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Kongresse - Symposien - Seminare - Messen Bautechnik 3/2015 258 Veranstaltungskalender

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 Inhalt

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Morgen, Karl Baukultur geht alle an Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 177-178 Editorial

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Meier, Andreas Der späte Zwang als unterschätzter - aber maßgebender - Lastfall für die Bemessung - Teil 2: Hinweise für Tragwerksplaner Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 179-190 Fachthemen

Kurzfassung

In den letzten Jahren wurde häufig (u. a. in [1], dem Teil 1 dieses Beitrags) auf die Thematik des zu bemessenden Zeitpunkts und den Ansatz der effektiven Betonzugfestigkeit fct,eff bei der Ermittlung der rissbreitenbegrenzenden Bewehrungsmenge eingegangen. Nicht zuletzt wurde in [2] eine betontechnologische Betrachtung dieses Themas unter Berücksichtigung der Ansätze des Eurocode 2 [3, 4] vorgenommen.
Da eine abschließende, allgemeingültige Klärung nicht möglich ist, wird in diesem Aufsatz versucht, einige Hinweise zu geben und mögliche Lösungsansätze aufzuzeigen. Die dargestellten Möglichkeiten liegen dabei immer auf der (tragwerks)planerisch “sicheren” Seite, wodurch sie gezwungenerweise nie die wirtschaftlichste Lösung darstellen können.

The late restraint as an underestimated - but authoritative - load case in design. Part 2: Information for structural designers
Over the last few years the design approach for the point in time and the value of the concrete tensile strength effective fct,eff for calculating the amount of reinforcement required for crack control frequently (e.g. in [1]) has been discussed. Not least, in [2] a concrete technology approach of the topic was made taking the Eurocode 2 [3, 4] approaches into account.
Because a final and universal clarification is not possible this paper is intended to provide some indications and identify some solution approaches. The shown possibilities are always on the safe side concerning the structural design. It is thus possible it might not necessarily be the most economical solution.

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Neugebauer, Pia; Zedler, Thomas; Pohl, Sophia; Mark, Peter Rissbreitenbegrenzung mit verzinkter Bewehrung Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 191-200 Fachthemen

Kurzfassung

Die für Bauteile aus Konstruktionsbeton nachzuweisende Begrenzung der Rissbreiten dient in der Regel vornehmlich dem Korrosionsschutz der Bewehrung und damit der Erhöhung der Dauerhaftigkeit. Ausführungsbeispiele von Ingenieurbauwerken aus jüngster Vergangenheit haben gezeigt, dass bei Anwendung des EC2 der Nachweis zur Rissbreitenbegrenzung häufig maßgebend für die Bemessung wird. Wird der Korrosionsschutz insofern durch den Einsatz verzinkter Bewehrung erreicht, könnten die daher rührenden Anforderungen an die Rissbreitenbegrenzung aus technischer Sicht eine Abminderung erfahren. Klaffende Risse sind jedoch in jedem Fall zu vermeiden. In der Literatur dokumentierte Untersuchungen zeigen hierzu, dass die für die Rissbreitenbegrenzung ausschlaggebende Verbundwirkung von feuerverzinkter und herkömmlicher Bewehrung nicht als gleichwertig beurteilt werden kann [1]. Eine allgemein gültige Quantifizierung des Unterschieds ist jedoch nicht vorzufinden. Vor diesem Hintergrund wurden von den Autoren eigene experimentelle Untersuchungen zur Verbundwirkung verzinkter Bewehrung durchgeführt, die in dem vorliegenden Beitrag vorgestellt werden. Über deren Auswertung wird im Anschluss ein praxistauglicher Ansatz entwickelt, der der rechnerischen Berücksichtigung verzinkter Bewehrung beim Nachweis der Rissbreitenbegrenzung dient.

Crack limitation with zinc-coated reinforcement
The check of a sufficient crack width limitation is an essential part within the serviceability design of RC structural members. Examples from the recent past have shown that it often gets decisive for the overall reinforcement content in infrastructure projects like tunnels when the design provisions of EC2 are applied. Besides other criteria crack limitations are mainly used to increase the structures durability by protecting the applied reinforcement against corrosion. In case this corrosion protection is given by coating (galvanizing) the rebars with zinc, the corresponding requirements for allowable crack widths could be reduced from a technical point of view. However, excessive cracking has to be prevented in any case. The bond behavior of the reinforcement is the most important issue for keeping crack widths limited. In this regard, studies by other authors, e. g. [1], have identified deviations between regular and zinc-coated rebars, without deriving a quantitative ratio for the different bonding types and bar diameters. Thus, comparative experimental investigations on the bond behavior and the crack limiting effect of zinc-coated to regular reinforcements have been conducted by the authors. Theoretical approaches are derived to describe the different bond behaviors and their effects on the crack width limitation.

