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Bemessung von Mauerwerk nach neuer Europäischer Norm Eurocode 6 Beton- und Stahlbetonbau 12/2012 804 Aktuell

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Weise, Frank; Voland, Katja; Pirskawetz, Stephan; Meinel, Dietmar Analyse AKR-induzierter Schädigungsprozesse in Beton Beton- und Stahlbetonbau 12/2012 805-815 Fachthemen

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Zur Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit der Gesteinskörnung finden normativ der Betonversuch mit Nebelkammerlagerung bei 40 °C und alternativ der 60 °C-Betonversuch Anwendung. Als Beurteilungskriterium für den Schädigungsprozess wird bei beiden Verfahren die an Betonprismen diskontinuierlich ermittelte Dehnung herangezogen. Auch bei den zusätzlich in der Nebelkammer gelagerten Würfeln beschränkt sich die Schadensanalyse auf eine diskontinuierliche Verfolgung der maximalen Breite der Oberflächenrisse.
Im Rahmen des Beitrags wird eine neuartige, bereits erfolgreich erprobte zerstörungsfreie Prüfmethodik vorgestellt. Diese ermöglicht durch eine gleichzeitige kontinuierliche Dehnungs-, Schallemissions- und Ultraschallmessung eine kontinuierliche Verfolgung der inneren Gefügeveränderungen in den Betonprüfkörpern während der AKR-provozierenden Lagerung. Dabei wurden drei zeitlich aufeinanderfolgende Phasen der inneren Gefügeveränderung mit einer Dominanz von Hydratation, Rissbildung sowie vermutlicher Rissverfüllung mit Reaktionsprodukten identifiziert. Die ablaufenden Rissbildungsprozesse wurden zusätzlich mit diskontinuierlich durchgeführten röntgentomografischen Untersuchungen zeitlich und räumlich visualisiert. Die CT-Befunde wurden durch mikroskopische Untersuchungen bestätigt.

Analysis of ASR-induced damage processes in concrete Application of innovative measurement techniques
The alkali-reactive potential of aggregates is assessed according to the German guidelines by two different test methods. These are the 40 °C fog chamber storage and as an alternative method the 60 °C concrete prism test. In both tests, the discontinuously measured expansion of ASR-generating stored concrete prisms is used as criterion for the internal damage process. The damage analysis of the cubes additionally stored in the 40 °C fog chamber is also restricted to the discontinuous measurement of the crack width on the cubes surfaces.
This paper describes an innovative, already successfully applied, non-destructive measurement methodology. This methodology enables a continuous monitoring of the internal damage processes in ASR-generating stored concrete specimens due to a continuous recording of expansion, acoustic emission and ultrasonic velocity. Thereby, three sequent phases of internal structural changes dominated by hydration, crack formation and filling of the cracks with ASR-gel and/or other reaction products can be detected. The crack formation was temporally and spatially visualised by discontinuously applied X-ray computed tomography measurements. Microscopic analyses confirm the findings of the X-ray 3D-CT.

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Weise, Frank; Maier, Bärbel; Ehrig, Karsten Analyse der durch Frost- und Frost-Tausalz-Wechsel induzierten Schädigungsprozesse in Beton Beton- und Stahlbetonbau 12/2012 816-823 Fachthemen

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Zur Beurteilung des Frost- bzw. Frost-Tausalz-Widerstandes des Betons finden normativ als Alternativverfahren das CIF- bzw. CDF-Verfahren Anwendung. Als Beurteilungskriterium für den inneren Schädigungsprozess werden bisher ausschließlich die Änderung der Ultraschalllaufzeit und die Massezunahme durch Frostsaugen herangezogen. Die Bewertung des äußeren Schädigungsprozesses hingegen erfolgt ausschließlich mittels einer vergleichenden visuellen Beurteilung der Prüffläche und der Ermittlung der Abwitterungsmasse. Allen bisher angewandten inneren und äußeren Schädigungsindikatoren ist gemeinsam, dass ihre Aussagefähigkeit durch eine fehlende ortsaufgelöste Quantifizierung des Schädigungsprozesses eingeschränkt ist.
Der Beitrag zeigt, dass dieser Nachteil durch den Einsatz neuartiger innovativer Prüftechniken weitestgehend beseitigt werden kann. So wird vergleichend zu der normativen Ultraschallprüfung aufgezeigt, dass der Einsatz der Röntgen 3D-Computertomografie eine zerstörungsfreie zeitliche und räumliche Analyse des inneren Rissbildungsprozesses beim CIF-Verfahren ermöglicht. Außerdem wurde durch die Anwendung der Photogrammetrie die äußere Abwitterung der Prüffläche beim CDF-Verfahren erstmalig ortsaufgelöst quantifiziert.

