisten lassen sich neue Querschnitte für den konstruktiven Ingenieurbau entwickeln. Halbierte Walzprofile, die mit der speziellen Geometrie der Verbunddübel geschnitten wurden, werden als außenliegende Bewehrung im Verbundbau eingesetzt. In zwei Teilaufsätzen wird die Bemessung der Verbunddübel für unterschiedliche Randbedingungen und Belastungsarten erläutert. Der erste Beitrag befasst sich mit der Technologie der Verbunddübel, deren Tragverhalten und der Bemessung der Verbindung unter ruhender Belastung. Das Ermüdungsverhalten ist Schwerpunkt in einem zweiten Aufsatz. Die Problemstellung wird ausführlich erläutert und ein Bemessungsvorschlag auf Grundlage des Strukturspannungskonzeptes vorgestellt. Load bearing behaviour of composite dowels – Static loads (part I). Composite dowels realise a high load bearing capacity for connections between concrete and steel. The technology establishes a short time and cost‐effective production process. Using composite dowels for shear transmission new and innovative cross‐sections can be designed. Halved rolled sections which have been cut along with a specific dowel geometry are applied as external reinforcement. The publication is divided into two parts describing design of composite dowels for different boundary conditions and load cases. Foremost the technology, their load bearing behaviour, the design concepts for composite dowels for static loads are highlighted. The behaviour under cyclic load, will be introduced in a second part. The fatigue behaviour will be explained in detail and design concepts based upon the hot spot stress will be given.     

Berechnung einer Kombinierten Pfahl‐Plattengründung am Beispiel des Hochhauses “Skyper” in Frankfurt/Main

Am Bespiel des Hochhauses “Skyper” wurden durch den Unterausschuss “Kombinierte Pfahl‐Platten‐ und Pfahlgruppengründungen” des DIN verschiedene Berechnungsverfahren zur Berechnung einer Kombinierten Pfahl‐Plattengründung angewendet. Die Ergebnisse werden verglichen und diskutiert, wobei sich für den vorliegenden Fall herausstellte, dass sowohl numerische Verfahren als auch vereinfachte Verfahren, die auf der Halbraumtheorie basieren, akzeptable Ergebnisse liefern. Für eine Auswahl der geotechnischen Berechnungsverfahren wurden Federmodelle für die Abbildung der Reaktion der Baugrundoberfläche und der Pfähle abgeleitet und mit Ansatz dieser Federmodelle die Fundamentplatte bemessen. Auf dieser Grundlage gibt der Unterausschuss eine Empfehlung zur Anwendung von Berechnungsverfahren. Calculation of a piled raft foundation as a case study for the high rise building “Skyper” in Frankfurt/Main. Various calculation methods were applied on the piled raft foundation of the high rise building ”Skyper“. The results are compared and discussed. Numerical methods as well as simplified methods based on the elastic half space theory lead in the actual case to reasonable results. With the derived subgrade reaction modulus and pile stiffness the raft reinforcement was computed. A recommendation for the application of numerical and simplified methods is given.     

Anwendung der Zonenmethode für brandbeanspruchte Stahlbetonstützen

Die Heißbemessung von Stahlbetonstützen mit der Zonenmethode (Vereinfachtes Verfahren) ist nach Eurocode grundsätzlich möglich und in verschiedenen europäischen Normen bereits eingeführt. In Deutschland wird das Verfahren für die Stützenbemessung in Zukunft jedoch voraussichtlich abgelehnt, da sich die Ergebnisse teilweise nicht mit denen der anerkannten Allgemeinen Verfahren decken. Ein Grund für die Diskrepanz der Ergebnisse der verschiedenen Methoden liegt nach Einschätzung der Autoren in der teilweise nur unzureichenden Dokumentation bzw. Regelung der Zonenmethode. Dass z. B. die Zonenmethode als Verfahren der Plastizitätstheorie angelegt ist, jedoch als nichtlineares Verfahren verwendet wird, führte bereits zu wesentlichen Fehlinterpretationen bzw. Missverständnissen. Dieser Aufsatz zeigt daher eine kurze Darstellung der ursprünglichen Annahmen sowie eine Herleitung der Zonenmethode nach Hertz. Im Hauptteil des Aufsatzes wird anhand von dokumentierten Eichbeispielen gezeigt, wie die Zonenmethode für Druckglieder in der Praxis anzuwenden ist, damit die Traglast und das Last‐Verformungsverhalten bezogen auf die Allgemeinen Verfahren ausreichend genau bestimmt werden können. Use of a Simplified Method (Zone Method) for Concrete Columns Exposed to Fire Eurocode 2 provides a fire resistance check for concrete columns called zone method (simplified calculation method). Some European countries already allow this check. Germany will probably reject this method for concrete columns, as the results from the zone method partly differ from the accepted advanced method. In the authors' opinion, one reason for the differences might be lack of documentation or lack of detailed rules for the zone method. Using the zone method as a nonlinear method – even though it is based on the assumptions of plastic theory – already lead to decisive misinterpretations or misunderstandings. Hence, this article shows briefly the original assumptions and derivation of basic formulas for the zone method according to Hertz. The use of the zone method for compression members is demonstrated with documented calibrating examples. It is displayed, how to calculate the ultimate load and the load‐bearingbehaviour with adequate accuracy.     

