Ingenieurwissenschaftliche Untersuchungen an der Hagia Sophia in Istanbul — Teil 1: Das Konstruktionsgefüge

Die Hagia Sophia in Istanbul ist eines der baugeschichtlich wichtigsten und ingenieurmäßig bemerkenswertesten Bauwerke der letzten 1500 Jahre. Aufgrund restauratorischer Sicherungsarbeiten und der damit verbundenen Einrüstung der Hauptkuppel war in den letzten Jahren die einmalige Gelegenheit gegeben, den geometrischen und materiellen Irregularitäten und Diskontinuitäten, die aus mehreren Teileinstürzen und Wiederaufbauten herrühren, mit Hilfe zerstörungsfreier geophysikalischer Untersuchungsverfahren nachzugehen. Damit konnte der heutige Bestand und Zustand der aus Ziegeln gemauerten Hauptkuppel und der aus Naturstein errichteten vier Hauptpfeiler intensiv erkundet werden. Die erlangten neuen Kenntnisse zum Konstruktionsgefüge erlaubten einerseits die Entwicklung differenzierter Berechnungsmodelle, mit deren Hilfe eine Aussage zum Lastfluss, den Spannungszuständen und dem Stabilitätsverhalten der Hagia Sophia möglich wurde und bieten andererseits Grundlage, um die Frage der Erdbebengefährdung mit einer der historischen Bedeutung des Gebäudes entsprechenden Zuverlässigkeit zu beantworten. Im vorliegenden ersten Teil des Berichtes zum DFG‐Projekt “Ingenieurwissenschaftliche Untersuchungen an der Hauptkuppel und den Hauptpfeilern der Hagia Sophia in Istanbul“ [1] wird über die Erkundungen am Bauwerk berichtet. Der im nächsten Heft erscheinende zweite Teil wird dann die Folgerungen, die sich daraus für das Tragverhalten und Tragvermögen des Gebäudes ergeben, zum Inhalt haben. Engineering Studies on the Hagia Sophia in Istanbul — Part 1: The Structural Characteristics. The Hagia Sophia in Istanbul is one of the most significant and remarkable buildings of the past 1500 years, both from an architectural history and an engineering point of view. Due to restoration work and the related scaffolding of the main dome, the past years have provided a unique opportunity to investigate the geometrical and material irregularities and discontinuities resulting from several partial collapses and rebuilding, by using nondestructive geophysical analytical methods. They allowed a thorough exploration of the present substance and condition of the main dome’s brick masonry and of the four main pillars built from natural stone. The new findings regarding the structural characteristics allowed, on the one hand, developing differentiated calculation models by means of which statements on load flow, stress states and stability behavior of the Hagia Sophia became possible and on the other, provided a basis for answering the question about the earthquake risks with a reliability corresponding to the historical significance of the building. The first part of the report on the DFG project “Engineering Studies on the Main Dome and Main Pillars of the Hagia Sophia in Istanbul” describes the explorations of the building. The second part, which will appear in the next issue, will present the conclusions resulting for the structural behavior and structural capacity of the building.     

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.     

Traunbrücke Steyrermühl — Sprengungsüberwachung mit BRIMOS® Structural Health Monitoring

