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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Mayer, Michael; Huß, Michael; Kim, Hoang Huy; Tue, Nguyen VietÜbergangskonstruktionen aus UHPFRC für den IntegralbrückenbauBeton- und Stahlbetonbau2/202278-89Aufsätze

Kurzfassung

Dank der Bereitstellung von normativen Regelungen für den Entwurf und die Bemessung nimmt die Anzahl von Integralbrücken weltweit deutlich zu, sowohl durch Neubauten als auch durch die nachträgliche Integralisierung von bestehenden Bauwerken. Neben vielen Vorteilen bezüglich des Fahrkomforts und der Lebenszykluskosten stellt sich die Wechselwirkung im Übergangsbereich zwischen Bauwerk und Straße bei Integralbrücken deutlich komplexer dar als bei gewöhnlichen Brücken, insbesondere bei langen Bauwerken. Breite Risse im bituminösen Fahrbahnbelag konnten deshalb in diesem Bereich häufig beobachtet werden. Diese Risse beeinflussen nicht nur den Fahrkomfort, sondern auch die Dauerhaftigkeit maßgeblich. Um die Bauwerksverformung auf viele feine Risse zu verteilen, wurde am Institut für Betonbau der TU Graz eine neue Übergangskonstruktion aus UHPFRC entwickelt. Diese neuartige Lösung wurde mittlerweile bereits bei zwei Integralbrücken in Österreich mit Überbaulängen von 90 m (Fehring) und 103 m (Trautenfels) eingesetzt. Die ersten Ergebnisse aus dem installierten Monitoringsystem beim Bauwerk in Fehring bestätigen die Funktionsweise der neuen Konstruktion eindrucksvoll.

Jointless transition structures for integral bridges made of UHPFRC
No matter if erection of new integral bridges or conversion of conventional bridges, the number of integral bridges is steadily rising due to new guidelines for design and low maintenance costs. However, this does not only affect short frame bridges, also the number of long integral bridges larger than 60 m is growing significantly. Especially in case of long integral bridges, increased attention must be paid to the transition area between the bridge and the road. For this purpose, a new jointless transition structure made of UHPFRC was developed at the Institute of Structural Concrete at Graz University of Technology. This jointless transition structure meets all the requirements for transition structures of integral bridges. This new solution has already been used for two integral bridges in Austria with lengths of the superstructure of 90 m (Fehring) and 103 m (Trautenfels). First results from the installed monitoring system at the bridge in Fehring impressively confirm the functionality of the new construction.

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Thomas Beton jetzt auch in Rheinland-PfalzBeton- und Stahlbetonbau2/202289Nachrichten

Kurzfassung

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Reiterer, Michael; Firus, AndreiDynamische Analyse der Zugüberfahrt bei Eisenbahnbrücken unter Berücksichtigung von nichtlinearen EffektenBeton- und Stahlbetonbau2/202290-98Aufsätze

Kurzfassung

Im Artikel wird das Schwingungsantwortverhalten von Eisenbahnbrücken infolge Zugüberfahrt unter Berücksichtigung von nichtlinearen Effekten untersucht und bewertet. Die betrachteten Nichtlinearitäten beziehen sich auf die bei realen Eisenbahnbrücken festgestellte Amplitudenabhängigkeit der Eigenfrequenzen. Im ersten Teil werden die bei durchgeführten dynamischen Messungen an realen Eisenbahnbrücken detektierten Nichtlinearitäten dargestellt und diskutiert. Der Fokus liegt dabei auf einfeldrigen Stahlbetonplattentragwerken mit Schotteroberbau. Die Grundlagen des nichtlinearen Duffing-Schwingers mit unterlinearer Federkennlinie werden dargelegt und die besonderen Effekte von nichtlinearen Schwingungen werden erläutert. Im zweiten Teil werden numerische Simulationen der Zugüberfahrten unter Betrachtung von nichtlinearen Balkenmodellen durchgeführt. Bei den Simulationsberechnungen wird die Amplitudenabhängigkeit der Eigenfrequenzen berücksichtigt und die Tragwerksantworten bei Zugüberfahrt in der Form von Resonanzkurven dargestellt. Zu Vergleichszwecken werden die Berechnungen auch an linearen Balkenmodellen mit konstanten Eigenfrequenzen durchgeführt und die sich ergebenden Abweichungen diskutiert. Der Einfluss der untersuchten Nichtlinearitäten auf das Schwingungsverhalten von Eisenbahnbrücken wird herausgearbeitet und Empfehlungen für die zukünftige Berücksichtigung dieser Effekte bei dynamischen Berechnungen der Zugüberfahrt werden angegeben.