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Müll wird zu Strom und Fernwärme - Amager Bakke, Kopenhagen Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 200 Aktuell

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Krakowski, Waldemar; Empelmann, Martin Rissbreitenberechnung bei Flächentragwerken mit beliebig orientierter Bewehrung - Erweiterte Nachweisführung zu DIN EN 1992-1-1/NA Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 201-209 Fachthemen

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Die Berechnung der Rissbreite von Stabtragwerken entsprechend DIN EN 1992-1-1 in Verbindung mit dem nationalen Anhang führt auf den bekannten und bewährten Ansatz der DIN 1045-1. Der Nachweis gilt gleichermaßen für Bauteile unter Zug- als auch unter Biegebeanspruchung. Wesentliche Kenngrößen wie z. B. die Betonzugfestigkeit, der Stabdurchmesser und der Bewehrungsgrad werden mechanisch konsistent und ausreichend genau berücksichtigt. Für die Anwendung bei Flächentragwerken mit beliebig orientierter Bewehrung (Platten und Scheiben) sind die Angaben in DIN EN 1992-1-1 jedoch nicht ausreichend. Daher wurde im Rahmen von zwei Forschungsvorhaben ein verallgemeinerter Ansatz zur Berechnung der Rissbreiten entwickelt, der die bisherigen Regelungen auch auf Flächentragwerke mit beliebig orientierter Bewehrung erweitert. Im Beitrag werden die Grundlagen der Rissbreitenberechnung bei Flächentragwerken erläutert, ein neuer Ansatz vorgestellt sowie mit zur Verfügung stehenden Versuchsdaten abgeglichen und die Anwendung anhand eines typischen Ingenieurbauwerks aufgezeigt.

Crack width calculation for shell elements
The crack width calculation given in DIN EN 1992-1-1 is based on a tension strut model. Influenced by the main parameters as concrete tensile strength, diameter of reinforcement and reinforcement ratio this approach shows good agreement with test data. But application to shell elements like plates or panels is not possible without modification especially for arbitrary reinforcement orientation to the tensile direction. Therefore an extended approach has been developed for calculating crack widths of shell elements in any case. Based on tests this new approach allows variable application for the analysis of plates in bending and panels in tension. The approach has been checked against test data and other models known from literature. The application is demonstrated on a typical construction.

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Förderpreis Beton 2014 Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 209 Aktuell

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Schoening, Janna; Hude, Florian; Hegger, Josef Hochfeste Bewehrung S 670 in biegebeanspruchten Stahlbetonbauteilen - Vergleich des Riss- und Verbundverhaltens von hochfester und herkömmlicher Bewehrung Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 210-219 Fachthemen

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Hochfeste Bewehrung S 670 wird seit mehr als zehn Jahren sowohl in der Geotechnik als auch zur Bewehrung von Druckgliedern eingesetzt. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde nun der Einsatz in Biegebauteilen untersucht. Dabei lag das Hauptaugenmerk auf dem Verbundverhalten und der Rissbreitenentwicklung von S 670 sowie dem Vergleich mit herkömmlicher Bewehrung B 500 B bzw. höherfester Bewehrung S 600, die wie S 670 eine hohe bezogene Rippenfläche aufweist.
Neben der Herleitung von Verbundkennwerten und einer Verbundspannungs-Schlupf-Beziehung wurden Rissbreitenmessungen an Bauteilen durchgeführt und eine mögliche Anpassung der Rissbreitenberechnung nach EN 1992-1-1 diskutiert. In diesem Beitrag werden die wichtigsten Ergebnisse des Forschungsberichts zusammengefasst und ein Vergleich der rechnerischen, numerischen und experimentellen Rissbreiten in Biegebauteilen dargestellt.

High-strength reinforcement in concrete members subjected to bending
High strength reinforcement has been used in geotechnical applications and for structural applications in columns and shear walls for more than 10 years. A recent research program dealt with the application for flexural members. The main topics were the bond behavior and the crack width prediction of S 670 as compared to common reinforcement B 500 B and higher strength reinforcement S 600 which has a similar relative rib area as S 670.
In the project the bond behavior was tested and a bond stress-slip relationship was developed. Further, the crack calculation according to EN 1992-1-1 was adapted. This report gives a summary of the main results of the research report and shows a comparison of the calculated, numerical and experimental results of crack width for different specimen.