Die Traunbrücke Steyrermühl ist Teil der A1 Westautobahn und wurde in den Jahren 1959 und 1960 errichtet. Die 18‐feldrige Stahlbetonbrücke besteht aus zwei Richtungstragwerken und weist eine Gesamtlänge von 240,45 m auf. Im Hinblick auf die Gewährleistung der Tragsicherheit und Funktionsfähigkeit der Brücke wurden während der Sprengung des Richtungstragwerks Salzburg im August 2010 das unmittelbar benachbarte, zunächst bestehen bleibende Richtungstragwerk Wien überwacht und die Auswirkungen der Sprengung bewertet, wobei besonderes Augenmerk auf die primäre Tragstruktur (Bogen) gelegt wurde. Da am Tragwerk bereits im Jahr 2005 eine dynamische Referenzmessung mit BRIMOS® durchgeführt wurde, konnte die aktuelle Untersuchung (Messung 2010) dadurch entsprechend effizienter gestaltet werden. Mit Hilfe ausgewählter Einzelpunkte am Brückentragwerk (HOT SPOTS) konnten das maßgebliche Tragverhalten der Brücke und etwaige Veränderungen umfassend beschrieben und quantifiziert werden. Ein direkter Vergleich im Abstand von fünf Jahren zeigt den Verlauf der gemessenen Tragfähigkeit über die Zeit (Brückendeck unter dem Einfluss der Verkehrsbelastung bzw. der Sprengung). Blast of the Westbound Bridge Structure and Evaluation of its Affection on the remaining Eastbound Bridge Structure with BRIMOS® Structural Health Monitoring. The bridge object is part of the A1 highway and was constructed in 1959. It is composed of 18‐spans (reinforced concrete) and has a total length of 240,45 m. While the bridge structure — related with the driving direction Salzburg — was removed (blown) in August 2010, the remaining structure (driving direction Vienna) was monitored in order to evaluate the impact of the blasting with regard to its structural safety and operability. The investigation was focused on the primary load‐bearing structure (arch). Due to the fact that an initial dynamic measurement with BRIMOS® has been conducted already in 2005, the prevailing investigation (measurement 2010) could be configured more efficiently. Measurements at selected single bridge locations (HOT SPOTS) enabled a comprehensive documentation and quantification of the bridge’s decisive structural behaviour and possible changes respectively. A direct comparison after 5 years of structural service life shows the progression of the measured structural resistance over time (bridge deck under the influence of traffic load and the bridge blasting).     

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.     

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.     

Geschichtliche Entwicklung und aktuelle Praxis der Probebelastung — Teil 2: Entwicklung von Normen und heutige Anwendung

Im Zuge des massenhaften Einsatzes von Probebelastungen im 19. und zu Beginn des 20. Jahrhunderts zeigte sich die Notwendigkeit, deren Planung, Durchführung und Auswertung durch allgemeine Richtlinien und Normen zu stützen. Im Beitrag wird das Ringen um erste zaghafte Festlegungen beschrieben, die im Laufe der Jahre immer konkreter zu einer verwendbaren Handlungsgrundlage ausgearbeitet wurden. Unter Kritikern blieb jedoch immer die Frage über die Sicherheit und vor allem die Aussagekraft von Belastungsversuchen auf der Grundlage der verwendeten Bewertungskriterien offen. Mit der Weiterentwicklung der Berechnungsverfahren auch durch den Einsatz von Computertechnik wurden Probebelastungen von Neubauten ab den 1970‐er Jahren entbehrlich. Für auffällig gewordene bestehende Tragwerke stellt die Probebelastung jedoch auch heute noch eine — und manchmal die einzige — Methode zum Nachweis einer ausreichenden Tragfähigkeit dar. Die hierfür angewendete moderne Belastungs‐ und Messtechnologie bietet jedoch im Unterschied zur traditionellen Vorgehensweise ein hohes Maß an Sicherheit und Informationsgewinn. Historical Development and current practise of load tests in situ — Part 2: Development of standards and current practise. Because of the large demand and use of load testing in the 19th and at the beginning of the 20th century, there was the necessity to standardise the planning, execution and analysis in general guidelines and codes. This article describes the struggling and first tentative specification, which were more and more specified to an useful basis in the following years. The used criterions for the assessment have often been a reason for critics on the value and the safety of loading tests. The further development of calculation methods especially the computer technology made the load testing of new structures superfluous in the 1970s. But for existing structures loading tests are today often a — and sometimes the only — method to proof a sufficient load bearing capacity. The today used modern loading‐ and measuring technology provides, in contrast to the traditional method, a high degree of safety and structural information.     

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.     