Dynamic analysis of the train crossing of railway bridges under consideration of non-linear effects
In this article, the vibration response of railway bridges due to train crossing is investigated and evaluated under consideration of nonlinear effects. The considered nonlinearities refer to the amplitude dependency of the natural frequencies, which was observed for several real railway bridges. In the first part, the nonlinearities detected during dynamic measurements on real railway bridges are presented and discussed. The focus is on single-span reinforced concrete slab bridges with ballasted superstructure. In addition, the basics of the nonlinear duffing oscillator with sublinear spring characteristic are presented and the special effects of nonlinear oscillations are explained. In the second part, numerical simulations of train crossings are carried out under consideration of nonlinear beam models. The amplitude dependency of the natural frequencies is taken into account in the simulations and the structural responses during train crossing are presented in the form of resonance curves. For comparison purposes, the calculations are also carried out on linear beam models with constant natural frequencies and the resulting deviations are discussed. The influence of the investigated nonlinearities on the vibration behavior of railway bridges is highlighted and recommendations for the future consideration of these effects in dynamic calculations of train crossing are given.

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Vill, Markus; Vospernig, Michael; Reiterer, Michael; Eichinger-Vill, Eva M.; Kari, HannesVorschlag für eine Änderung des Temperaturlastmodells für Beton- und Verbundbrücken in Österreich - Ergebnisse des Projekts MTE 2.0 "Modifiziertes Temperaturlastmodell für Eisenbahnbrücken"Beton- und Stahlbetonbau2/202299-108Aufsätze

Kurzfassung

Im Rahmen des durch die ÖBB-Infrastruktur AG initiierten Forschungsprojekts MTE 2.0 wurden umfangreiche Untersuchungen zur tatsächlichen Temperaturbeanspruchung von Eisenbahnbrücken durchgeführt. Hierbei wurden Messungen an Brückentragwerken sowie Auswertungen von statistischen meteorologischen Klimadaten über einen Zeitraum von 50 Jahren, probabilistische Auswertungen und sowohl analytische als auch numerische Berechnungen durchgeführt. Auf Basis der Ergebnisse wurde das normative Bemessungsmodell für Temperatureinwirkungen gemäß Eurocode 1 an die Randbedingungen für Eisenbahnbrücken (Beton- und Verbundkonstruktionen) angepasst und ein Vorschlag für ein optimiertes Bemessungsmodell neu entwickelt, das im folgenden Beitrag vorgestellt wird. Vergleichsrechnungen an Eisenbahnbrücken haben gezeigt, dass die Längenänderungen von Massivbrücken im Grenzzustand der Tragfähigkeit gemäß dem optimierten Bemessungsmodell gegenüber den Ansätzen der ÖNORM EN 1991-1-5 bzw. der ÖNORM B 1991-1-5 um 25 % bis 45 % geringere Werte aufweisen können. Mithilfe dieses neu entwickelten Bemessungsmodells können somit die tatsächlich gemessenen Längenänderungen an bestehenden Brücken unter Berücksichtigung der Teilsicherheitsbeiwerte und der charakteristischen Eingangswerte wesentlich realistischer abgebildet werden. Der vorliegende Beitrag soll als Diskussionsgrundlage für die Arbeit in dem entsprechenden Normengremium verwendet werden.

Proposal for a change in the temperature load model for concrete and composite bridges - Results of the research project MTE 2.0 “Modified temperature load model for railway bridges”
As part of the research project MTE 2.0 initiated by ÖBB-Infrastruktur AG, extensive investigations into the actual temperature loads on railway bridges were carried out. As part of the project, measurements on bridge structures as well as evaluations of statistical meteorological climate data over a period of 50 years, probabilistic evaluations and both analytical and numerical calculations were carried out. Based on the results of the project, the design model for temperature loads according to Eurocode 1 was adapted for railway bridges (concrete or composite structures) and a proposal for an optimized temperature load model was newly developed, which is summarized in the following article. Comparative calculations for railway bridges have shown that the elongation of the bridges in the ultimate limit state according to the optimized load model are 25 % to 45 % lower than those based on ÖNORM EN 1991-1-5 or ÖNORM B 1991-1-5, respectively. Taking into account the partial safety factors and the characteristic values, the actual elongations of existing bridges can be described much more realistically using the newly developed load model.