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Aktuell: Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 219 Aktuell

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Mündecke, Eric; Mechtcherine, Viktor Untersuchung zum Tragverhalten von zugbeanspruchten Bauteilen aus hochduktilem Beton und Stahlbewehrung Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 220-227 Fachthemen

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Hochduktiler Beton ist ein mit kurzen Kunststofffasern bewehrter Hochleistungsverbundwerkstoff auf Zementbasis, der unter Zugbelastung eine hohe nichtelastische Verformbarkeit und ein verfestigendes Materialverhalten aufweist. Der alleinige Einsatz von Fasern als Bewehrung ist im konstruktiven Ingenieurbau jedoch auf wenige Anwendungsgebiete beschränkt, sodass in tragenden Bauteilen eine Kombination von hochduktilem Beton und konventioneller Stahlbewehrung erforderlich wird. Das Zusammenwirken beider Bewehrungsarten soll ein günstiges Trag- und Verformungsverhalten von zugbeanspruchten Bauteilen herbeiführen. Die rissüberbrückende Wirkung der Fasern führt dabei zu einer deutlichen Steigerung der Tragfähigkeit und hat durch die geringen Verformungen im Zustand II einen günstigen Einfluss auf die Gebrauchstauglichkeit. Des Weiteren werden durch das Zusammenwirken von Fasern und Stahlbewehrung die Rissbreiten deutlich reduziert und dadurch eine wesentliche Verbesserung der Dauerhaftigkeit erzielt. Um diese Zusammenhänge im bauwerkrelevanten Maßstab nachzuweisen und zu analysieren, wurden einaxiale Bauteilzugversuche durchgeführt, auf deren Basis das globale und lokale Zugtragverhalten der großformatigen Verbundkörper beschrieben werden kann. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen dargestellt und Schlussfolgerungen in Bezug auf die Bemessung und Konstruktion von zugbeanspruchten Stahlbetonbauteilen aus hochduktilem Beton gezogen.

Structural behaviour of steel-bar-reinforced SHCC elements subjected to tensile loading
Strain-hardening cement-based composite (SHCC) is a high-performance cementitious material which exhibits high, non-linear deformation capabilities and strain-hardening behaviour under tensile loading. This behaviour is achieved by utilizing micro-mechanical effects which induce multiple cracking by bridging cracks with polymer fibres. The goal of the research work at hand is to acquire a deeper understanding of the interaction between steel reinforcement and SHCC under tensile loads. The mechanical interrelation between these two materials is governed by the tensile-deformation behaviour of both steel and SHCC and the bond between them as well. The material properties and their combined influence on the global and local deformation behaviour of structural members under tensile load were analysed in order to enable the sustainable, efficient design of structures made of steel-reinforced SHCC (R/SHCC). A series of large-scale uniaxial tension tests was carried out to investigate the influence of the reinforcement ratio on the deformation and cracking behaviour of R/SHCC elements. The results showed that the load bearing-deformation characteristics of the elements under tensile load is governed by the multiple-cracking behaviour of the SHCC after initial cracking. It could be concluded that the multiple cracking of SHCC enhances the load-bearing capacity of the slab in comparison to slabs made of ordinary RC and prevents the development of large cracks, even at low reinforcement ratios.

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Schöllhammer, Daniel; Wimmer, Heinz Bemessung von Stahlbetonstützen mittels Smartphone Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 228-234 Berichte

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Durch die zunehmende Verbreitung und Leistungssteigerung von Smartphones und Tablets werden diese vermehrt zu mobilen Hilfsmitteln in der täglichen Planungsarbeit. In einem unlängst publizierten Bericht [1] wurde eine Applikation für die Biege- und Schubbemessung einfacher Träger bzw. Querschnitte präsentiert. In der vorliegenden Publikation wird eine Anwendung zur Bemessung von Stahlbetonstützen am Ersatzstab mit Rechteck-, Kreis- und Kreisringquerschnitten im Normalbetonbereich vorgestellt. Die Berechnung erfolgt iterativ nach Theorie 2. Ordnung mittels des Nennkrümmungsverfahrens. Für die Querschnittsbemessung wird ein NEWTON-Verfahren implementiert, welches auf Basis von Grenzdehnungslagen die Gleichgewichtsaufgabe löst. Für die Betonspannungen wird die Parabel-Rechteck-Verteilung angesetzt. Die Applikation basiert auf dem derzeit gültigen Regelwerk EN 1992-1-1 mit nationalem Anhang (NAD).

Design of Reinforced Beam Columns for mobile applications
The increasing spread and performance of smartphones and tablets make them to mobile tools in everyday planning work. In a recently published report [1] a mobile application was presented which deals with the design of simple RC-beams and -cross sections loaded by shear and bending moment. In our work we extend this for the design of reinforced beam columns, modelled as a fictitious member with rectangular or circular cross sections and normal strength concrete. The analysis is made iteratively considering second order theory and the method of nominal curvature. For the repeated design of the cross section Newton's method is implemented falling back on specific strain distributions which are able to satisfy equilibrium. The stress-strain relation of concrete follows the parabola-rectangular diagram. The application is founded on the currently valid code of practice EN 1992-1-1 and the national application document.

