Zum Tragverhalten von Verbunddübeln — Teil 2: Ermüdungsverhalten

Verbunddübel stellen eine sehr tragfähige und robuste Verbindung zwischen Stahlbauteilen und Betonquerschnitten dar. Mittels Verbunddübelleisten lassen sich neue Querschnitte für den konstruktiven Ingenieurbau entwickeln. Der erste Teil der Veröffentlichung befasste sich mit der Technologie der Verbunddübel, deren Tragverhalten und der Bemessung der Verbindung unter ruhender Belastung. Für den Einsatz in Brücken ist das Verhalten unter dynamischen Lasten von Bedeutung und Schwerpunkt dieses Beitrages. Das Ermüdungsverhalten der neuartigen Verbindung wird anhand von zyklisch belasteten Biegeträgern untersucht, mit numerischen Simulationen verglichen und ein Bemessungsvorschlag auf Grundlage des Strukturspannungskonzeptes vorgestellt. Dabei wird sich auf die Betrachtung von Dübelleisten mit modifizierter Klothoidenform (MCL) beschränkt. Load bearing behaviour of composite dowels — Fatigue behaviour (part II). Composite dowels realise a high load bearing capacity and ductile connection between steel members and concrete parts. Using these composite dowels for shear transmission new systems of composite construction can be designed. The first part deals with the technology of composite dowels, it’s bearing behaviour and the design of the connection under static loads. For the use in bridges the cyclic load bearing behaviour becomes more important and on this is the focus of this paper. The behaviour of the new connection under fatigue loads is investigated by cyclic loaded simple supported beam tests compared to numerical simulations and a design concept is established on the basis of a hot spot model. The investigations are restricted to composite dowels implementing the modified clothoidal shape (MCL).     

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.     

Untersuchungen zum Verbundverhalten von Betondübeln in vorwiegend ruhend und nicht ruhend beanspruchten Konstruktionen

Stahlverbundkonstruktionen erlauben eine optimale Ausnutzung der charakteristischen Materialeigenschaften der Verbundpartner Baustahl und Stahlbeton. Mit besonderer Sorgfalt ist bei der Kombination der Werkstoffe Stahl und Beton die Verbundfuge zu konstruieren, hierzu wurde in den letzten Jahren der Betondübel entwickelt. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit weiterführenden Untersuchungen zu diesem Tragelement. Gegenstand er experimentellen Untersuchungen sind neue, kontinuierliche Schnittformen und die Verwendung von Betondübeln in Plattenbalkenquerschnitten. Erweitert werden diese durch numerische Analysen. Zusätzlich wird die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Standard‐Abscher‐Versuchen und Trägerversuchen kritisch beleuchtet. Abschließend wird die Integration alternativer Dübelformen in das bereits bekannte, an der Universität der Bundeswehr München entwickelte Bemessungsmodell vorgestellt. Investigations to the composite behaviour of concrete dowels in static and dynamic constructions. In the field of composite construction a perfect utilisation of the material characteristics of steel and concrete is possible. At this the composite joint has to be designed very careful. Therefore, the concrete dowel was developed in the last years. Within the presented paper new continuous cuts for the steel web were tested. Further, the influence of T‐beam cross sections to the load bearing behaviour was investigated. Finally the experimental tests were enhanced by FE simulations. Additionally to the tests the portability the component test results to the beam tests is discussed. At the end of the paper the integration of new cutting lines in the existing concrete dowel design guide is presented, which was also developed at the Universität der Bundeswehr München, Germany.     

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.     