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Herget, Christian; Müller, Anna; Proske, Tilo; Rezvani, Moien; Graubner, Carl-AlexanderKalksteinmehl als Betonzusatzstoff - Vorschlag für die Anrechenbarkeit auf den Zementgehalt und Potenzial zur CO2-Reduktion im BetonbauBeton- und Stahlbetonbau2/2022109-118Aufsätze

Kurzfassung

Um die mit der Betonindustrie verbundenen CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren, ist ein verstärkter Einsatz von Betonzusatzstoffen zur Reduktion des Zementklinkergehalts des Betons anzustreben. Eine Anrechenbarkeit von Betonzusatzstoffen Typ II für die Berechnung des äquivalenten w/z-Werts und den Nachweis des Mindestzementgehalts ist bereits über den k-Wert-Ansatz in DIN EN 206-1 bzw. DIN 1045-2 normativ geregelt. Durch eine Erweiterung des Ansatzes auf Kalksteinmehle könnte ein Anreiz geschaffen werden, den Zementklinkergehalt im Beton weiter abzusenken und somit die CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren. Obwohl Kalksteinmehl als Betonzusatzstoff Typ I nahezu inert ist, besteht aufgrund physikalisch-mechanischer Effekte ein gewisser Beitrag zur Festigkeitsentwicklung von Beton. Nachfolgend wird auf Grundlage von Ergebnissen langjähriger Forschungsarbeiten eine potenzielle Anrechenbarkeit von Kalksteinmehl, basierend auf dem Prinzip der vergleichbaren Leistungsfähigkeit nach DIN EN 1992-1, für Betone vorgestellt. Als Ergebnis wird für Kalksteinmehl ein k-Wert von 0,15 bei der Berechnung des Wasserzementwerts sowie eine volle Anrechenbarkeit auf den Mindestzementgehalt vorgeschlagen.

Creditability of limestone powder as concrete additive
A greater use of supplementary cementitious materials is necessary to reduce the emissions caused by the cement and concrete industry in the near future. Type II additives are already regulated according to the k-value approach in DIN EN 206-1. An extension of the approach for limestone powders could significantly change the cement clinker content in concrete and thus drastically reduce CO2 emissions from concrete production. Although limestone powder is almost non-reactive as a type I concrete addition, a small proportion can be credited to the strength development due to physical-mechanical effects. In general, it has already been shown that concretes with high limestone powder contents are quite capable of achieving comparable performance levels when concrete technology is adapted. In the following, an approach based on the principle of comparable performance according to DIN EN 1992-1 for concretes with high volume of limestone powder is presented. Therefore, a k-value of 0.15 could be derived for limestone powder for the verification of the maximum water-cement value and the minimum cement content.

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Röder, Friedrich-KarlAbschätzung der Kippstabilität für gabelgelagerte Einfeldträger aus Stahlbeton und SpannbetonBeton- und Stahlbetonbau2/2022119-132Aufsätze

Kurzfassung

Prof. i.R. Dr.-Ing. Dr.-Ing E.h. Gerhard Mehlhorn gewidmet
Die im Folgenden vorgestellte Vorgehensweise beschreibt eine Methode, die Kippstabilität für gabelgelagerte Einfeldträger aus Stahlbeton und Spannbeton recht zuverlässig abzuschätzen. Zuerst werden die für das Kippen maßgebenden Steifigkeiten, seitliche Biegesteifigkeit (EIz) und Torsionssteifigkeit (GIt), für das vorhandene Hauptbiegemoment My ermittelt. Mit diesen Steifigkeiten wird anschließend mittels einer aus dem Verzweigungsproblem bekannten Gleichung das kritische Kippmoment Mkr bestimmt. Mit Mkr und MEd, y wird dann ein Verhältniswert gebildet, mit dem aus den vorgegebenen Vorverformungen die entsprechenden Endverformungen berechnet werden. Über den Winkel der Endverdrehung ergibt sich ein Nebenbiegemoment Mz. Abschließend erfolgt die Überprüfung der Tragfähigkeit für die nun vorliegende zweiachsige Biegung. Diese Vorgehensweise wird ausführlich an zwei Beispielen gezeigt. An 15 Stahlbeton- und 45 Spannbetonträgern wird das Abschätzverfahren über einen Traglastvergleich mit einem genaueren Verfahren validiert. Ergänzend wird noch eine näherungsweise Ermittlung des Torsionsmoments am Auflager angegeben.

Estimation of Lateral Instability for Fork-Bearing Simple Beams of Non-Prestressed or Prestressed Reinforced Concrete
The procedure presented below describes a method to estimate quite reliably the lateral instability for fork-bearing simple beams of reinforced prestressed or non-prestressed concrete. At first the decisive stiffness values at tilting, lateral bending stiffness (EIz) and torsional stiffness (GIt), are identified for the present main bending moment MEd, y. By these stiffness values the critical tilting moment Mkr will be calculated subsequently by means of a well-known equation from the bifurcation problem. Using a ratio built of Mkr and My, the equivalent final deformations are identified by the given pre-deformations. Via the final twisting angle a bending moment around the weak axis Mz is determined. In conclusion the limit state for the now existing bi-axial bending is checked. This procedure is shown in detail by two examples. At 15 reinforced and 45 prestressed girders the estimation method is validated by a comparison of the bearing loads with a more precise method. Additionally, an approximative calculation method of the torsional moment at bearing is given.