Zur Auswahl eines geeigneten Verfahrens für die Berücksichtigung der Mitwirkung des Betons auf Zug

Die Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Berücksichtigung der Mitwirkung des Betons auf Zug sollte nach DIN 1045‐1:2001‐07, 8.5.1 (9), in Abhängigkeit von der jeweiligen Bemessungsaufgabe getroffen werden. In den Erläuterungen zu DIN 1045‐1 wird im Heft 525 des DAfStb als einziges Verfahren nur die Verringerung der Betonstahldehnung mit einer modifizierten Spannungs‐Dehnungslinie für Betonstahl erläutert. Verfahren, die mittlere wirksame Betonzugspannungen in der Betonzugzone berücksichtigen, werden erwähnt aber nicht erläutert. Mit den Ergebnissen nachgerechneter Moment‐Verkrümmungs‐Werte von Stahlbetonröhren aus drei Versuchen mit unterschiedlichen Längskräften wird gezeigt, dass die Mitwirkung des Betons auf Zug mit dem Verfahren nach Heft 525 DAfStb nur bei reiner Biegung befriedigend erfasst wird. Bei Biegung mit Längskraft werden besser mittlere wirksame Betonzugspannungen berücksichtigt. Es werden vier unterschiedliche Ansätze für die Betonzugspannungen besprochen. On the selection of an adequate method for considering the contribution of concrete in tension. The selection of an adequate method for considering the contribution of concrete in tension should according to DIN 1045‐1:2001‐07, 8.5.1 (9), be chosen with respect to the particular design problem. The explanations to DIN 1045‐1 in book 525 from DAfStb describe only one method, the method which reduces the steel strain taking a modified stress‐strain relationship into account. Methods that consider mean effective concrete stresses in tension are mentioned but not explained. The results of recomputed moment‐curvature values from three tests with different longitudinal forces show that the method in book 525 DAfStb covers the contribution of concrete in tension only for reinforced concrete members without longitudinal forces. For members with longitudinal forces methods with mean effective concrete stresses give better agreements. Four different assumptions for the concrete stresses in tension are discussed.     

Design rules for lateral torsional buckling of channel sections subject to web loading

Bemessungsregeln für das Biegedrillknicken von U‐Querschnitten unter Belastung in Stegebene. In der Praxis kommen häufig U‐Querschnitte zum Einsatz. Eurocode 3 enthält jedoch keine Bemessungsregeln für exzentrisch, d.h. nicht im Schubmittelpunkt, belastete Träger mit U‐Querschnitt. In diesem Beitrag werden fünf Bemessungsvorschläge vorgestellt, erläutert und ihre Anwendbarkeit mit Hilfe von Finite‐Element‐Berechnungen überprüft. Die berechneten Tragfähigkeiten der Bemessungsmodelle werden mit Traglasten verglichen, die auf Grundlage von geometrisch und materiell nichtlinearen Berechnungen an Trägern mit Imperfektionen (GMNIA) ermittelt wurden. In der numerischen Parameterstudie werden die Querschnittsabmessungen, das Verhältnis von Spannweite zur Trägerhöhe, der Lasttyp und der Lastangriffspunkt variiert. Die Belastung wirkt jedoch lediglich in Stegebene. Basierend auf einem der bisherigen Bemessungsvorschläge wird im Rahmen dieser Untersuchung ein neuer Bemessungsvorschlag formuliert, der die Regelungen des Eurocode 3 widerspruchsfrei ergänzt.     