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell 3/2015 Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 235-240 Beton- und Stahlbetonbau aktuell

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Persönliches:
Frank-Ulrich Drexler 60 Jahre

Nachrichten: Ingenieurpreis 2015 verliehen / Bau des Betongartens BUGA 2015 abgeschlossen / VDI setzt auf Digitalisierung der Baubranche

Zuschriften zu: Stefan Polónyi: Zuviel Stahl im Beton? DOI:

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Kongresse - Symposien - Seminare - Messen Beton- und Stahlbetonbau 3/2015 241-242 Veranstaltungskalender

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Content: Geomechanics and Tunnelling 3/2015 Geomechanics and Tunnelling 3/2015 Content

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Thuro, Kurosch TBM tunnelling in hard rock and in soil / TVM-Vortrieb in Fest- und Lockergesteinen Geomechanics and Tunnelling 3/2015 182-183 Editorial

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News: Geomechanics and Tunnelling 3/2015 Geomechanics and Tunnelling 3/2015 184-190 News

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Ceremonial tunnel breakthrough in the Granitztal valley / Feierlicher Tunnelanschlag im Granitztal
TBM start at the Boßler Tunnel / TVM am Boßlertunnel gestartet
Start of excavation of the Imberg Tunnel / Vortriebsbeginn am Tunnel Imberg
Start of the main bores of the Brenner Base Tunnel / Startschuss für die Hauptröhren des Brenner Basistunnels
South drive broken through at the Ceneri Base Tunnel / Südvortriebe am Ceneri-Basistunnel durchgeschlagen
Breakthrough of the second bore at the Gleinalm Tunnel / Durchschlag zweite Röhre Gleinalmtunnel
Complete upgrading of the Karawanken Tunnel agreed / Vollausbau des Karawankentunnels vereinbart
Implenia awarded infrastructure project in Norway / Implenia erhält Infrastrukturprojekt in Norwegen
The 2015 ITA Tunnelling Awards / ITA lobt eigenen Tunnelbaupreis aus
Call for papers - Themes for the next issues of Geomechanics and Tunnelling / Themen für die nächsten Ausgaben der “Geomechanics and Tunnelling”

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Thuro, Kurosch; Wilfing, Lisa; Wieser, Carola; Ellecosta, Peter; Käsling, Heiko; Schneider, Eckart Hard rock TBM Tunnelling - on the way to a better prognosis? / TBM-Hartgesteinsvortriebe: Auf dem Weg zu einer verbesserten Prognose? Geomechanics and Tunnelling 3/2015 191-199 Topics

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Five universities from Austria, Germany and Switzerland, working intensively together with partners from the industry, client organisations, companies, consultants and TBM manufacturers, have combined to develop a new prognosis model for TBM advance rate and disc wear (the “ALPINE MODEL”). This article presents some new results from the project. Fundamentally, the new model is to be a development of the model from Gehring, which calculates the penetration from the ratio of disc load to uniaxial compression strength. Since this equation was derived from data collected from a limited number of projects in the 1980s, it is of great importance to widen the data base and to establish a standardised process for this purpose. For on-site tests, the “Start-stop-penetration test” is considered the most efficient and suitable method. This test can be carried out with the TBM in the course of tunnelling and thus results in little delay. In addition to the recording of TBM data during the penetration test, detailed geological documentation of the face and the tunnel sides has to be undertaken, accompanied by geomechanical laboratory tests. A large number of such penetration tests have now been carried out on various tunnel projects in order to validate and improve the basic formula. Some of the first results are described in this article. Further themes include the rock mechanical parameters to be used, the influence of the primary stress conditions at the face and the abrasiveness of the rock.
Fünf Universitäten aus Österreich, Deutschland und der Schweiz, die intensive mit Partnern aus der Wirtschaft, Bauherren, Firmen, Ingenieurbüros und TBM Herstellern zusammenarbeiten, entwickeln gemeinsam ein neues Prognosemodell für die TBM Vortriebsleistung und den Rollenmeißel-Verschleiß (das “ALPINE MODEL”). In diesem Artikel werden einige neue Ergebnisse dazu vorgestellt. Grundsätzlich soll das neue Modell wie das zugrunde liegende Modell von Gehring aufgebaut sein, dessen Basis aus der Berechnung der Penetration durch das Verhältnis von Diskenlast und Einaxialer Druckfestigkeit besteht. Nachdem diese Beziehung aus Daten abgeleitet ist, die in 1980er-Jahren aus einer beschränkten Anzahl von Projekten gesammelt wurden, ist es von unmittelbarer Bedeutung, diese Datenbasis auszuweiten und dafür ein Standardverfahren zu etablieren. Für Vor-Ort-Versuche wird der sog. “Start-Stop-Penetrationsversuch” als effizienteste und geeignetste Methode angesehen. Dieser Versuch kann mit der TBM während des Vortriebs durchgeführt werden und führt daher nur zu sehr geringen Vortriebsverzögerungen. Neben der Aufzeichnung der TBM Vortriebsdaten während des Penetrationsversuchs muss eine detaillierte geologische Dokumentation der Ortsbrust und der Laibung sowie felsmechanische Laboruntersuchungen der Gesteine vorgenommen werden. Eine große Anzahl von solchen Penetrationsversuchen wurde bei unterschiedlichen Tunnelprojekten durchgeführt, um die Basis-Formel zu validieren bzw. zu verbessern. Einige erste Ergebnisse werden in diesem Artikel vorgestellt. Andere Themen umfassen die heranzuziehenden felsmechanischen Kennwerte, den Einfluss der Primärspannungsbedingungen an der Ortsbrust und die Abrasivität des Gesteins.