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MBCC Group erwirbt Nautec, einen führenden Anbieter von UltrahochleistungsbetonBeton- und Stahlbetonbau2/2022132Nachrichten

Kurzfassung

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Lowiner, Christian; Kurath, Josef; Sydow, Antje; Wietlisbach, BasilHybridbrücken aus CPC-Platten und CarbonhalbträgernBeton- und Stahlbetonbau2/2022133-144Berichte

Kurzfassung

Bereits heute wird weltweit pro Jahr mehr Sand und Schotter verbaut als durch natürliche Erosionsprozesse entsteht [1]. Aufgrund der fortlaufenden Urbanisierung soll sich zudem die jährliche Abbaumenge von Sand, Schotter und Eisenerz zwischen 2011 und 2060 mehr als verdoppeln [2]. Diesen rückläufigen Ressourcenvorkommen und der globalen Klimaerwärmung soll mit neuen Bauweisen entgegengewirkt werden. CPC - carbon prestressed concrete - ist eine solch neuartige Bauweise in Beton. Die konventionelle Stahlbewehrung wird durch fein verteilte, stark vorgespannte Carbondrähte ersetzt, welche endlos und mehrlagig in beide Hauptrichtungen in der Platte eingebaut sind. Beim neu entwickelten Kleinbrückensystem “CPC-CARBO” wird die CPC-Fahrbahnplatte mit einem Carbonhalbträger ergänzt, welcher unter der Platte liegt und mit dieser über eine vermörtelte Verzahnung verbunden ist. Die so definierte Hybridbrücke ist sehr leicht und trotzdem enorm dauerhaft und robust. Die ohne Stahlteile auskommende Brücke vereinfacht auch die Widerlager wesentlich. Gegenüber einer vergleichbaren Brücke aus Stahlbeton wird mit dieser neuen Bauweise die Arbeitszeit vor Ort stark reduziert und vom Wetter praktisch unabhängig gemacht. Der CO2-Fußabdruck und der Verbrauch von nicht nachwachsenden Rohstoffen werden wesentlich verkleinert. Der vorliegende Bericht beschreibt eine von bisher drei in der Schweiz gebauten und auf diese Weise konzipierten Kleinbrücken.

Hybrid bridges made of CPC-slabs and carbon half-beams
Already today, more sand and gravel is used in the construction sector worldwide per year than is created by natural erosion processes [1]. In addition, due to ongoing urbanisation, the annual amount of sand, gravel and iron ore mined is expected to more than double between 2011 and 2060 [2]. These dwindling resources and global warming are to be counteracted by new construction methods. CPC - carbon prestressed concrete - is such a new construction method in concrete. The conventional steel reinforcement is replaced by finely distributed, highly prestressed carbon wires, which are installed endlessly and in several layers in both main directions in the slab. In the newly developed small bridge system “CPC-CARBO”, the CPC carriageway slab is supplemented with a carbon half-girder, which lies under the slab and is connected to it via a mortared interlocking. This hybrid bridge is very light and yet extremely durable and robust. The very robust bridge, which does not require any steel parts, also simplifies the abutments considerably. Compared to a comparable bridge made of reinforced concrete, this new construction method greatly reduces the working time on site and makes it practically independent of the weather. The CO2 footprint and the consumption of non-renewable raw materials are significantly reduced. This report describes one of three small bridges built in Switzerland which were designed in this way.

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Mayer, Till FelixElektrochemische Potentialmessung zum Auffinden von Bewehrungskorrosion - Neufassung 2021 des Merkblatts B3 der Deutschen Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung DGZfPBeton- und Stahlbetonbau2/2022145-147Berichte

Kurzfassung

Seit Erscheinen der ersten Ausgabe des Merkblatts B3 der DGZfP im Jahre 1990 hat sich die Potentialfeldmessung als Standardverfahren zum Auffinden von Bewehrungskorrosion im Rahmen von Zustandserfassungen und Instandsetzungsplanungen etabliert. Im Jahr 2021 ist die mittlerweile dritte Überarbeitung des Merkblatts veröffentlicht worden. Wie schon bei der Vorgängerversion liegt auch bei dieser Neufassung das Hauptaugenmerk - neben einigen technischen Präzisierungen - auf der Verbesserung und Vereinheitlichung der Ausführungsqualität.

Electrochemical half-cell potential measurements for the detection of reinforcement corrosion - New version 2021 of the bulletin B3 of the German Society for Non-destructive Testing DGZfP
Since the publication of the first version of the bulletin in 1990 half-cell potential measurement has been established as a standard test method for the detection of reinforcement corrosion. In 2021, the third reissue of the bulletin was published. Some of the main differences with respect to the former versions will briefly be presented in this paper.