Empfehlungen des Arbeitskreises 6.1 “Geotechnik der Deponiebauwerke” der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V. (DGGT)

Der Arbeitskreis Geotechnik der Deponiebauwerke hat in fünf Themengruppen bisher 76 Empfehlungen zur Planung, zum Bau und zur Qualitätsüberwachung von Abfalldeponien veröffentlicht. In diesem Bericht werden zwei überarbeitungen vorgestellt, eine grundsätzliche Neubarbeitung der E 2‐4, Oberflächenabdichtungssysteme und die an neuere Erfahrungen angepasste E 2‐33, Kapillarsperren in Oberflächenabdichtungen. Recommendations of the DGGT Committee “Geotechnics of Landfill Structures”. The Technical Committee ”Geotechnics of Landfill Structures” of the German Geotechnical Society published up to now 76 recommendations (GDA‐Geotechnical Landfill Recommendations) structured in 5 main issues. This paper introduces two new editions of currently important recommendations, the fundamentally reviewed E 2‐4, Capping Systems, and a new edition of E 2‐33, Capillary Barriers in Landfill Capping Systems.     

Modellkorrekturfaktoren als “Performance Indikatoren” für die Langzeitbewertung der integralen Marktwasserbrücke S33.24

Monitoring hat für den Entwurf und die Beurteilung sowohl neuer als auch bestehender Ingenieurtragwerke eine enorme Wichtigkeit. Die praktische Erfahrung und Beobachtungen zeigen, dass Monitoring die Grundlage für neue normative Grundlagen oder effiziente Erhaltungsprogramme liefern kann. Darüber hinaus können Monitoringsysteme erhebliche Instandsetzungskosten und Unannehmlichkeiten infolge von Störungen vermeiden. Dies begründet den erheblichen Forschungsaufwand, um eine effektive Implementierung der aufgenommenen Monitoringdaten in ein numerisches oder analytisches Strukturmodell zu erreichen, welches die Ermittlung eines vom erwarteten Verhalten abweichenden Strukturverhaltens und die Entdeckung eines beginnenden Verschlechterungsprozesses erlaubt. Dieser Aufsatz behandelt ein Konzept für eine effektive Einbindung einer Monitoringinformation in ein numerisches Modell auf Basis des Konzeptes der Modellkorrekturfaktoren. Insbesondere entstand diese Studie aus den Fragestellungen im Zuge des Forschungsprojektes “Monitoringbasierte Analyse von Integralen Brücken (MAIB)”. Das Forschungsvorhaben MAIB verfolgt Fragestellungen, welche das Tragwerk, die Interaktion zwischen Tragwerk und Bodenkörper, die Stabilität des Bodenkörpers hinter dem Widerlager und den Übergangsbereich zwischen dem Tragwerk und dem Boden im Fahrbahnbereich betreffen. Monitoring and Influence Lines Based Performance Indicators Monitoring is of most practical significance for the design and assessment of new as well as of existing engineering structures. Practical experience and observations show that monitoring can provide the basis for new code specifications or efficient maintenance programs. Moreover, monitoring systems can avoid considerable costs of repairs and inconvenience to the public due to interruptions. This gives rise to the need for a thorough investigation to achieve an effective implementation of recorded monitoring data in numerical or analytical structural models that allow the detection of a deviant behavior from the proposed and the detection of initial deterioration processes. This study attempts to derive a concept for the effective incorporation of monitoring information in numerical models based on the concept of model correction factors. In particular, these studies are performed on the abutment free bridge structure S33.24 that has been proof loaded in February 2010 and monitored since December 2008. A merit of models derived based on monitoring data is that they are directly related to performance indicators which can be used for the assessment of the existing structural capacity and for an efficient life cycle analysis.     