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Schuller, Erik; Galler, Robert; Barwart, Stefan; Wenighofer, Robert The transparent face - development work to solve problems in mechanized hard rock tunnelling / Die gläserne Ortsbrust - Entwicklungsarbeiten zur Lösung von Fragestellungen rund um maschinelle Vortriebe im Festgestein Geomechanics and Tunnelling 3/2015 200-210 Topics

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While image-based face documentation is well established in conventional tunnelling, even photogrammetric 3D reconstruction, this technical aid is not available in mechanized tunnelling. In a research project of the Chair of Subsurface Engineering with Geodata GmbH, work is underway to develop an imaging device, which is mounted in the cutterhead of a TBM and takes pictures during the maintenance shift that can be used for a photogrammetric reconstruction of the face. In the present article, the results of the first test images are presented. These were undertaken on a tunnel boring machine on the ÖBB project Koralm Tunnel KAT2 in agreement with the research initiative of the ÖBB-Infrastruktur AG.
Beside the optical imaging of the face, the determination of the load acting on disc cutters is another focus of research at the Chair. The Disc Cutter Load Monitoring (DCLM) system can be used to provide detailed information about the face and its properties affecting excavation with discs, and further forecasts about penetration and tool wear can also be made. The development of the disc cutter load monitoring system is part of the DRAGON project, which is supported by the European Commission under the FP7 Programme. Finally, the small scaled cutting test of the Chair of Subsurface Engineering is presented. This test rig is designed as an addition to conventional hydraulic testing presses and offers the capability of setting penetration and cutting track spacing. The samples used are half cylinders made from drill cores. The first comparison of the test results with those from large-scale cutting tests have shown that the model cutting test delivers results that are well suitable for the forecasting of TBM performance.
Während die bildbasierte Ortsbrustdokumentation bis zur photogrammetrischen 3D-Rekonstruktion in konventionellen Vortrieben gut etabliert ist, fehlt es im maschinellen Tunnelbau an diesen Hilfsmitteln. In einem Forschungsprojekt des Lehrstuhls für Subsurface Engineering mit der Geodata GmbH wird an der Entwicklung einer Aufnahmeeinheit gearbeitet, die im Bohrkopf einer TBM montiert wird und in der Wartungsschicht Bilder von der Ortsbrust aufnimmt, die Grundlage einer photogrammetrischen 3D-Rekonstruktion der Ortsbrust bilden. Im vorliegenden Beitrag werden Ergebnisse erster Testaufnahmen präsentiert, die auf einer Tunnelvortriebsmaschine des ÖBB-Projekts Koralmtunnel KAT2 in Übereinstimmung mit der Forschungsinitiative der ÖBB-Infrastruktur AG vorgenommen wurden.
Neben der optischen Aufnahme der Ortsbrust ist die Schneidkraftermittlung von Diskenmeißeln ein weiterer Forschungsschwerpunkt des Lehrstuhls. Durch den Einsatz eines Disc Cutter Load Monitoring (DCLM) Systems können detaillierte Aussagen über die Ortsbrust und deren Abbaueigenschaften mit Disken als auch weiterführend Prognosen über die Penetration und den Werkzeugverschleiß getätigt werden. Die Entwicklung des Diskenkraftmesssystems erfolgt im Rahmen des DRAGON-Projekts, das von der Europäischen Kommission im Rahmen des FP7 Programms unterstützt wird. Abschließend wird der Modellschneidversuch des Lehrstuhls für Subsurface Engineering präsentiert. Die Versuchseinrichtung ist als Ergänzung für herkömmliche hydraulische Prüfpressen konzipiert und verfügt über die Möglichkeit zur Einstellung von Penetration und Schneidspurabstand. Als Probekörper dienen Halbzylinder, die aus Bohrkernen hergestellt werden. Erste Vergleiche der Versuchsergebnisse mit jenen von großmaßstäblichen Schneidversuchen haben gezeigt, dass der Modellschneidversuch Ergebnisse liefert, die gut für die TBM Leistungsprognose geeignet sind.