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell 2/2022Beton- und Stahlbetonbau2/2022148-152Beton- und Stahlbetonbau aktuell

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Nachrichten:
Ernst & Sohn Ingenieurbaupreis 2022 - Impressionen aus den Jurysitzungen
Magazin für Passivhaus & Co.

Bücher:
Brücken und Tunnel der Bundesfernstraßen 2021

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBeton- und Stahlbetonbau2/2022152Veranstaltungskalender

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Content: Geomechanics and Tunnelling 2/2022Geomechanics and Tunnelling2/2022Contents

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Digitisation in Tunnelling - EngineeringGeomechanics and Tunnelling2/2022Cover Pictures

Kurzfassung

The excavation for the Slovenian part of the new tube for the Karavanke Tunnel started in August 2020. The geological and tectonic structure of the rock is very complex. To overcome the difficult tunnelling challenges, the contractor relied on support equipment from DSI Underground. (photo: DSI Underground)
Der Vortrieb für den slowenischen Teil der neuen Röhre für den Karawanketunnel begann im August 2020. Die geologische und tektonische Struktur des Gebirges ist sehr komplex. Um die schwierigen tunnelbautechnischen Herausforderungen zu bewältigen, setzte das Bauunternehmen auf Stützmittel von DSI Underground. (Foto: DSI Underground)

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Galler, RobertDigitisation in Tunnelling - Engineering - Digitalisierung im Tunnelbau - EngineeringGeomechanics and Tunnelling2/2022150Editorials

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News: Geomechanics and Tunnelling 2/2022Geomechanics and Tunnelling2/2022151-162News

Kurzfassung

Final tunnel breakthrough for A26 Danube bridge entry and exit slip roads - Finaler Tunneldurchschlag für Auf- und Abfahrten der A26 Donaubrücke
Planning contract awarded for section of Brenner Northern Approach - Planungsauftrag für Abschnitt des Brenner Nordzulaufs vergeben
Tunnel breakthrough for the new Obervellach II power station - Tunneldurchschlag für neues Kraftwerk Obervellach II
HOCHTIEF is building a power supply tunnel in Wales - HOCHTIEF baut Stromversorgungstunnel in Wales
PORR has secured a major order in Romania - PORR sichert sich Großauftrag in Rumänien
Second Sydney Metro West tunnelling contract awarded - Zweites Tunnelbaulos für die Sydney Metro West vergeben
Contract section H52 Hochstegen am Brenner underway - Baulos H52 Hochstegen am Brenner hat begonnen
Commissioning of third TBM at Snowy 2.0 project - Inbetriebnahme der dritten TBM beim Snowy 2.0 Projekt
Renovation work in Bosruck Railway Tunnel - Sanierungsarbeiten im Bosruckeisenbahntunnel
Sustainable use of groundwater at Arlberg - Nachhaltige Nutzung von Bergwasser am Arlberg
Call for papers - Topics for the next issues of Geomechanics and Tunnelling - Themen für die nächsten Ausgaben der “Geomechanics and Tunnelling”

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Empfehlungen des Arbeitskreises "Geomesstechnik" - Empfehlungen des Arbeitskreises "Geomesstechnik"Geomechanics and Tunnelling2/2022163-164Books

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Vollmann, Goetz; Stepien, Marcel; Riepe, Werner; König, Markus; Lehan, Anne; Thewes, Markus; Wahl, HendrikUse of BIM for the optimized operation of road tunnels: Modelling approach, information requirements, and exemplary implementationGeomechanics and Tunnelling2/2022167-174Topics

Kurzfassung

In the operating phase of a road tunnel, not only maintaining or increasing the availability in the network but the economic optimization regarding the life cycle costs of the structure are also important priorities. A consistent application of the Building Information Modelling (BIM) methodology can theoretically make a useful and targeted contribution, as it provides a complete digital model of the structure with all installed elements and the information required for the operator tasks. In the research project FE https://doi.org/15.0623/2016/RRB “Building Information Modeling (BIM) in Tunneling, ” the Institute of Tunneling and Construction Management and the Institute of Computing in Engineering (both Ruhr University Bochum) in cooperation with BUNG Ingenieure AG developed the basics for a BIM-based operating model of road tunnels with funding from the Federal Highway Research Institute commissioned by the Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure. In the article, the results of the research are presented on the basis of specific use cases of a BIM-based operation and maintenance management.