Beurteilung von Korrosionsschutzsystemen für Offshore‐Windenergietürme – Teil 2: Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Im Rahmen von Auslagerungs‐ und Laborprüfungen wurde die Korrosionsschutzwirkung verschiedener, für den Schutz von Offshore‐Windenergietürmen geeigneter Systeme untersucht. Zu den untersuchten Systemen gehörten Duplexsysteme mit Zn/Al‐Metallisierung, mehrschichtige organische Systeme, ein einschichtiges organisches System, eine Zn/Mg‐Metallisierung sowie unbeschichtete Bereiche mit kathodischem Korrosionsschutz. Alle Systeme wurden an speziell gefertigten Auslagerungsprobekörpern sowie an Laborprobekörpern geprüft. Die im Labormaßstab durchgeführten Prüfungen umfassten Tauchversuche, Alterungsversuche, Versuche zur kathodischen Verträglichkeit und Messungen mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie. Im Teil 1 des Beitrages, veröffentlicht im Heft 4/2009, wurden Konzeption und Durchführung der Prüfungen sowie die verwendeten Probekörper und Korrosionsschutzsysteme detailliert beschrieben. Über die Ergebnisse der Prüfungen wird im Teil 2 berichtet. Assessment of corrosion protection systems for offshore wind energy towers – part 2: Results and conclusions. Based on field and on laboratory tests, the corrosion protective performance of different corrosion protection systems for offshore wind energy towers was investigated. The systems under investigation included duplex systems with Zn/Al metallization, multi‐layered organic systems, a single‐layer thick organic system, Zn/Mg metallization and cathodic protection of uncoated sections. Special field specimens and laboratory specimens were utilized in order to investigate the systems. Laboratory tests included immersion tests, ageing tests, test on cathodic compatibility and electro‐chemical impedance spectroscopy. Part 1 of the paper (Stahlbau, No. 4/2009) covererd the general experimental design and details of the experimental procedures, whereas Part 2 deals with the results of the test programme.     

Softwaregestützte Kostenermittlung für die Gebäudeinstandsetzung

In diesem Beitrag werden Möglichkeiten der softwaregestützten Kostenermittlung für die Instandsetzung vorgestellt, die in den vergangenen Jahren im Rahmen mehrerer Instandsetzungsprojekte entwickelt wurden und für unterschiedlichste Gebäudetypen anwendbar sind. Schwerpunkte sind die zügige und präzise Schadenserfassung und ‐bewertung als Schlüsselfaktoren für die Ermittlung der zu erwartenden Baukosten. Am konkreten Beispiel werden die Vorteile der softwaregestützten Schadenserfassung und ‐bewertung beschrieben, und es wird der Bezug zur Praxis hergestellt. Computer aided cost calculation for building repair. This paper shows ways of software aided cost calculation for rehabilitation of buildings, which have been developed in recent years in several repair projects and which are applicable for various building types. The advantages of automated damage assessment and evaluation are described at an example of a parking garage and are related to the practice.     

Nachträgliche Abdichtung von Betonbauwerken durch Gelinjektionen

Der Beitrag beschäftigt sich mit den Möglichkeiten, Betonbauwerke mit anderen als den in der Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb aufgeführten Produkten abzudichten. Dafür kommen Injektionsgele in Frage, die eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften besitzen, durch die eine erfolgreiche Abdichtung auch dann noch möglich ist, wenn die “klassischen” Verfahren zu scheitern drohen. Wesentliche Vertreter der Injektionsgele, für die eine Reihe von praktischen Erfahrungen und Forschungsergebnissen vorliegen, sind die Acrylatgele, deren Anwendung beschrieben werden. Ausgehend von beispielhaft genannten Randbedingungen und einer Darstellung der wesentlichen Materialeigenschaften werden die Arten der mit Gelinjektionen herstellbaren Abdichtungen (Gelschleierabdichtungen, Injektion in das Bauteil, in Bauteilzwischenräume und in Risse, sowie deren Mischformen) dargestellt. Der Schwerpunkt liegt auf der Schleierinjektion, da sie die größten Besonderheiten gegenüber den üblichen Injektionen zum Füllen von Rissen und Fehlstellen aufweist. Für die Schleierinjektionen werden Grenzen der Ausführbarkeit und Möglichkeiten zum Erkennen dieser Grenzen aufgezeigt. Eine solche Möglichkeit besteht in der Ausführung von Probeinjektionen mit Wasser an vorgesehenen Injektionsstellen in den am Bauwerk anstehenden Baugrund. Neben der Darstellung der technischen Grundlagen und Anwendungsgrenzen wird für die einzelnen Arten der Gelinjektionen aufgeführt, welche baurechtlichen Anforderungen zu beachten sind. Post‐Construction Sealing of Concrete Structures by Gel Grouting This article deals with possibilities to seal concrete structures by other products than those authorized by the DAfStb. Among those products are grout injection gels which have several favourable properties which allow the user to seal even those structures where conventional methods might fail. Particularly for acrylate gel there is already a wide range of experience. This article describes the main properties of the materials, standard boundary conditions and the resulting types of sealing: curtain grouting, injections into the structural components or joints between structural elements, in cracks and a mixture of the methods mentioned above. The focus is set on curtain grouting which differs significantly from common grouting to repair cracks and defects. The usage of curtain grouting is limited. A method is described to recognize those limitations. One possibility could be to perform test injections at the original site using water instead of the gel. Apart from technical basics and practical limitations the requirements made by the authorities are characterized.     