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Küpferle, Jakob; Röttger, Arne; Alber, Michael; Theisen, Werner Assessment of the LCPC abrasiveness test from the view of material science / Bewertung des LCPC-Abrasivitätstests aus werkstofftechnischer Sicht Geomechanics and Tunnelling 3/2015 211-220 Topics

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The abrasiveness of crushed rock is determined in the design phase of a tunnelling project to estimate the wear on excavation and boring tools, using for example the LCPC abrasiveness test. Considered from the point of view of material science, there are problems with the validity of such an index value since important tribological factors, like for example the internal structure of the sample impeller (size, phase composition) are not considered in the current testing standard (AFNOR P18-579). In this investigation, LCPC tests were performed with impellers of various steels of the same and different hardnesses against two abrasives (Mohs hardness 7, 9) in order to determine the influence of the internal structure and the associated tribo-mechanical properties on the LCPC index value (ABR). In addition to the material hardness required by the standard (60 to 75 HRB ≈ 105 to 140 HV 10 according to DIN EN ISO 18265-2013), sample materials with higher hardness values were also used in order to extend the basis of the LCPC abrasiveness index to these practically applicable material groups. The results make clear that awareness has to be raised regarding the materials used for the LCPC test. An abrasive can be classified differently just by using various materials of the same hardness. In order to obtain reliable and reproducible index values for the abrasiveness of crushed rock, it is necessary to consider the influence of materials in future recommendations for the LCPC.
Die Abrasivität von Lockergestein wird im Rahmen der Planungsphase eines Tunnelbauprojekts zur Abschätzung des Verschleißes an Abbau- und Bohrwerkzeugen bestimmt, beispielsweise durch den LCPC-Abrasivitätstest. Aus werkstofftechnischer Sicht ergeben sich Schwierigkeiten in Bezug auf die Aussagekraft eines solchen Indexwertes, da wichtige tribologische Einflussfaktoren wie z. B. das Gefüge des Prüfflügels (Größe, Phasenzusammensetzung) in der aktuellen Prüfnorm (AFNOR P18-579) nicht berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Untersuchung wurden LCPC-Versuche mit Drehflügeln aus verschiedenen Stählen gleicher und unterschiedlicher Härte gegen zwei Abrasive (Mohshärte 7, 9) durchgeführt, um den Einfluss des Gefüges und den damit verbundenen tribo-mechanischen Eigenschaften der Prüfflügelwerkstoffe auf den LCPC-Indexwert (ABR) zu ermitteln. Neben Werkstoffhärten, die nach Norm gefordert werden (60 bis 75 HRB ≈ 105 bis 140 HV 10 nach DIN EN ISO 18265-2013), fanden auch Prüfwerkstoffe mit höheren Härtewerten Anwendung, um die Datenbasis des LCPC-Abrasivitätsindex auf diese anwendungsnahen Werkstoffgruppen auszuweiten. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine Sensibilisierung im Umgang mit dem LCPC-Versuch in Bezug auf die verwendeten Werkstoffe erforderlich ist. Ein Abrasiv lässt sich unterschiedlich klassifizieren, nur durch die Nutzung von verschiedenen Werkstoffen derselben Härte. Um aussagekräftige und reproduzierbare Indexwerte für die Abrasivität von Lockergestein bestimmen zu können, ist es notwendig, werkstofftechnische Einflüsse in zukünftigen Empfehlungen für den LCPC-Versuch zu berücksichtigen.

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Skuk, Stefan; Wegscheider, Daniel Brenner Base Tunnel - a 10.5 km double shield TBM drive in granite / Brenner Basistunnel - 10,5 km Doppelschild-TBM im Granit Geomechanics and Tunnelling 3/2015 221-238 Topics