Analysis of damage processes in concrete induced by freeze thaw or freeze thaw salt cycles. Application of innovative measurement techniques
CIF- and CDF-test are alternatively applied for the standardized assessment of freeze and freeze de-icing salt resistance of concrete. Up to now the increase of ultrasonic time of flight and mass induced by freeze suction are the only criteria for the assessment of internal damage process. The evaluation of the external damage process is currently realised by visual comparison of test surfaces and the determination of the scaling mass. The significance of these internal and external damage indicators is limited due to the lack of spatially-resolved quantifications of the damage process.
This contribution shows that this disadvantage can be overcome by the application of innovative test methods. In contrast to normative ultrasound test methods, the application of X-ray 3D computed tomography allows a non-destructive temporal and spatial analysis of the internal crack formation process during the CIF-test. For the first time, a spatially-resolved quantification of the scaling of the test surface has been performed by photogrammetry.

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Krawtschuk, Alexander; Strauß, Alfred; Haider, Katharina; Zimmermann, Thomas; Bergmeister, Konrad Ermittlung von Modellunsicherheiten bei Stahlbetonstrukturen Beton- und Stahlbetonbau 12/2012 824-835 Fachthemen

Kurzfassung

Im konstruktiven Brückenbau sind die Instandhaltungsstrategien und die damit verbundenen Investitionskosten von der Bauart, der Qualität und vom Entwurfskonzept abhängig. Heutzutage neigen Brückenbetreiber und Planer beim Bau von Brücken dazu, Lebenszyklusanalysen in ihren Entscheidungsprozess aufzunehmen, um die Gesamtwirkung, die strukturelle Zuverlässigkeit und Langlebigkeit sowie den finanziellen Aufwand zu optimieren. Dennoch führen Bemühungen, die zu erwartenden Lebenserhaltungskosten mittels bewährten Konstruktionsprinzipien zu reduzieren, zu unbekannten Risiken. Permanente als auch kurzfristige Monitoring-Konzepte können die Unsicherheiten neuer Konzepte durch Beobachtung der Leistung der Bauteile während einer vorgeschriebenen Zeitdauer reduzieren. Die Ziele dieser Arbeit sind die Diskussion der wirksamen Einbeziehung von Monitoring-Daten im Modell durch Einflusslinien- und Modellkorrekturfaktoren-Konzepte, die Untersuchung der Funktionalität der Monitoring-Systeme einschließlich Fehlerbehebung und die inverse Ermittlung und Bewertung der Sensor-Eigenschaften und Überwachung der Daten. Die vorgeschlagene Methodik wird an einem bestehenden fugenlosen Dreifeldbrückensystem als integratives Überwachungssystem angewendet.

Novel monitoring techniques for abutment free bridge structures
In structural bridge engineering, maintenance strategies and thus budgetary demands are highly influenced by construction type and quality of design. Nowadays bridge owners and planners tend to include life-cycle cost analyses in their decision processes regarding the overall design trying to optimize structural reliability and durability within financial constraints. However, efforts to reduce maintenance costs over the expected lifetime by adopting well established design principles lead to unknown risks concerning for instance boundary conditions. Smart permanent and short term monitoring concepts can reduce the associated risk of new design concepts by observing the performance of structural components during prescribed time periods. The objectives of this article are the discussion of concepts for (a) the effective incorporation of monitoring data in model updating procedures by means of the influence line and the model correct factor concept, (b) the investigation of the functionality of monitoring systems including error tracking, and (c) the inverse identification and evaluation of sensor properties and monitoring values. The proposed methodology will be applied to an integrative monitoring system applied on an existing three-span joint less bridge structure.