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

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

Zum Durchstanzen von Flachdecken nach Eurocode 2

Die Regelungen zur Durchstanzbemessung im Eurocode 2 basieren im Wesentlichen auf den Modellvorstellungen in Model Code 90, der die Durchstanztragfähigkeit auf die Querkrafttragfähigkeit zurückführt. Nach Versuchsauswertungen ist diese Analogie für punktgestützte Platten jedoch nicht in jedem Fall zutreffend. Insbesondere für bügelbewehrte Platten ist bei der Bemessung nach Eurocode 2 ein Sicherheitsdefizit möglich, und es erscheint eine Anpassung der Bemessungsgleichungen zwingend erforderlich. Dieser Beitrag erläutert die Sicherheitsdefizite und schlägt verbesserte Bemessungsgleichungen vor. Punching of Flat Slabs according to Eurocode 2 The punching shear provisions according to Eurocode 2 are based on the design recommendations in Model Code 90 where no differentiation between shear and punching shear design is made. This approach is not fully confirmed by test results for flat slabs. In particular for flat slabs with stirrups as shear reinforcement some design provisions according to Eurocode 2 do not achieve the required safety level. Therefore adjustments to the design equations seem to be necessary. In this paper the Eurocode 2 provisions are critically reviewed and improved design regulations are proposed.     

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.     

Untersuchungen zum vertikalen Tragverhalten von Spundwänden

Spundwände werden im Wesentlichen auf Biegung infolge einer Belastung durch Erd‐ und Wasserdrücke beansprucht. Sie können aber auch zum Abtrag von Vertikallasten dienen. Das Tragverhalten von Spundwänden ist bei genauer Betrachtung äußerst komplex, da diesem eine räumlich und zeitlich gekoppelte Boden‐Bauwerk‐Interaktion zugrunde liegt. Für die praktische Bemessung muss das Tragverhalten daher stark idealisiert werden. Die Rechtfertigung der dafür notwendigen Modellvorstellungen sowie deren Vereinfachungen und Annnahmen sind, wie häufig in der Geotechnik, hauptsächlich durch Erfahrung begründet. Researching the vertical load bearing behaviour of sheet piles. Sheet pile walls are mainly used to carry loads caused by earth and water pressure via bending. In special cases these walls can be used to transfer vertical loads to the subsoil. The complex load bearing behaviour of sheet pile walls is caused by the sterical and temporal coupled soil structure interaction. For practical design the load bearing behaviour needs to be idealised. The apologies used to explain the model conceptions as well as their simplifications are, as usual in geotechnics, mainly motivated by operating experience.     

Betongelenke aus selbstverdichtendem und hochfestem Beton bei der neuen Elbebrücke Mühlberg

Neben der architektonisch ansprechenden Form weist die neue Elbebrücke Mühlberg mit Betongelenken aus selbstverdichtendem und hochfestem Beton technische Neuheiten auf. Für die Bemessung der Betongelenke sind Ergänzungen und Modifikationen der vorhandenen Bemessungsregeln gemäß [1] erforderlich. Weiterhin ist die umfängliche Erstanwendung von selbstverdichtendem und hochfestem Beton im Brückenbau eine weitere Herausforderung für die Beteiligten. In diesem Beitrag werden die neu aufgestellten Bemessungsregeln für die Betongelenke zusammenfassend erläutert und über die Erfahrungen im Zusammenhang mit der Anwendung von selbstverdichtendem und hochfestem Beton im Brückenbau berichtet. Concrete Hinge made of self compacting and high strength concrete for the new Elbe‐Bridge Mühlberg. Additional to a sophisticated architectural design the new Elbe‐Bridge Mühlberg shows technical novelty with concrete hinges made of self compacting and high strength concrete. For the design of concrete hinge in this construction few modifications and additions to the available design rules according to [1] are necessary. Furthermore the use of self compacting and high strength concrete in great volume is a challenge. In this paper the new design rules for concrete hinge are explained and the know how regarding on the use of self compacting and high strength in bridge construction are reported.     