Verwendung von BIM für eine optimierte Tunnelbetriebsphase: Herangehensweise, Informationsanforderungen und exemplarische Implementierung
In der Betriebsphase eines Tunnelbauwerks stellen die Aufrechterhaltung bzw. die Erhöhung der Verfügbarkeit im Netz sowie die ökonomische Optimierung im Hinblick auf die Lebenszykluskosten des Bauwerks wichtige Prioritäten dar. Eine konsequente Anwendung der BIM-Methodik (“Building Information Modeling”) kann dabei theoretisch einen sinnvollen und zielgerichteten Beitrag leisten, da hierdurch ein vollständiges digitales Modell des Bauwerks mit allen verbauten Elementen und den für die Betreiberaufgaben notwendigen Informationsgrundlagen zur Verfügung gestellt wird. Im Rahmen des Forschungsprojekts FE https://doi.org/15.0623/2016/RRB “Building Information Modelling (BIM) im Tunnelbau” wurden mit Förderung der Bundesanstalt für Straßenwesen im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur vom Lehrstuhl für Tunnelbau, Leitungsbau und Baubetrieb und vom Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen (beide Ruhr-Universität Bochum) in Zusammenarbeit mit der BUNG Ingenieure AG die Grundlagen für ein BIM-basiertes Betriebsmodell von Straßentunneln entwickelt. Im Beitrag werden die Untersuchungsergebnisse anhand konkreter Anwendungsfälle eines BIM-basierten Betriebs- und Erhaltungsmanagements dargestellt.

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Jeon, KiSeok; Dalton, Edward; Bakhshi, Mehdi; Nasri, VeryaUse of BIM technology for optimization and virtual build of TBM tunnelsGeomechanics and Tunnelling2/2022175-181Topics

Kurzfassung

The practical application of accurate design and coordination in Building Information Modeling (BIM) environment for precast rings in Tunnel Boring Machine (TBM)-bored tunnels is becoming more achievable. These rings, made up of individual segments, are subject to many constraints which include: 1) deviations from theoretical alignment, as modeling the straight centerline of a ring into a curved alignment naturally produces minor deviations in line and grade, 2) avoiding crucifix joints when the joints between segments align in the longitudinal direction, reducing sealing performance, 3) and TBM shield design by minimizing the diameter of the TBM to reduce overcut and required backfill. This article describes the automated procedures for developing our design intent in the BIM environment with consideration for ring length optimization in tunnel curves, geometrical analyses of the staggered pattern of joints, and the minimum diameter and overcut envelope of the TBM shield. This procedure is demonstrated in multiple light-rail transit lines in Montréal including the Réseau Express Métropolitain (REM) airport link tunnel and the expansion of the Montreal Blue Line Metro. Virtual build of these segmentally lined tunnels negotiating all straight and curved drives of the alignment with BIM modeling is realized and summarized in this article.

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Chiu, Jessica Ka Yi; Hansen, Tom F.; Wetlesen, ThorvaldNorwegian tunnel excavation: Increasing digitalisation in all operationsGeomechanics and Tunnelling2/2022182-189Topics

Kurzfassung

In the past decades, Norwegian tunnelling has undertaken a major digital development in all operations from planning to the excavation phase. The breakthrough is driven by digital contract requirements from forward-leaning clients and innovative industrial stakeholders, aiming for ever more efficient, quality-oriented and risk-reducing operations. A formal milestone documenting this development was the publication of Digitalisation in Norwegian Tunnelling in 2019. From 2019, most contracts of new infrastructure tunnels must deliver a level 3 Building Information Modeling (BIM) model. Control systems for drilling jumbos are fully digitalised. All drilling must be monitored and documented with Measurement While Drilling techniques. Via cloud servers, the drilling information is interpreted and delivered live to face engineers for decision support. Sensors are used to monitor rock grouting flow and pressure in each drill hole. Digital electronic detonators with exact delay time are used for blasting. Geotechnical mapping is carried out on field tablets. High-resolution scans with RGB imaging must be carried out on the exposed rock surface and after rock support/linings. The next step is to utilise all the collected data to a higher degree by advanced analysis with machine learning (ML) and similar techniques for automation and optimisation. This study reviews and exemplifies the digital focus and achievements in core operations in Norwegian tunnel excavation.