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Concrete Legos - vom Spielzeug zur Kunst Beton- und Stahlbetonbau 12/2012 835 Aktuell

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Schneider, Sebastian; Vöcker, Daniela; Marx, Steffen Zum Einfluss der Belastungsfrequenz und der Spannungsgeschwindigkeit auf die Ermüdungsfestigkeit von Beton Beton- und Stahlbetonbau 12/2012 836-845 Fachthemen

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Die Ermüdungseigenschaften von Beton werden in den meisten Fällen mithilfe sogenannter Einstufenversuche untersucht. Dabei wird eine Betonprobe mit einer konstanten Mittellast beaufschlagt, der nachfolgend eine oszillierende Schwingbeanspruchung überlagert wird. Um den Zeitaufwand für diese Versuche zu minimieren, wird eine möglichst hohe Belastungsfrequenz angestrebt. Allerdings wurde durch einige Forschungsarbeiten deutlich, dass die Belastungsfrequenz einen Einfluss auf die ertragbaren Lastwechsel von Beton hat. Die Auswertung von in der Literatur dokumentierten Versuchen ergab, dass die Ermüdungsfestigkeit, analog zur Betondruckfestigkeit bei einmaliger Belastung, scheinbar maßgeblich von der Dehngeschwindigkeit abhängt. Diese Erkenntnis erlaubt zum einen eine relativ einfache Umrechnung von Versuchsergebnissen, die mit hohen Prüffrequenzen gewonnen wurden. Zum anderen kann damit eine Grenzfrequenz für Ermüdungsversuche in Abhängigkeit von der Schwingbreite bestimmt werden.

About loading frequency and stress rate influences on fatigue strength of concrete
The fatigue behavior of concrete is mostly studied on the basis of constant amplitude tests. Constant maximum and minimum stresses are applied to concrete specimens during these tests. In addition, high loading frequencies are used in order to minimize the test duration. However, the loading frequency has an influence on the number of load cycles to failure. A study of fatigue tests documented in the literature has shown that the fatigue strength of concrete depends on the strain rate like the compressive strength due to single loading. With this consideration it becomes possible to convert test results with different loading frequencies into each other. Furthermore, a frequency limit can be determined depending on the stress range.

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Drainbeton mit Glasschaumschotter Beton- und Stahlbetonbau 12/2012 845 Aktuell

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van Berkel, Ben; Steller, Frank Leichte Stahlbetontragwerke mit großen Spannweiten Beton- und Stahlbetonbau 12/2012 846-854 Berichte

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Die offene transparente Bauweise des Zentrums für Virtuelles Engineering erforderte den Einsatz leichter Konstruktionen mit großen Spannweiten. Die Anforderungen an den Entwurf werden einleitend aus der Sicht des Architekten dargestellt. Anschließend werden die Schritte vom architektonischen zum konstruktiven Entwurf beschrieben. Auf die Erfahrungen mit den eingesetzten leichten Bauweisen wird ausführlich aus dem Blickwinkel des planenden Ingenieurs eingegangen.

Centre for Virtual Engineering of the Fraunhofer Institute in Stuttgart-Vaihingen. Light-weight reinforced concrete structures with large spans
The opened and transparent construction of the Centre for Virtual Engineering required the application auf light-weight structures with large spans. In the beginning the draft requirements are shown from the architect's viewpoint. Afterwards the steps from the architectural to the structural concept are described. In detail they dwell on the engineer's experience with the applied light-weight constructions.

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell 12/2012 Beton- und Stahlbetonbau 12/2012 855-862 Beton- und Stahlbetonbau aktuell

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Persönliches:
Gratulation: Wilfried B. Krätzig ist 80 Jahre alt. (H. Beem, U. Eckstein, R. Harte und U. Montag, Bochum)
Jürgen Stritzke 75 Jahre. (Heinz Opitz, Dresden)

Nachrichten:
Vorstand der Ingenieurkammer Hessen mit großer Mehrheit für weitere drei Jahre im Amt bestätigt
Hohe Auszeichnung für Präsident der Bayerischen Ingenieurekammer-Bau
Call for entries: the fib Awards for Outstanding Concrete Structures
Innovationen im Brücken- und Ingenieurbau
Das Polnische Nationalstadion in Warschau gewinnt den 13. Ingenieurbau-Preis von Ernst & Sohn

Bücher:
fib Bulletin No. 68: Probabilistic performance-based seismic design
Handbuch Technischer Lawinenschutz. Von F. Rudolf-Miklau, S. Sauermoser (Hrsg.). (Axel Volkwein, Birmensdorf)

Dissertation:
Carolin Roth: Lebenszyklusanalyse von Baukonstruktionen unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten - ein Beitrag zur Nachhaltigkeitsbewertung von Gebäuden bei ungewissem Lebensweg

Dank

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Kongresse - Symposien - Seminare - Messen Beton- und Stahlbetonbau 12/2012 863-864 Veranstaltungskalender