Bodenverflüssigung bei Erdbeben — Rechnerischer Nachweis mit Lasteinwirkung und Bodenwiderständen

Immer wieder entstehen Erdbeben mit erheblichen Personen‐ und Sachschäden. Immer wieder entfestigen sich dabei sandige Gründungsböden infolge einer Bodenverflüssigung durch die Erdbebenerschütterungen insbesondere bei hohen Grundwasserständen. Selbst solide Bauwerke können in den Untergrund einbrechen, auch wenn sie zuvor über Jahre praktisch setzungsfrei gewesen sind. Das Versagen des Untergrundes durch Bodenverflüssigung ist weltweit als “Liquefaktion‐Effekt” bekannt, wird aber in der täglichen Praxis mitunter immer noch unsicher behandelt. Nachfolgend wird die Mechanik der Lasteinwirkung und der Bodenwiderstände bei einer Erdbebenerschütterung beschrieben und das für baupraktische Berechnungen derzeit gängige Formelwerk dazu zusammengestellt. Damit lässt sich in geeigneter Weise prüfen, ob bei bestimmten Bodenverhältnissen und einem bestimmten Bemessungserdbeben eine Verflüssigung des Untergrundes zu besorgen ist oder ob bauliche Sicherungsmaßnahmen erforderlich sind. Liquefaction due to earthquakes — structural analysis with load actions and soil resistances. Again and again earthquakes have caused severe personal injuries and damages to property. In case of ground motion sandy subsoils especially in connection with high ground water tables can loose their strength and liquify. Then even solid structures may suffer severe settlements and collaps, even though through many years practically no settlements were noticed. This failure mechanism all over the world is wellknow as ”liquefaction”, but in daily practice is still handled with some uncertainness. In the following the mechanism of the load actions and the soil resistances during earthquakes will be described and the nowadays common formulas for the structural analyses will be compiled, enabling the assessment, if certain soil conditions will resist a design earthquake without liquefaction or if structural measures will be required.     

Grundlagen und Entwicklung von stochastischen Modellen zur Beurteilung der Schädigung von Massivbrücken auf der Grundlage der Ergebnisse von Bauwerksüberprüfungen

In zwei Beiträgen wird ein auf der Zuverlässigkeitstheorie basierendes probabilistisches Verfahren für eine schnelle Bewertung der Tragfähigkeit eines geschädigten Stahlbetonbrückenbauwerks vorgestellt. Es ersetzt keine statische Nachberechnung, unterstützt jedoch den Bauwerksprüfer noch während der Prüfung gemäß DIN 1076 und lässt eine schnelle Entscheidung über die Art und Weise einer ggf. erforderlichen Nutzungseinschränkung noch vor einer Nachberechnung zu. Mit dem Verfahren ist es möglich, eine verbesserte Bewertung über die Auswirkung von Schäden und Mängeln an Stahlbetonbrücken auf deren Tragfähigkeit im Rahmen einer handnahen visuellen Bauwerksprüfung zu erreichen. Teil 1 behandelt die Grundlagen des Verfahrens sowie die Entwicklung der veränderten stochastischen Material‐ und Geometrieparameter infolge Schädigung. In Teil 2 wird die Modellunsicherheit “Bauwerksprüfer” sowie das baupraktische Näherungsverfahren für eine Anwendung im Rahmen der RI‐EBW‐PRÜF vorgestellt. Basics and Development of Stochastic Models for a Structural Reliability Assessment of Reinforced Concrete Bridges on the Basis of the Results from Bridge Inspection A probabilistic method based on the reliability theory allows a quick assessment of the load bearing capacity of damaged reinforced concrete bridges. The aim is to support the bridge inspection engineer during the bridge inspection according to DIN 1076 and not to replace a static recalculation. It should allow a quick decision as to whether or not a restriction of the crossing traffic is necessary. With this method it is possible to achieve a better assessment of the influence of damages on reinforced concrete bridges which are seen in a visual bridge inspection. Part 1 of the two papers describes the basics of the methodology and shows the development of the stochastic models for the material and geometry parameters which have changed as a result of damage. In Part 2 the model uncertainty for the bridge inspector and the practical use in accordance with the RI‐EBW‐PRÜF are shown.     