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The Brenner Base Tunnel, with two main bores and an investigation tunnel running parallel in the middle, crosses the main ridge of the Alps beneath the Brenner Pass and the border of Austria and Italy. The first construction contract was a 10.5 km long investigation tunnel bored by a double shield machine in granite. Numerous investigation measures, laboratory tests and geological face surveys were carried out, and the TBM data was recorded on a 10-second cycle. Due to the large amount of data and the very well known homogeneous geology, it seemed appropriate to develop correlations between the data of the rock mass, the rock and the TBM. Statistically reliable statements could be derived. The unconfined compression strength of the rock, discontinuity parameters and index parameters such as the RMR (Rock Mass Rating), GSI (Geological Strength Index) and RQD (Rock Quality Designation) were compared with the penetration behaviour. GSI values between 30 and 40 showed four times the penetration rate compared to GSI values between 90 and 100. This applies similarly for the RQD, RMR and discontinuity spacing values.
The objective was to precisely localize rock mass zones with a high degree of fracturing or faults for the main bores. This is only possible to a limited extent from the face surveys since the sides of the tunnel are not visible between the individual face surveys and the delivered information is not complete. By matching the geological face information with the TBM data, the faulted rock mass zones in the investigation tunnel could be defined well. In addition, experience from the investigation programme and its geotechnical monitoring is described. The constant presence of geologists on the TBM, the installation of measurement segments and continuous probe drilling can be seen as particularly positive.
Der Brenner Basistunnel mit zwei Hauptröhren und dem mittig parallel verlaufenden Erkundungstunnel unterquert den Alpenhauptkamm unter dem Brennerpass zwischen den beiden Ländern Österreich und Italien. Das erste Baulos war ein 10,5 km langer Erkundungsstollen im Granit, der mit einer Doppelschildmaschine aufgefahren wurde. Zahlreiche Erkundungsmaßnahmen, Laborversuche und geologische Ortsbrustaufnahmen wurden durchgeführt. Die TBM-Daten wurden im 10-Sekunden-Takt aufgezeichnet. Aufgrund der großen Anzahl von Daten und der sehr gut bekannten homogenen Geologie bot es sich an, Korrelationen zwischen Daten des Gebirges, des Gesteins und der TBM herzustellen. Es konnten statistisch gefestigte Aussagen getroffen werden. Die einaxiale Druckfestigkeit des Gesteins, Trennflächenparameter sowie Indexparameter wie RMR (Rock Mass Rating), GSI (Geological Strength Index) und RQD (Rock Quality Designation) wurden mit dem Penetrationsverhalten verglichen. GSI-Werte zwischen 30 und 40 zeigten dabei eine um das Vierfache erhöhte Penetrationsrate im Vergleich zu GSI-Werten zwischen 90 und 100. Ähnliches gilt für RQD, RMR und Werte des Trennflächenabstands.
Ziel war es, Gebirgsbereiche mit hohem Zerlegungsgrad und Störungen für die Hauptröhren genau zu lokalisieren. Das ist aufgrund der Ortsbrustaufnahmen nur begrenzt möglich, da die Laibung zwischen den einzelnen Ortsbrustaufnahmen nicht sichtbar ist und somit nur lückenhafte Informationen vorliegen. Durch die Abgleichung der geologischen Ortsbrustinformationen mit den TBM-Daten konnten die gestörten Gebirgsbereiche im Erkundungsstollen gut abgegrenzt werden. Weiterhin werden die Erfahrungen aus dem Erkundungsprogramm und dem geotechnischen Monitoring aufgezeigt. Die ständige Präsenz des Geologen auf der TBM, der Einsatz von Messtübbingen und durchgehende Vorausbohrungen sind dabei besonders positiv hervorzuheben.

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Hassanpour, Jafar; Rostami, Jamal; Zhao, Jian; Azali, Sadegh Tarigh TBM performance and disc cutter wear prediction based on ten years experience of TBM tunnelling in Iran Geomechanics and Tunnelling 3/2015 239-247 Topics

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Accurate estimation of rate of penetration (ROP), daily rate of advance (AR), and cutter cost/life is necessary for the justification and successful use of a TBM on any tunneling project. Various models have been introduced over the years to provide such estimates. In many cases, these models have been successful with pin point accuracy, and in other instances off by a wide margin. Improving the accuracy of performance prediction models for hard rock TBMs has been the subject of many studies, some yielding project-based models and some more universal models that can be used elsewhere. This paper will discuss the latest version of a new empirical model for estimating penetration rate and disc cutter life for hard rock TBM tunneling based on recent tunneling projects, constructed during the period 2002-2009. The new model was then applied to predict TBM performance and disc cutter wear in different mechanized tunneling projects under construction since 2009. Accuracy and validity of the model for prediction of ROP were checked by comparing predicted and measured values of TBM performance in 24 km of newly bored tunnel. The results indicate that despite some minor deviations in estimates in some tunnel sections, reasonable agreement can be observed between predicted and actual ROP of TBMs.