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Inhalt: Stahlbau 12/2012 Stahlbau 12/2012 Inhalt

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Podleschny, Ralf Innovationen im Metallleichtbau Stahlbau 12/2012 905 Editorial

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Ungermann, Dieter; Lübke, Sebastian Bemessungsmodell zur Durchknöpftragfähigkeit von Sandwichelementen bei direkter Verankerung Stahlbau 12/2012 906-911 Fachthemen

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Verankerungen in Sandwichelementen werden derzeit auf der Grundlage experimentell bestimmter Durchknöpftragfähigkeiten dimensioniert, da ein mechanisch basiertes Tragmodell fehlt. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde ein analytisches Modell zum Nachweis von Direktverankerungen entwickelt, welches mit Hilfe umfangreicher numerischer und experimenteller Untersuchungen bestätigt werden konnte.

Design model for pull-through resistance of direct fastenings in sandwich panels.
Fastenings of sandwich panels are designed based on experimentally determined pull-through resistances, because a mechanically based model does not exist. In the context of a research project an analytical design model of direct fastenings has been developed and verified by extensive numerical and experimental investigations.

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Ungermann, Dieter; Lübke, Sebastian Innovative einseitige Verankerung von Sandwichelementen Stahlbau 12/2012 912-915 Fachthemen

Kurzfassung

Die Tragfähigkeit einseitiger Befestigungen von Sandwichelementen ist derzeit weder bauaufsichtlich geregelt noch existieren Berechnungsmodelle. Die Verankerung von Sandwichelementen oder die Einleitung äußerer Lasten an nur einem Deckblech wurde im Rahmen eines Forschungsvorhabens systematisch untersucht und weiterentwickelt. Im Ergebnis konnten die wesentlichen Phänomene bei einer einseitigen Lasteinleitung durch experimentelle und numerische Untersuchungen aufgedeckt werden und mögliche Verankerungssysteme auf experimenteller Basis entwickelt werden.

Innovative fastening of sandwich panels in one face sheet only.
One sided fastenings of sandwich panels at one face sheet only are not yet covered by technical approvals. In the context of a research project possible fastening technologies for one face sheet only have been systematically examined und developed. As a result the main difficulties with such fastenings could be identified, based on experimental and numerical investigations, and possible fastening systems could be developed based on testing.

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Erstmalige Auslobung des Ingenieurbaupreises des Deutschen Stahlbaus Stahlbau 12/2012 915 Aktuell

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Dürnberger, Dieter; Fick, Karlfriedrich; Thiebes, Robert Winterspiele 2014 in Sotschi Stahlbau 12/2012 916-921 Fachthemen

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Zweischalige Dachkonstruktionen sind charakteristisch für den klassischen Metallleichtbau, weil sie variabel in der Kombination ihrer Komponenten sind. Damit können selbst ausgefallene Anforderungen an die Formgebung oder strenge Vorschriften an die Schutzfunktionen gegen Brand, Schall und Blitzschlag erfüllt werden. Gegen werkstoffbedingte Wärmeverluste oder die Wärmebrückenwirkung durchstoßender Metallteile gibt es längst ausgereifte Konstruktionen im Zusammenwirken mit anderen Werkstoffen, ohne Verlust an Qualität oder Einschränkung der Leistungsfähigkeit. Am Beispiel eines bezüglich Form und Größe anspruchsvollen Daches einer Sportarena für die Winterspiele 2014 in Sotschi wird das Leistungsvermögen einer zweischaligen Konstruktion mit einer Unterschale aus Stahltrapezprofilen und einer Oberschale aus industriell gefertigten Aluminium-Stehfalzprofilen gezeigt.

Hockey arena for the Olympic Winter Games 2014 in Sochi.
Twin-skin roof structures are typical in lightweight metal construction because of the flexibility they offer in the combination different components. This allows unusual demands on the design or strict requirements for fire, acoustic and lightning protection to be met. To combat material-related heat loss or thermal bridging through metal parts, there are well established solutions provided by the use of alternative materials without any loss of quality or performance. Using the example of demanding requirements on the shape and size of the roof for a new sports arena for the 2014 Winter Olympics in Sochi, the performance capability of a twin-skin structure with profiled metal deck lining and an outer skin of industrially manufactured of aluminium standing seam profiles is shown.