Okavango River Bridge in Botsuana,Afrika – Elefantenzähne für den Okavango

Der Fluss Okavango im afrikanischen Botsuana mündet in ein inländisches Delta. Die dadurch entstehenden fruchtbaren Gebiete bilden die Grundlage für den einmaligen Artenreichtum der Flora und Fauna. Dies ist ein Anziehungspunkt für Touristen aus aller Welt. Zur Erschließung des nordöstlichen Teils des Deltas ist es geplant, die bestehende Fährverbindung durch eine feste Brückenverbindung als Schrägseilbrücke zu ersetzen. Um den Symbolcharakter des Bauwerks zu unterstreichen, wurden die Pylone in einer speziellen Gestaltungsidee als A‐Pylone in der Form von sich kreuzenden Elefantenzähnen entworfen. Es werden die Entwurfsgeschichte sowie wichtige Details der Konstruktion erläutert. Nach ihrer Fertigstellung wird die Okavango River Bridge die erste Schrägseilbrücke in Botsuana sein. Sie wird einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung und Entwicklung der Infrastruktur des Okavango‐Deltas leisten. Okavango River Bridge in Botsuana, Africa – Elephant tusks for the Okavango. The Okavango River in the African country Botsuana leads in a domestic delta. Due to the fact that the area is very fertile a unique species richness of flora and fauna has developed. This is a magnet for tourists from all over the world. For developing the north‐eastern part of the Delta, it is planned to replace the existing ferry service by a static link as a cable‐stayed bridge. To emphasize the symbolic character of the building the towers were designed in a special design idea as the A‐pylons in form of intersecting elephant tusks. It is the design history, as well as important details of the construction explained. After completion, the Okavango River Bridge will be the first cablestayed bridge in Botsuana. It will make a significant contribution to improving and developing the infrastructure of the Okavango Delta.     

Untersuchungen zur Festigkeit und Tragfähigkeit von Holz unter dem Einfluss chemisch‐aggressiver Medien

Holz zeigt eine hohe Beständigkeit gegenüber den meisten Chemikalien in allen drei Aggregatzuständen. Aus diesem Grund wird es häufig für Baukonstruktionen von chemischen Fabriken oder Lagerhallen für chemische Stoffe eingesetzt. Der Beitrag befasst sich mit dem aktuellen Stand der Erfassung der Korrosion und ihres Einflusses auf die Festigkeit von Holz und Brettschichtholz. Es wird die Berücksichtigung derartiger Einflüsse durch einen Modifikationsbeiwert” “Aggressive Medien” bei der Bemessung von Holzbauteilen erläutert. Studies on the strength and ultimate limit design of timber under the influence of chemically aggressive media. Timber has a high resistivity to chemically aggressive agents. This is one of the reasons why timber structures are frequently being used in the construction of storage halls for chemical materials or of industrial buildings with aggressive environment. In this paper the state of the art of corrosion in timber and the consideration the chemical action by using a modification factor in the limit state design is presented.     

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.     

Traglast von Verbandsstäben aus Hohlprofilen mit quasi‐zentrischem Knotenblechanschluss

m Hoch‐ und Industriebau werden oft Fachwerk‐ bzw. Verbandsstäbe mit Hohlprofilquerschnitten ausgeführt, die an beiden Stabenden eingeschlitzte Knotenbleche aufweisen. Diese schließen mittels einer einfachen Baustellenschweiß‐ bzw. Schraubverbindung an ebene – nicht weiter ausgesteifte – Bleche der weiterführenden Konstruktion an. Dabei wird in der Praxis mitunter ein quasi‐zentrischer Anschluss ausgeführt, indem das eingeschlitzte Knotenblech zur Stabachse eine Exzentrizität im Ausmaß der halben Knotenblechdicke aufweist, so dass die Stabexzentrizität minimiert wird. Nachfolgend wird das Tragverhalten und die Traglast derartiger Verbandsstäbe unter Zug‐ und Drucknormalkräften anhand numerischer Traglastberechnungen analysiert und mit einfachen Berechnungsmodellen der Ingenieurpraxis, auf Basis des Eurocodes – mit und ohne Erfassung der Exzentrizitäten, verglichen. Die geometrischen Parameter und Randbedingungen werden derart variiert, dass übliche praktische Fälle abgedeckt sind. Trotz der beschränkten Anzahl an untersuchten Einzelstabausführungen ist durch gezielte Variation der Haupteinflussgrößen eine allgemeine Beurteilung des Tragverhaltens möglich. Darauf aufbauend wird ein verbessertes Ingenieurmodell vorgestellt, das eine zutreffende Bemessung erlaubt. Load bearing capacity of bracing members with almost centric joints. In building constructions for bracing members often hollow sections are used with slotted gusset plates at the ends. These plates are attached to unstiffened plates of the adjacent construction. In practice sometimes a nearly centred joint is designed, by arranging the slotted gusset plate with an eccentricity of half the plate thickness to the member axis, so that the member eccentricity is minimised. In the paper the load carrying behaviour of such members under compression and tension is discussed based on numerical analyses with nonlinear FE models including imperfections. The results are also compared with simplified engineering models, based on the Eurocode. The geometric parameters and boundary conditions are varied in such a way that practical cases are covered and that the typical load carrying behaviour can be seen. Based on these results an improved engineering model for the design is represented.     