“Die Raupe” – eine bewegliche Brückenkonstruktion

Für einen Brückenwettbewerb in Wien wurde ein Konzept einer beweglichen Brücke in Form eines Fischbauchträgers entwickelt, das neben seiner strengen Funktionalität und der materiellen Effizienz über einen innovativen Hebemechanismus verfügt. Die Idee des Hebevorgangs basiert auf einer Verkürzung des Trägeruntergurts durch Seile und zwei zwischengeschalteten hydraulischen Zylindern. Die Anhebung der Brücke zur Freihaltung des geforderten Lichtraumprofils erfolgt asymmetrisch, was ein raupenähnliches Verkrümmen zur Folge hat. Des Weiteren wurde die Deckplatte dahingehend optimiert, dass unter Verwendung hochfester Stähle die große Verformung über das elastische Werkstoffverhalten aufgenommen und so auf wartungsintensive Gelenke verzichtet werden kann. Durch das gewählte statische System mit dem applizierten Hebemechanismus kann die Einleitung großer Horizontalkräfte in den Boden vermieden und dadurch die Kosten deutlich gesenkt werden. Das Konzept wurde für eine Spannweite von ca. 60 m entwickelt, kann jedoch auch für andere Spannweiten adaptiert und so vielerorts eingesetzt werden. “The Caterpillar” – A moving bridge structure. For a design competition for a bridge in Vienna, a concept for a moving bridge in the form of a lenticular girder was developed which, in addition to its strict functionality and material efficiency, features an innovative lifting mechanism. The lifting principle is based on shortening the lower chord of the girder with the help of cables and two intermediate hydraulic cylinders. In order to create the required clearance profile, the bridge is lifted asymmetrically, which results in a deformation of the shape which is reminiscent of a caterpillar. In addition, the upper deck was designed using hightensile steel so that the considerable deformation could be absorbed by the elasticity of the material, which means that maintenance‐intensive hinges could be omitted. This structural system with its lifting mechanism makes it possible to significantly lower costs as there are no large horizontal forces to be transferred to the ground. The concept was developed for a span of approx. 60 m but can also be adapted to spans of different sizes and is therefore suitable for many situations.     

Ein “Overall‐Konzept” für die Querschnittstragfähigkeit im elasto‐plastischen Bereich

Es wird die bereits für andere Tragfähigkeitsprobleme von Bauteilen (Knicken, Beulen) entwickelte “Overall‐Methode” auf die Berechnung der Querschnittstragfähigkeit von Stahlprofilen angewendet. Dies führt zu einer neuen Berechnungsmethode, die den gesamten elasto‐plastischen Bereich ohne die Notwendigkeit einer Klasseneinteilung umfasst. Basierend auf zahlreichen Versuchen und Querschnittsberechnungen mittels geometrisch, materiell nichtlinearer Analysen mit Imperfektionen werden (analog den Knicklinien) Bemessungskurven für die Abminderungsfaktoren vorgeschlagen, die für bestimmte Querschnittstypen wie I‐beziehungsweise H‐Profile oder Rechteck‐Hohlprofile, einen einheitlichen Verlauf im elasto‐plastischen Bereich aufweisen. An overall concept for the cross‐section resistance in the elasto‐plastic range. The “overall method” which has been developed for other load carrying problems of steel members (e.g. lateral member buckling or buckling of shells) is applied to the calculation of the cross‐section resistance of steel members. This leads to a new procedure that covers the whole elasto‐plastic range without the need of cross‐section classification. Based on numerous experimental tests and numerical calculations (GMNIA) design curves for the reduction factors of I‐ and H‐shaped sections and RHS‐sections are proposed that show a consistent transition in the elasto‐plastic range.     