Das Magnitude 8.8 Maule (Chile)‐Erdbeben vom 27. Februar 2010 — Ingenieuranalyse der Tsunamischäden,Teil 2

Das Maule (Chile)‐Erdbeben vom 27. Februar 2010 gehört zu den stärksten, weltweit jemals registrierten Erdbeben. Das seismische Ereignis löste einen Tsunami aus, der durch mehrere Wellenfronten verheerende Schäden an der Küste Chiles verursachte. Ereignisspezifische Besonderheiten aus der überlagerung der Effekte aus Erdbeben und darauffolgenden Flutwellen (Tsunami) waren Motivation, im Rahmen einer Erkundungsmission der Ingenieurgruppe der Deutschen Task Force im betroffenen Gebiet die Bauwerksschäden aufzunehmen und ihre regionale Verteilung zu dokumentieren. Der Beitrag vermittelt einen Eindruck von den durch den Tsunami bedingten Schäden; es wird der Versuch unternommen, das Verhalten der typischen Bauweisen unter den zeitlich sequentiell auftretenden extremen Einwirkungen aufzuzeigen. Die Auswertungen schließen an die Ingenieuranalyse der Erdbebenschäden an, so dass auf die im vorangegangenen 1. Teil des Beitrags vom August 2010 [1] gegebene allgemeine übersicht zum Gebäudebestand in Chile und zur Typisierung der Bauweisen verwiesen werden kann. Die Schäden aus dem Tsunami konzentrieren sich auf die eher ländlichen und ohnehin weniger tauglichen traditionellen Bauweisen in den Küstenregionen. An den wesentlichen Wirkungsmechanismen eines Tsunami werden die Verletzbarkeit der Bauweisen und die Effizienz einfacher baulicher Schutzmaßnahmen herausgearbeitet. Wie gezeigt werden kann, tragen Schäden aus Treibgut erheblich zum Schadensbild bei. The Magnitude 8.8 Maule (Chile) earthquake of February 27, 2010 — Engineering analysis of tsunami damages. The Maule (Chile) February 27, 2010 earthquake is regarded as one of the strongest earthquakes ever recorded world‐wide. The seismic event triggered a tsunami which caused by several wave fronts serious damage alongside the coastal border. Event‐specific characteristics from the overlay of the effects from earthquakes and following flood wave (Tsunami) were motivation to examine building damage and to document their regional distribution, in the context of a reconnaissance mission of the engineering group of the German Task Force for earthquakes. The paper provides an impression from the tsunami induced damage to the different building types under the impact of time‐varying sequence of extreme natural events. First results of the studies in [1] are related to the engineering analysis of earthquake damage. Therefore it can be referred to the overview of the building stock and the predominant structural systems in Chile given there. Damage caused by the tsunami is concentrated on rural and often less resistant traditional buildings in coastal areas. The main loading and impact components induced by the tsunami are used to explain the vulnerability of building types and the efficiency of simple structural measures. As the damage cases demonstrate, debris in its general sense has contributed to the observed effects.     

Entwicklung hybrider Stahl‐Glas‐Träger

Immer höhere Anforderungen an die Transparenz von Bauwerken führen zu einer stetigen Weiterentwicklung von tragenden Glaselementen, wobei dem Glas neben seiner ausfachenden Funktion mehr und mehr konstruktive Aufgaben zugedacht werden. Aktuelle Entwicklungen stellen die hybriden Stahl‐Glas‐Träger dar, bei denen schlanke Stahlflansche und Glasstege mittels geklebter Schubfugen zu einem “I”‐Träger zusammengesetzt werden [1]. Der Vorteil der linienförmigen Verklebung liegt hierbei in der gleichmäßigen Lasteinleitung in das Glasbauteil. Die Wahl des eingesetzten Klebstoffsystems trägt in Abhängigkeit seiner mechanischen Eigenschaften maßgeblich zum Tragverhalten des Verbundquerschnittes bei. Ebenso ist der Fugengeometrie eine große Bedeutung hinsichtlich der Tragfähigkeit und Herstellbarkeit zuzuordnen. Allerdings bestimmen Langzeiteffekte, wie Alterung des Klebstoffs und zeitabhängiges Tragverhalten, die Bemessung. Der Beitrag gibt einen Überblick über das systematische Vorgehen zur Untersuchung des Tragverhaltens und nennt wichtige Kriterien und Anforderungen beim Entwurf hybrider Stahl‐Glas‐Träger in Hin blick auf eine optimierte Ausnutzung der einzelnen Komponenten. Development of hybrid steel‐glass‐beams. Increasing higher requirements for transparent and filigree structures result in continuous development and improvement of load‐bearing glass elements, not only in a classic way being a space enclosing element but also increasingly offering load carrying functions. To realize architectural attractive transparent and lightweight constructions bonded hybrid steel‐glass beams have been developed, composed of slim steel flanges and glass webs which were assembled to ”I”‐beams using adhesives. The adhesive system significantly account for the structural behavior of the bonded composite section. Furthermore the joining geometry is of great importance concerning load carrying capacity and producibility but the design is governed by long‐term effects like ageing, creeping and time dependent load‐carrying behavior. This contribution shows the general systematic approach for the analysis of the load bearing behavior of hybrid steel‐glass beams and introduces important criteria and requirements for the design and its mechanical properties focused on an optimized exploitation of the components.     