Temburong Bridge,Brunei – Design of two cable stayed bridges

The Temburong Bridge Project is a 30 km long dual two‐lane highway crossing over the Brunei Bay. It will connect the relatively isolated Brunei district of Temburong to the other three Brunei districts. The main objective of the project is to stimulate economic growth in the Temburong region by connecting it to the country's airport and ports. The alignment crosses two navigation channels resulting in the need for two cable stayed bridges – the Brunei Channel Bridge (145 m main span) and the Eastern Channel Bridge (260 m main span). The design of these cable stayed bridges is one of the first applications of the Eurocode to a fully concrete cable stayed bridge. Both cable stayed bridges draw on strong Islamic architectural influences from the region to form a tower shape that is unique and instantly recognisable. Temburong Brücke, Brunei – Entwurf von zwei Schrägkabelbrücken Die Temburong Brücke ist eine 30 km lange Verbindung über die Brunei Bucht mit zwei Richtungsfahrbahnen mit je zwei Fahrstreifen. Sie wird den relativ isolierten Distrikt Temburong mit den anderen drei Distrikten Bruneis verbinden. Hauptanliegen des Projekts ist die Stimulierung von ökonomischem Wachstum in der Temburong Region, indem sie an den Flughafen und Seehafen des Landes angebunden wird. Die Trassierung erfordert die Überquerung zweier Schiffahrtsrouten. Dies wird mit der Anordnung zweier Schrägkabelbrücken ermöglicht, der Brunei Channel Brücke (145 m Hauptspannweite) und der Eastern Channel Brücke (260 m Hauptspannweite). Die Bemessung der beiden Brücken stellt eine der ersten Anwendungen des Eurocode auf Schrägkabelbrücken mit Betonüberbau dar. Optisch sind die beiden Brücken geprägt von der islamischen Architektur der Umgebung, die Pylonform ist ein besonderes Erkennungsmerkmal der Brücken.     

Zur plastischen Tragfähigkeit von Straßenbrücken in Verbundbauweise mit längsausgesteiften Stegen