Selbsttragende und aussteifende Sandwichbauteile – Möglichkeiten für kleinere und mittlere Gebäude

Die zur Zeit verwendeten Sandwichbauteile werden fast ausschließlich als raumabschließende Elemente für Wandverkleidungen und Dacheindeckungen eingesetzt. Dabei werden die Elemente stets auf eine tragende Unterkonstruktion montiert. Diese Elemente werden infolge äußerer Lasten sowie Temperatur‐ und Kriecheffekte ausschließlich durch Biegemomente und Querkräfte beansprucht. Zur Erweiterung der Marktchancen drängt sich die Frage auf, inwieweit Sandwichbauteile auch für lastabtragende Wände und aussteifende Scheiben ohne tragende Unterkonstruktion geeignet sind. Zur Beantwortung dieser Frage werden an drei unterschiedlichen Haustypen die maximalen Beanspruchungen von Wandpaneelen mit vertikalen Lasten (Normalkräften) und horizontalen Lasten (Scheibenkräften) ermittelt und den zu erwartenden Beanspruchbarkeiten gegenübergestellt. Dadurch kann gezeigt werden, dass die Verwendung von üblichen Sandwichbauteilen für lastabtragende und aussteifende Bauteile für kleinere bis mittlere Gebäude durchaus möglich ist. Self bearing and racking sandwich panels – possibilities for small and middle sized buildings. At the moment virtual all sandwich panels are used either as wall claddings or roof coverings. For this purpose the elements are mounted on a load‐bearing substructure. Due to external loads and effects from temperature and creep these elements are subjected to bending moments and shear forces only. The market for sandwich panels would be broadened if they could be used as load‐transferring walls and bracing diaphragms without load‐bearing substructure. Three different types of houses will be investigated in order to find out if sandwich panels are suitable for these applications. First maximum vertical (axial) loads of wall panels and horizontal loads (bracing) will be determined and then the values will be compared to expected load capacities. Thus it can be shown that commonly used sandwich panels are suitable for load‐transferring and bracing elements in small and medium‐sized buildings.     

Axial beanspruchte Sandwichelemente in rahmenlosen Konstruktionen

Sandwichelemente werden üblicherweise als einachsig spannende Bauelemente verwendet. Diese werden durch auf sie einwirkende Querlasten auf Biegung beansprucht und leiten die Kräfte in eine Unterkonstruktion ab. Eine neuere Entwicklung ist es kleinere Gebäude aus Sandwichelementen auch ohne Unterkonstruktion herzustellen. Bei dieser Bauweise haben die Elemente nicht nur die Funktion des Raumabschlusses, sondern werden auch zur Lastabtragung und zur Aussteifung des Gebäudes herangezogen. Zusätzlich zu Biegemomenten und Querkräften wirken in den Elementen dann auch Normalkräfte. Ein Bemessungsvorschlag für axial beanspruchte Sandwichelemente, durch den auch die auftretenden Kriecherscheinungen berücksichtigt werden können, wird vorgestellt. Außerdem werden die maßgebenden Versagensmodi an der Lasteinleitungsstelle aufgezeigt und ein mechanisches Modell erläutert. Axially loaded sandwich panels in frameless buildings. Traditionally sandwich panels are used as unidirectional spanning flexural members transferring loads to a substructure. As a recent development, sandwich panels are used to design small buildings without substructure. In this application the panels are not only used as cladding element but also for load transfer and bracing of the building. A design model for axially loaded sandwich panels, which also considers creeping effects, is presented. Additionally the basic failure modes at the area of load application are illustrated and a mechanical model is introduced.     