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Großauer, Karl; Huis, Melanija; Jedlitschka, Gernot; Matt, Robert; Mulitzer, Günther; Zwittnig, GeraldNew built and refurbished railway tunnels: Data delivery from BIM Models to OEBB's asset managementGeomechanics and Tunnelling2/2022190-200Topics

Kurzfassung

Digitalisation in the construction industry has been progressing continuously and bringing major changes for everyone involved in virtually all areas. Austrian Federal Railways ÖBB has been pushing BIM (Building Information Modelling) for the construction and rehabilitation of their infrastructure. By means of various pilot projects, the basics and the processes required for design and construction are developed and applied with a strong focus on system operation. For Granitztal tunnel and a total length of ≈6.1 km, the as-built design of the civil structures is done with an element-based, open BIM model. As part of the handover to the maintenance and operation division, the data of civil structures relevant for operation are derived from the BIM model, validated by means of automatic methods and transferred to the facility management system (AVS, Anlagen-Verzeichnis-System). In the absence of an IFC (Industry Foundation Class) structure tunnel, a semantic and spatial data structure is developed. Furthermore, the model will be enriched with components of railway equipment. On the other hand, there is the over-100-year-old Karawanks tunnel as part of the railway section between Villach and Jesenice. The line has been in operation since 1906 and includes the ≈8 km-long, single-tube Karawanks tunnel. The current situation of the tunnel including the superstructure and technical equipment no longer meets performance, safety and durability requirements and is being rehabilitated within an international cooperation project between Austria and Slovenia. The focus in this BIM project is set on the as-built design and merging data of the existing historic tunnel structure with information of new components implemented during refurbishment. A core task is the structured transfer of data contained in the BIM model to the facility/asset management system of ÖBB (AVS) and the Slovenian infrastructure operator. The case histories of Granitztal tunnel and Karawanks tunnel are used to describe the implementation of BIM, including the development of required data structures, validation mechanisms and data delivery to the asset management.

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Magursi, Leonardo; Zurlo, Raffaele; Sorbello, RosarioDynamic evaluation of the top-down construction of the Belfiore high-speed railway stationGeomechanics and Tunnelling2/2022201-206Topics

Kurzfassung

The construction phase of underground railway stations executed with top-down method is often susceptible to a considerable number of interferences. The interference between the excavation of the Florence high-speed station and tunnels' execution is a critical element of the Florence underpass project, which foresees the simultaneous construction of the two infrastructures. The project's complexities and the interference between the various construction phases have been studied and resolved by developing the entire project in a Building Information Modeling (BIM) environment. In particular, the implemented four-dimensional (4D) BIM model managed to simulate the possible macrophases and identify an optimal construction solution or, at least, the crucial actions to be taken to ensure the simultaneous construction of the station and tunnels. The 4D BIM model allowed an accurate simulation of the specific critical construction phases by identifying spatial interferences between completed works, temporary structures, and overlapping interventions. Consequently, it was possible to adopt appropriate technical solutions and develop a reliable work plan. In addition, it was possible to verify the potential scenarios of the TBM passage through the excavated station, which allowed to foresee some specific interventions needed to ensure works' continuity. The BIM methodology also allowed to find optimal solutions in a reasonable time, preventing a significant use of resources.

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Sabanovic, Nedzad; Wannenmacher, Helmut; Stauch, Felix; Fentzloff, WolfgangDemands on digital data capturing of TBM and conventional tunnel drivesGeomechanics and Tunnelling2/2022207-214Topics

Kurzfassung

Tunnels are significant in shaping our future infrastructure. Increasing limitations of the available ground require underground solutions for future infrastructure projects. Due to various reasons, boundary conditions for project realization are becoming more and more substantial, and the parties involved have to tackle a wide range of stakeholders' interests. Digitization may be able to handle some of these challenges and is one of the most relevant topics in the near future of the construction industry. First approaches of digital data capturing in different activity fields of project execution, such as geological and geotechnical conditions, survey, and reporting, are launched within Implenia's initiative. This article discusses essential aspects of data capturing, particularly in the light of the vast data volumes generated throughout tunnel construction in Europe and gives an insight into the various activities of Implenia on how to tackle these problems. The various TBM and drill-and-blast excavated tunnel projects illustrate the variability of data management and implemented solutions to work with the tremendous amount of data. In each case, one can clearly state that construction teams involved in digital data management highly appreciated the merits for their daily business: saving time, gaining transparent information, controlling processes, and more. The beneficial capability of appropriate data management in project execution is evident and will be carried out within Implenia's projects.

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Erharter, Georg H.; Weil, Jonas; Tschuchnigg, Franz; Marcher, ThomasPotential applications of machine learning for BIM in tunnellingGeomechanics and Tunnelling2/2022216-221Topics

Kurzfassung

Machine Learning (ML) and Building Information Modelling (BIM) are two topics that are part of a revolutionizing transformation in the construction industry - commonly referred to as digitalization. Being part of the research for artificial intelligence (AI), most of today's ML applications deal with computational processes that try to make sense of data. Automatic rockmass behaviour classification based on tunnel boring machine (TBM) data or tunnel construction site surveillance via closed-circuit television (CCTV) analysis is an example for applications of ML in tunnelling. BIM describes a new type of planning, including model-based collaboration and information exchange, which requires well-organized storage and handling of data - a precondition and valuable source for any automated analysis method like ML. While other sectors of the construction industry have implemented BIM systems successfully, the development in underground engineering is currently at its beginning with multiple actors working towards common standards for semantics, data exchange formats, etc. This article seeks to combine the two fields by giving an overview of the two topics and then points out four potential fields of applications: semantic enrichment and labelling, automation of technical processes, knowledge derivation and online data analysis.