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.     

Über die Querkrafttragfähigkeit des Betongurts von Verbundträgern im Bereich von großen Stegöffnungen

Wird bei Stahlverbundträgern der Steg des Stahlträgers durch große Öffnungen geschwächt, übernimmt in diesem Bereich der Betongurt einen Großteil der Querkraft. Die Analyse des sich dabei einstellenden Lastabtragungsmechanismus und die Ermittlung der Querkrafttragfähigkeit des Betongurts waren die Hauptthemen eines am Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion der Technischen Universität Kaiserslautern durchgeführten Forschungsprojektes, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wurde. Im folgenden Teil 1 des Aufsatzes werden die umfangreichen experimentellen und rechnerischen Untersuchungen und deren Ergebnisse dargestellt, wobei der Lastabtragungsmechanismus und die Versagensformen im Öffnungsbereich im Vordergrund stehen. Im Teil 2, der im nachfolgen Aprilheft erscheint, wird das darauf basierende Nachweiskonzept für den Betongurt vorgestellt. On the Shear‐Bearing Capacity of the Concrete Slab of Composite Beams in the Region of Large Web Openings – Part 1: Experimental und Numerical Investigations If the web of a composite beam is weakened by a large opening, the concrete slab carries most of the shear force in this region. The analysis of the load bearing mechanism and the determination of the shear‐bearing capacity were the main topics of a research project which was carried out at the Technical University of Kaiserslautern and was supported by the German Research Foundation (DFG). In the following part 1 of the report, the extensive experimental und numerical investigations as well as their results are presented. Special attention is paid to the load carrying mechanism and the failure modes. In part 2, which will follow in the April issue, the according concept for the design of the concrete slab is presented.     

Erfahrungen bei der Anwendung der neuen DIN 1052 mit Vergleichen zur Vorgängernorm

Mit Einführung der neuen DIN 1052 kommen nun auch im Holzbau das semiprobabilistische Sicherheitskonzept sowie neue Bemessungsregeln und zum Teil erheblich abgeminderte Festigkeitswerte im Vergleich zur alten Norm zur Anwendung. Um die Auswirkungen der niedrigeren Querdruckfestigkeiten aufzuzeigen, werden Vergleichsrechnungen am Beispiel einer eingespannten Stütze und eines Einfeldträgers durchgeführt und einige kritische Anmerkungen zu den in vielen Fällen erforderlichen Verstärkungsmaßnahmen gemacht. Bei Holzbalkendecken wird dargestellt, dass die neu aufgenommenen Empfehlungen zum Schwingungsnachweis die erforderliche Konstruktionshöhe bestimmen und damit Holzbalkendecken für größere Spannweiten unwirtschaftlich werden. Insgesamt zeigt sich bei Anwendung der neuen DIN 1052, dass der Planungsaufwand gegenüber der alten Norm erheblich anwächst. Experience in application of the new German code DIN 1052 in comparison with the previous standard. With the new German code DIN 1052 the semi‐probabilistic safety concept has been introduced for timber constructions as well as new design procedures and to some extent considerably reduced strength properties in comparison to the previous standard. For illustration of the impact of the low lateral pressure strength comparative calculations are performed using a clamped column and a simply supported beam and some critical comments are given for strengthening measurements required in many cases. For timber beam ceilings it is shown that the new recommendations for vibration control govern the required construction height und make such constructions inefficient for longer span lengths. In general, the complexity applying the new DIN 1052 is considerably higher than designing on the basis of the previous standard.     