Mit der Einführung der Eurocodes ist nunmehr auch bei Verbundbrücken eine gewisse Ausnutzung plastischer Querschnittstragfähigkeiten sowie plastischer Systemreserven bei mehrfeldrigen Tragwerken möglich. Dies erlaubt eine höhere Wirtschaftlichkeit gegenüber der bisher üblichen weitgehend elastischen Auslegung. Insbesondere bei bestehenden Brückentragwerken könnte damit bei Ansatz der aktuellen höheren Verkehrslasten nach Eurocode oder aber bei Brückenverbreiterungen mitunter eine aufwändige Tragwerksverstärkung entfallen oder zumindest reduziert werden. Während bei Brücken mit kürzerer Stützweite und damit meist kompakten Querschnitten die plastischen Tragreserven gut einschätzbar sind, wird in diesem Beitrag der Fokus auf mehrfeldrige Brücken mit größerer Stützweite gelegt, deren Querschnitte zusätzliche Längssteifen aufweisen und damit – unter Voraussetzung elastischer Spannungsverteilung – beulgefährdet sind. Zuerst wird die alleinige Querschnittstragfähigkeit betrachtet. Dies erfolgt unter Voraussetzung hoher Beanspruchungsanteile vor Verbund, wie sie infolge der üblichen Montage ohne Rüstung und Hilfsjoche vielfach vorliegt. Nachfolgend wird auf die Auswirkungen bei Ausnutzung der plastischen Querschnittstragfähigkeit eingegangen, welche sich in Form der Umlagerung der elastisch ermittelten Schnittkräfte bei Durchlaufträgern ergeben. Aus den Berechnungsergebnissen für ein genauer untersuchtes, bestehendes Verbundtragwerk sind gewisse Einschränkungen bei der Ausnutzung der plastischen Querschnittstragfähigkeit erkennbar. Weiterhin werden mitunter zusätzliche, über die elastische Schnittkraftberechnung hinausgehende Berechnungsschritte erforderlich. Die diesbezüglichen Hinweise für eine praktische Vorgehensweise werden dargestellt. Plastic load bearing capacity of composite highway bridges with stiffened webs. The introduction of the Eurocodes made plastic design criteria available also for composite bridges, leading to more economical solutions compared with the previously elastic design rules. Particularly for old bridges with higher actual traffic loads, strengthening should therefore be avoidable or at least be necessary to a minor extent. For bridges with smaller spans and compact cross sections, the plastic load bearing capacity is clearly identified. In this paper the focus is placed on longer bridges with higher, stiffened girders, susceptible to local buckling. In a first step, the cross section capacity in bending is studied as an isolated case, based on high preloads acting on the steel girder only, due to the common assembling procedure without framework. In a second step, the effects on the whole structure are studied, because utilising the plastic section capacity leads to a redistribution of internal forces. Based on the comprehensive study of an old, actual strengthened composite bridge, some limitations for plastic design are noticed. Moreover, plastic design sometimes needs additional global analysis. Details of practical recommendations are given.     

Das Druckgurtmodell für Stahlbetonbauteile

In den vergangenen Jahren wurden verschiedene auf die Bemessung von Stahl‐ und Spannbetonbauteilen ausgerichtete theoretische Modelle entwickelt. Heute stehen das Zuggurtmodell, das Modell der gerissenen (Steg‐)Scheibe und das Druckgurtmodell zur Verfügung, auf deren Grundlage Verformungsverhalten und Tragwiderstände umfassend beurteilt werden können. Auf das Druckgurtmodell wird im vorliegenden Beitrag detailliert eingegangen. Es berücksichtigt die Festigkeits‐ und Duktilitätssteigerung durch eine Umschnürungsbewehrung sowie die bruchmechanisch begründete Entfestigung des Betons und die damit einhergehende Verformungslokalisierung. Auf der Grundlage neuerer Versuchsergebnisse können für die komplexen Interdependenzen zwischen diesen Effekten plausible Beziehungen angegeben werden. Die mithilfe des Druckgurtmodells gewonnenen Erkenntnisse sind für die Baupraxis von Bedeutung: Das Verhalten von auf Druck beanspruchten Bauteilen (z. B. Druckplatten von Brückenquerschnitten, Stützen) lässt sich zuverlässig erfassen; darüber hinaus ergeben sich wichtige Hinweise für die konstruktive Durchbildung. Compression Chord Model for Structural Concrete In recent years, several theoretical models have been developed with the scope on the design of reinforced and prestressed concrete structures. Today, the tension chord model, the cracked membrane model and the compression chord model are available, with which the deformation behaviour as well as ultimate loads can be determined. In the present contribution the compression chord model is discussed in detail. The model takes the increase of strength and ductility due to a confining reinforcement into account and considers the softening as well as the localisation of deformations accompanying the fracture of concrete. On the basis of new test results plausible relations for the complex interdependencies between these effects are found. The results of the compression chord model are relevant for practical applications: The behaviour of compressed members (e.g. in bridge girders or columns) can be assessed reliably; moreover, hints for the detailing of reinforcement can be deduced.     