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Hansen, Tom F.; Erharter, Georg H.; Marcher, Thomas; Liu, Zhongqiang; Tørresen, JimImproving face decisions in tunnelling by machine learning-based MWD analysisGeomechanics and Tunnelling2/2022222-231Topics

Kurzfassung

In Norwegian drill and blast tunnelling, contracts stipulate collecting Measurement While Drilling (MWD) data from all drillholes. The MWD approach is an objective way of collecting, processing and visualising advance drilling data that have been successfully used in making face decisions for many years in Norwegian tunnelling. MWD data collection consists of equipping drill rigs with sensors recording different drilling parameters, with subsequent near real-time data processing for access by on-site personnel and face engineers in decision-making process. A deficiency in the MWD approach is still the subjective data interpretation necessary to translate visualised data into actual face decisions. Digital scepticism and a lack of digital knowledge are other obstacles in automating the process from data interpretation to decisions. Thus, MWD data are sometimes only used for nice visualisations and as-built documentation. This study proposes machine learning (ML)-based methods to characterise the rock mass from sensor data using data from five twin-tube tunnels in a Norwegian highway project. Results show that the deep learning-based method - convolutional neural network - is capable of translating complex patterns in MWD data to functional rock mass characterisation, thereby aiding face engineers with data analysis. The study is, to our knowledge, the first known attempt to use deep learning-based computer vision techniques to interpret MWD data framed as images.

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Dolsak, Wolfgang; Reich, ChristianVirtual reality simulator for pipe umbrella installation worksGeomechanics and Tunnelling2/2022233-238Topics

Kurzfassung

The installation of pipe umbrella systems is a complex process that requires well-trained machine operators and installation crews. Due to project and time constraints, adequate operator training in a safe environment without risk of personnel accidents or machine damage often falls victim to cost cuts. Previously, this shortcoming has been compensated by the deployment of selected expert personnel to respective tunnel projects for a certain period. This practice is, however, limited to availability of expert personnel and associated with high travel costs and significant waiting time on-site. Virtual reality (VR) simulator-based trainings have become state-of-the-art in underground construction. They provide enhanced occupational safety by conducting virtual training before commencing works in the tunnel, increased operator performance, and improved installation cycle times. In addition to basic training, the VR simulator can be used for assembly and commissioning, maintenance, as well as refresher trainings and ongoing just-in-time support. Around mid-2019, DSI Underground initiated the development of a realistic and authentic scenario-based VR simulator for the AT - Pipe Umbrella System. This training tool also includes extensive theory background supported by a series of video modules illustrating best underground work practices. This article illustrates the background and development plan of the VR simulator and the implementation based on use cases.

Virtual-Reality-Simulator für das Rohrschirmbohren
Der Einbau von Rohrschirmsystemen ist ein komplexer Prozess, der geschultes Personal erfordert. Zeitmangel und projektspezifische Gegebenheiten schränken oftmals die erforderliche Zusatzausbildung des Tunnelpersonals in einem sicheren Umfeld ein bzw. führen zu deren Streichung. In der Vergangenheit wurde dieses Defizit oftmals durch den zeitlich begrenzten Einsatz von Anwendungstechnikern kompensiert. Die Planung dieser Einsätze war an die Verfügbarkeit von Experten gekoppelt und mit hohen Reisekosen und Wartezeiten auf der Baustelle verbunden. Schulungen unter Einsatz von Virtual Reality (VR) Simulatoren gewährleisten eine deutliche Erhöhung der Arbeitssicherheit vorab der eigentlichen Anwendung unter Tage. Ein weiterer Hauptvorteil ist die deutliche Verbesserung der Leistung der Maschinenbediener. Ergänzend zu Schulungszwecken können VR Simulatoren auch für den Zusammenbau, die Inbetriebnahme, die Wartung, Auffrischungslehrgänge sowie kurzfristige Kundenunterstützung eingesetzt werden. DSI Underground hat Mitte des Jahres 2019 den Entwicklungsprozess eines praxisnahen und authentischen VR Simulators für das AT - Rohrschirmsystem begonnen. Dieses Schulungsinstrument beinhaltet weiters ausführliche theoretische Trainingsmodule, unterstützt durch Videos mit bewährten Praxistipps. Diese Veröffentlichung beschreibt den Projekthintergrund sowie den Entwicklungsplan, und illustriert die Markteinführung auf der Basis von Referenzprojekten.

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