Multifunktionale Gebäudehülle und Raum im Raum – Die Cité du Design in St. Etienne/Frankreich

Die nach den Plänen des deutsch‐französischen Architekten Finn Geipel errichtete Cité du Design in Saint‐Etienne soll sich zum führenden Zentrum für Design entwickeln und als solches wesentliche Impulse zum Strukturwandel in dieser zentralfranzösischen Region geben. Die Cité du Design bietet Raum für verschiedene Institutionen, Initiativen und Unternehmen aus dem Bereich des Design sowie der Informationstechnologie. Das Bauvorhaben besteht aus der sogenannten Platine, einem Aussichtsturm und den umgebauten Gebäuden einer ehemaligen Waffenmanufaktur (Bild 1). Die Platine spielt die zentrale Rolle im Gesamtprojekt: sie bietet wichtige Funktionen wie Ausstellungsräume, Säle für Veranstaltungen und eine Bibliothek. Der Aussichtsturm hatte als erstes fertig gestelltes Gebäude eine wesentliche kommunikationsstrategische Aufgabe zu erfüllen. Der vorliegende Aufsatz widmet sich den neu errichteten Gebäuden, d. h. der Platine und dem Aussichtsturm, die sich durch ihr filigran gestaltetes Stahltragwerk auszeichnen. Multifunctional building envelope and space‐and‐space – The Cité du Design in St. Etienne/France. The Cité du Design in Saint‐Etienne, built according to the German‐French architect Finn Geipel's designs, is planned to be developed as a leading centre of design and to drive further the structural change in this central French region. The Cité du Design offers space for various institutions, initiatives and companies from the field of design as well as information technology. The project consists of the so‐called Platine, an observation tower and renovated buildings of a former weapon factory. The Platine is the main part of the project and offers important functions such as showrooms, event halls, and a library. The observation tower, the first completed building, had to fulfil an essential task in communication strategy. The following essay presents the newly set up buildings, i. e. the Platine and the observation tower, both of which are characterised by their filigree steel structure design.     

Zur Berechnung von Holz‐Beton‐Verbundträgern mit Methoden der mathematischen Optimierung

Holz‐Beton‐Verbundkonstruktionen weisen als hybride Tragwerke gegenüber reinen Holz‐ bzw. Stahlbetonkonstruktionen zahlreiche Vorteile auf. Wesentlich für die Effizienz der Hybridbauweise ist die Ausbildung der Verbundfuge. Der vorliegende Beitrag stellt ein neues Verbundelement für Straßenbrücken in Holz‐Beton‐Verbundbauweise vor, welches im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Bauhaus‐Universität Weimar entwickelt wurde. Die rechnerische Analyse der Verbundkonstruktion erfolgt — abweichend von den im Hybridbau bisher üblichen Berechnungsmethoden — unter Anwendung von Energiemethoden und Nutzung von Algorithmen der mathematischen Optimierung. Calculation of timber‐concrete composite structures using mathematical optimization methods. Timber‐concrete composite structures have many advantages over conventional timber and re inforced concrete structures. The efficiency of such hybrid structures significantly depends on the properties of the com posite joint. This article presents a novel structural element for the joint of timber‐concrete composite bridges, which was developed as part of a research project at the Bauhaus‐Universität Weimar. In contrast to standard calculation methods, an energy method and the mathematical optimization is applied for the numerical analysis of the hybrid structure.     