Bemessung von Stahlbauten für Anprall‐ und Explosionslasten

Die zunehmende Gefahr von Anschlägen und Industrieunfällen haben zu neuen Anforderungen an die Auslegung und Bemessung von Bauwerken geführt. Diesen neuen Anforderungen wird derzeit in Normen jedoch nur unzureichend Rechnung getragen. Insbesondere für Bauwerke in Stahl‐ und Verbundbauweise führen die gegenwärtig üblichen Auslegungskonzepte nicht zu wirtschaftlichen Bemessungen. Das bauforumstahl hat daher in Zusammenarbeit mit dem Institut für Stahlbau der RWTH Aachen und HOCHTIEF Construction AG einen Bemessungsleitfaden für Anprall‐ und Explosionslasten erarbeitet, mit dem die Möglichkeiten des Werkstoffes Stahl wesentlich effizienter ausgenutzt werden können. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Elemente dieses Leitfadens vorgestellt, der sowohl eine Bewertung von Entwurfsstrategien für robuste Bauwerke enthält, als auch ein Bemessungskonzept zur Auslegung von Stahlbauten gegen spezifische kurzzeit‐dynamische Einwirkungen bereitstellt. Design of steel structures against impact and blast loads. The increasing threat of terroristic attacks as well as industrial hazards have led to new demands for the conception and design of buildings. Current standards, however, do not provide sufficient guidance to cope with these new requirements. Particularly for steel and composite structures there is a lack of appropriate and therefore economic design concepts. Hence, bauforumstahl in cooperation with the Institute for Steel Structures at RWTH Aachen University and HOCHTIEF Construction AG has published a new design guide to exploit the capabilities of steel more efficiently. This paper presents the main aspects of this design guide. It includes the assessment of strategies for robust structures and a concept to design steel structures against specific high dynamic loads.     

Untersuchungen zur Wiederverwendung von Spundwänden

Insbesondere in den letzten Jahren wird das Thema Nachhaltigkeit und ressourcenschonender Umgang mit der Umwelt immer stärker in Politik und Gesellschaft diskutiert. Auch in der Geotechnik ist viel Potential vorhanden, nachhaltig mit den Rohstoffen umzugehen. In diesem Beitrag wird hierzu auf die Möglichkeiten der Wiederverwendung von Stahlspundwänden eingegangen. Dabei wird ein wesentliches Augenmerk auf die Möglichkeiten des Recyclings des Spundwandstahls gelegt. Weiterhin erfolgt eine ausführliche Diskussion bezüglich des Ziehens von Spundwänden und den hierbei auftretenden Problemen. So ist häufig ein Anstieg des Herausziehwiderstands über die Zeit feststellbar. Anhand verschiedener Finite‐Elemente‐Untersuchungen wird dieser Zuwachs des Herausziehwiderstands numerisch untersucht, und es können verschiedene Faktoren herausgearbeitet werden, die dem zugrunde liegen. Investigations regarding the re‐use of sheet‐piles. Especially in recent years the topic sustainability and careful handling of environment are discussed more and more in politics and society. In geotechnical engineering there is great potential to deal more sustainable with the used resources. In this contribution, the possibilities of re‐using steel sheet‐piles are discussed. A main scope is set on the possibilities of recycling of the steel. Furthermore, the pull‐out process of sheet‐piles is discussed and problems during the pull‐out process are described. In‐situ often an increase of pull‐out forces over time can be noticed. Several numerical investigations using finite element method are presented to investigate the possible factors which influence the increase in pull‐out forces.     

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

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

Der Hydraulische Grundbruch – Bemessungsdiagramme zur Ermittlung der erforderlichen Einbindetiefe

Für den Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch werden oftmals Näherungsverfahren zur Bestimmung der Strömungskraft verwendet. Nach DIN 1054 ist die Strömungskraft jedoch in der Regel durch Auswertung von Strömungsnetzen zu ermitteln. Im Rahmen eines vom Deutschen Institut für Bautechnik geförderten Forschungsvorhabens wurden am Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen in Zusammenarbeit mit der Wayss & Freytag Ingenieurbau AG Untersuchungen zur erforderlichen Einbindetiefe zur Gewährleistung der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch angestellt. Als Ergebnis der auf der Auswertung von Strömungsnetzen beruhenden Untersuchungen entstanden dimensionslose Bemessungsdiagramme, welche es ermöglichen, die erforderliche Einbindetiefe der seitlichen Baugrubenwände in Abhängigkeit der geometrischen Randbedingungen auf einfachem Wege zu ermitteln. The Hydraulic Heave – Design charts for determining the necessary embedded length. Often simplified calculation methods are used to determine the seepage force for the proof of safety against hydraulic heave. However, according to DIN 1054 the seepage force normally has to be determined by means of a flow net. Within the framework of a research project, which was funded by Deutsches Institut für Bautechnik, the required embedded length for the safety against hydraulic heave was investigated at the Chair of Geotechnical Engineering at RWTH Aachen University in collaboration with Wayss & Freytag Ingenieurbau AG. As a result of the research dimensionless design charts have been generated based on the analysis of flow nets. These design charts easily allow determining the required embedded length of the lateral wall of a building pit with respect to the geometrical boundary conditions.     

Zur Querkraftgefährdung bestehender Spannbetonbrücken

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