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Köppl, Florian; Thuro, Kurosch; Thewes, Markus Factors with an influence on the wear to excavation tools in hydroshield tunnelling in soft ground / Einflussfaktoren auf den Verschleiß der Abbauwerkzeuge beim Vortrieb mit Hydroschild-TVM in Lockergesteinen Geomechanics and Tunnelling 3/2015 248-257 Topics

Kurzfassung

The wear to excavation tools is a central challenge for tunnelling with Hydroshield (TBM) in soft ground because it is one of the main causes of stoppages. Due to the inaccessibility of the processes involved and the wide range of influencing factors, there has been no method of forecasting the wear to excavation tools until now. Working from a detailed analysis of 18 tunnel drives with hydroshield TBMs, an empirical approach to investigate the factors with an influence on the wear to excavation tools was selected for the present work. The analysis enables the qualification and quantification of the essential factors with an influence on the tool life parameters of the excavation tools.
Der Verschleiß der Abbauwerkzeuge ist eine zentrale Herausforderung beim Vortrieb mit Hydroschild-TVM in Lockergesteinen, weil dieser eine Hauptursache für Vortriebsunterbrechungen ist. Bisher liegen aufgrund der Unzugänglichkeit der beteiligten Prozesse und der hohen Bandbreite an Einflussfaktoren keine Prognosemethoden für den Verschleiß der Abbauwerkzeuge vor. Mit der detaillierten Analyse von 18 Vortrieben mit Hydroschild-TVM wurde für die vorliegende Arbeit ein empirischer Ansatz zur Untersuchung der Einflussfaktoren auf den Verschleiß der Abbauwerkzeuge gewählt. Die Analyse erlaubt die Qualifizierung und Quantifizierung der maßgeblichen Einflussfaktoren auf die Standgrößen der Abbauwerkzeuge.

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González, Claudia; Arroyo, Marcos; Gens, Antonio Wear and abrasivity: observations from EPB drives in mixed soft - rock sections Geomechanics and Tunnelling 3/2015 258-264 Topics

Kurzfassung

This paper summarizes the main observations related to geotechnical properties and tool changes that characterize the different tunnel drives in a database of 33 km of EPB tunnel records from the Barcelona area. The data have been examined in detail with regard to cutting tool replacement and performance of the mechanized excavation. The database includes tunnels in soft soils, in hard and medium rocks and in mixed soil-rock conditions; tool changing records and geotechnical properties. Transverse and longitudinal geotechnical heterogeneity are accounted for systematically. Longitudinal heterogeneity is used to subdivide the drives in the database into homogeneous units. Transverse (within section) heterogeneity is described by a set of newly developed impact factors FI.

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Radon i , Nedim; Kern, Martin; Weissnar, Martin; Moritz, Bernd Strain gauges in pre-cast concrete segments: working principle, evaluation and interpretation / Dehnmessgeber in Tübbingsegmenten - Funktionsweise, Auswertung und Interpretation Geomechanics and Tunnelling 3/2015 265-272 Topics

Kurzfassung

In order to obtain an enhanced understanding of the system behaviour, especially with regard to the capacity reserves of the support and general load conditions, measurement pre-cast concrete rings are used at the ÖBB construction lot KAT2 of the Koralm Tunnel. These are equipped with a strain gauge in each reinforcement layer, thus allowing direct measurement of the strains in every pre-cast concrete segment.
Based on this information, the stress distribution in the respective segment cross-section can be calculated, allowing section forces determination by integrating them. The used interpolation method allows the presentation of the section forces over circumference of the entire ring based on the measurement data of each segment, while obeying the constraints by the issue of longitudinal joint capacity.
The applied calculation method is verified by comparing its results with a numerical 3D analysis. The application of the method is presented by a case study of the measurement ring installation at the ÖBB construction lot KAT2 of the Koralm Tunnel. In addition, further room for research and development is briefly outlined.
Um ein besseres Verständnis des Systemverhaltens - speziell im Hinblick auf die Auslastung des Ausbaus und der vorherrschenden Belastungssituation - zu erhalten, werden beim TVM-Vortrieb auf dem Baulos Koralmtunnel 2 (KAT2) der ÖBB-Infrastruktur AG Tübbingsegmente mit Dehnmessgebern, sogenannte Messtübbinge, verwendet. Diese sind mit Dehnmessgebern in beiden Bewehrungslagen, in denen die Dehnungen direkt gemessen werden, ausgestattet.
Anhand dieser Daten kann die Spannungsverteilung im jeweiligen Tübbingquerschnitt errechnet und in weiterer Folge können über Integration die Schnittkräfte ermittelt werden. Die verwendete Interpolationsmethode ermöglicht, unter Berücksichtigung der Längsfugenbelastbarkeit, die Darstellung der Schnittkräfte über den gesamten Umfang des Tübbingrings, ausgehend von den Ergebnissen an der jeweiligen Position der Dehnmessgeber.
Die angewandte Berechnungsmethode wird zur Verifizierung mit den Resultaten einer numerischen 3D-Berechnung verglichen. Die Anwendung dieser Methodik wird anhand eines Fallbeispiels an einem Messtübbingring, der am Baulos KAT2 eingebaut wurde, vorgestellt. Zusätzlich wird noch kurz auf ausstehende Forschungsthemen und Entwicklungen eingegangen.

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