Zur Entwicklung und zum Einsatz des Liquid‐V‐Dampers zur Tilgung von vertikalen Brückenschwingungen – Teil 1 – Mechanische Grundlagen und Wirkungsweise

Die Kenntnis über das dynamische Verhalten von Bauwerken gewinnt immer mehr an Bedeutung. Dies trifft insbesondere auf Brücken zu, die durch den Einsatz von hochfesten Materialien sowie komplexen Computerprogrammen schlanker und leichter denn je geplant und gebaut werden können. Dadurch wird die Berücksichtigung dynamischer Kriterien in der Planung und Bauwerksüberwachung unumgänglich. Eine Möglichkeit der Minimierung der auftretenden Schwingungen ist die Anordnung von Schwingungsdämpfern am Tragwerk, die bis dato hauptsächlich in der Form des Masse‐Feder‐Dämpfers realisiert wurden. In diesem zweiteiligen Beitrag soll der alternative Einsatz von Flüssigkeitsschwingungstilgern in V‐Form (Liquid‐V‐Damper) gegen vertikale Brückenschwingungen speziell für den Einsatz bei Fachwerkbrücken dargestellt werden. Dabei wird der Schwerpunkt im vorliegenden ersten Teil des Beitrages auf die mechanische Wirkungsweise gelegt, der zweite Teil beschäftigt sich mit den zugehörigen Versuchen sowie der praktischen Anwendung der Tilger. Auf die baupraktische Einsatzmöglichkeit der Liquid‐V‐Damper wird dabei ein besonderes Augenmerk gelegt. Development and use of the Liquid‐V‐Damper against vertical bridge vibrations. Part 1 – Mechanical basics and mode of operation. Nowadays the acknowledgment of the dynamical behavior of structures, in special for bridges, becomes more and more important because of the use of high strength materials and complex computer simulations. Due to that reasons these structures can be planed and build more slender and light weighted than ever. So the consideration of dynamical effects in the planning phase and the structure monitoring is indispensable. One possible method to reduce structural vibrations is the arrangement of dampers on the structure. The common type of dampers is the mass‐spring damper. In this two‐part paper the alternative use of tuned liquid column damper (Liquid‐V‐Damper) against vertical bridge vibrations in special designed for truss bridges is presented. The presented first part concerns with the mechanical mode of operation, the second part will present the corresponding testing series and the practical tuning of the damper. Special attention is paid to the practical use of the Liquid‐V‐Damper.     

Querbiegetragverhalten von Betondübeln bei Verbundtragwerken mit Trapezblechstegen

Die größere Querbiegesteifigkeit von Trapezblechstegen gegenüber herkömmlichen, ebenen Stegen führt zu konstruktiven und wirtschaftlichen Vorteilen im Verbundbrückenbau. Dadurch muss allerdings insbesondere bei Hohlkastenquerschnitten der Übertragung des Rahmeneckmomentes erhöhte Aufmerksamkeit geschenkt werden. Die Verbundfuge muss in der Lage sein, die auftretenden Querbiegemomente zu übertragen. Dadurch entstehen für die Verbundmittel Zusatzbeanspruchungen. Des Weiteren ist der Verzicht auf einen Stahlflansch, der hier im Wesentlichen als reiner Verbundmittelträger agiert, erstrebenswert, um das große wirtschaftliche Potential dieser Bauweise zu nutzen. Eine Verbundfugenausbildung bestehend aus einem in den Betongurt einbindenden Trapezblech und dem Betondübel als Verbundmittel erwies sich in Versuchen als sehr viel versprechend. Der vorliegende Aufsatz behandelt das Tragverhalten dieser Verbundfugenausbildung unter Querbiegebeanspruchung. Behavior of Composite Structures with Corrugated Steel Webs under Transverse Bending using Concrete Dowels Compared to plane webs, the use of corrugated steel webs in composite bridge constructions leads to economic and structural advantages due to their lateral stiffness. But, especially in corners of hollow box girders the attention has to be paid on the transfer of the bending moment from the concrete chord into the steel web. The composite joint must be able to bear this transverse bending moment. This leads to additional forces for the connectors. Furthermore, for an economical and more practicable connection method, a composite joint without a steel flange is necessary. Therefore, the connectors have to be fixed directly on the web and these connectors must transfer the transverse bending moment. This article deals with the load bearing behaviour of an embedded corrugated steel web in combination with concrete dowels under transverse bending.     

Tragverhalten und Dauerhaftigkeit einer schlanken Textilbetonbrücke

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