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.     

Die Erhöhung des Nutzerkomforts von Fußgängerbrücken mit Massendämpfern am Beispiel des August‐Wilhelm‐Stegs in Oranienburg

Aufgrund ihrer schlanken Bauweise gelten viele Fußgängerbrücken bei personeninduzierten Belastungen als schwingungsanfällig. Die eventuelle Ausstattung einer Brücke mit zusätzlichen Dämpfungsmaßnahmen sollte bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden, damit bei Gewissheit, dass Maßnahmen notwendig sind, die Fertigstellung und Eröffnung der Brücke nicht verzögert wird. Im vorliegenden Beitrag wird am Beispiel des August‐Wilhelm‐Stegs in Oranienburg das Vorgehen zwischen Erkennen einer möglichen Schwingungsanfälligkeit, Prüfung der Erforderlichkeit schwingungsdämpfender Maßnahmen, Auslegung und Einbau sowie Überprüfung der Wirksamkeit erläutert. Dabei werden insbesondere die praktischen Aspekte bei der Auslegung der Massendämpfer erläutert. The increasing comfort of footbridges with mass dampers is exemplary shown with the August‐Wilhelm‐Steg in Oranienburg, Germany. Many footbridges are susceptible to pedestrian induced vibrations due to their slender design. Hence, an equipment with additional damping devices on demand should be considered already in the preliminary design phase to avoid unnecessary delays of the erection and opening, if the damping devices are required. In this article the procedure of identifying a potential vibration susceptibility, checking the necessity of damping devices, design and installation as well as checking the working efficiency of them are explained using the example of the August‐Wilhelm‐Steg in Oranienburg. Particular emphasis is laid on the practical aspects when designing tuned mass dampers.     

Netzgenerierung von Netzwerkbogenbrücken

Nachdem der Netzwerkbogen über Jahrzehnte nahezu unbeachtet blieb, bildet er heute einen immer beliebteren Bestandteil des Brückenbaurepertoires. Seine statischen Vorteile überzeugen mehr und mehr Brückenbauverwaltungen, so dass in aller Welt zahlreiche neue Netzwerkbogenbrücken entstehen. Umso interessanter werden Hinweise für einen einfachen, raschen und nahezu optimalen Vorentwurf, gerade für “Einsteiger” auf dem Gebiet. Die größte Schwierigkeit beim Entwurf ist die Hängeranordnung, die durch Variablen wie Anzahl der Hängersets, Anzahl der Hänger pro Set sowie Neigungswinkel und Position jedes Hängers beschrieben wird. Anstatt der sehr aufwendigen Bestimmung von Lage und Neigung jedes einzelnen Hängers empfiehlt sich die Verwendung von Generierungsvorschriften für den Entwurf des gesamten Hängernetzes. Die gängigsten Generierungsverfahren Rautennetz, konstante Winkeländerung, konstanter Abstand sowie radiale Hängeranordnung werden erläutert und beurteilt. Letztendlich kristallisiert sich die radiale Hängeranordnung als eine Methode heraus, die auf sehr einfache und schnelle Art und Weise zu einer statisch sehr vorteilhaften Hängeranordnung führt. Generation of network arch hanger arrangements. After the network arch remained almost completely unnoticed for decades, it now constitutes an increasingly popular element of today's bridge construction repertory. Its structural advantages convince more and more bridge authorities, so that numerous new network arches are built all over the world. This circumstance calls for straight‐forward and quick ways to nearly optimal preliminary designs, especially for engineers who are new to this type of bridge. The biggest design challenge is the hanger arrangement that depends on the number of hanger sets, number of hangers per set as well as the hanger slope and hanger position. Instead of determining the geometry of each hanger individually, it is recommended to use general generation methods. The most common generation methods rhombus net, constant angle change, constant distance as well as the radial arrangement are discussed and evaluated. Ultimately, the radial arrangement turns out to be a very easy and fast method to obtain structurally very advantageous hanger arrangements.     

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.