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Möller, Ralf Wand- und Deckenkonstruktionen im Kühlhausbau Stahlbau 12/2012 922-930 Fachthemen

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Für die statische Berechnung und Bemessung der Sandwich-Fassadenelemente von Kühlhäusern liegen zwischenzeitlich anerkannte Regeln vor, die Schäden an der Konstruktion infolge früher oft beobachteter Überbeanspruchungen der äußeren Deckschale verhindern. Der Innenausbau von Kühlanlagen wird zur Zeit in der Regel unter Ausschluss der Bauaufsicht durchgeführt. In vielen Fällen wird auf die Anfertigung von statischen Berechnungen und Festigkeitsnachweisen zugunsten langjähriger Erfahrungen der errichtenden Firmen vollständig verzichtet. Das Sicherheitsniveau, welches dann mit derartigen Konstruktionen einhergeht, ist - obwohl man sich offensichtlich oft in Grenzbereichen bewegt - nicht bekannt.
Der Wunsch nach immer größeren Spannweiten und wirtschaftlicheren Konstruktionen nötigt den verantwortlichen Bauleiter oder den Statiker oft zu einem Vorgehen, welches durch das Baurecht nicht abgedeckt ist und macht diesen Bereich zu einem lohnenden Forschungsobjekt. Es ist die Absicht zu zeigen, wie man mit relativ geringem Aufwand auf ingenieurmäßiger Basis zu Lösungen kommen kann - vorausgesetzt, die o. a. Lücken in der Technik werden geschlossen.

Wall and ceiling constructions in cold stores.
Meanwhile, there are accepted rules regarding the structural analysis and dimensioning of sandwich façade elements for cold stores, which prevent damage to the structure resulting from excessive loads of the outer cover sheet such as used to frequently be observed. The interior finishes of cooling systems are currently usually made without the building authorities being involved. Often the companies in charge of construction completely dispense with structural analyses or proofs of rigidity and instead apply their long-standing experience. The safety level of these structures is not known, even though they obviously come near to stability limits.
The demand for ever larger spans and ever more cost-effective structures often pushes the construction supervisor or structural engineer to use an approach which is not covered by building legislation, making this area a rewarding subject for study. Our aim is to demonstrate how solutions can be achieved with a limited effort using a sound engineering basis, provided the identified technology gaps can be closed.

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Mehrtens, Peter; Schmieder, Markus Bahn frei für die Architektur - Approximation von Freiform-Flächen durch abwickelbare Streifen Stahlbau 12/2012 931-934 Fachthemen

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Blickfang der zeitgenössischen Architektur ist seit mehreren Jahren die so genannte Freiform-Architektur. Diese überzeugend zu planen ist viel mehr als eine Frage der Form - erst mit einer sauberen Fügung der Bauteile und einer konstruktionsbewussten Ausarbeitung der Einzelteile wird diese auch im Detail zum Erfolg. Im Idealfall sind der materialgerechten Formbarkeit durch innovative Technik fast keine Grenzen gesetzt.

Rolling out of architectural design intent - Approximation of freeform surfaces by developable strips.
For a number of years the eye catcher of contemporary architecture has been so called Freeform-Architecture. To design such in a convincing manner, it takes far more than the mere shape - only when the composition of the whole and the parts takes place in a construction aware manner, the project will be successful. Ideally innovative technology can almost remove the geometric constraints when forming materials by appropriate processes.

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Hassinen, Paavo; Misiek, Thomas Einfluss von Inhomogenitäten im Kernwerkstoff von Sandwichelementen auf die Tragfähigkeit Stahlbau 12/2012 935-943 Fachthemen

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Der Einfluss typischer struktureller Imperfektionen und Inhomogenitäten im Schaumkern auf die elastische Bettung der Deckschichten eines Sandwichelementes wird vorgestellt und diskutiert. Hierzu wurden sowohl theoretische als auch numerische Untersuchungen herangezogen bzw. durchgeführt. Darauf basierend werden Erweiterungen für ein Bemessungsmodell für die Tragfähigkeitsermittlung abgeleitet. Das Bemessungsmodell sowie ein abschließendes Fazit werden präsentiert.

Influence of structural imperfections and inhomogeneities of the core material of sandwich panels on load-bearing capacity.
The paper presents and discusses the effects of the typical structural imperfections and inhomogeneities of the core on the elastic foundation. Both theoretical and numerical investigations were done to study their effect on the elastic critical buckling stress and on the compressive strength of the plane cross-section parts. Based on these investigations, extensions for the design model for the calculation of the load-bearing capacity were derived. The model with conclusive remarks is given in the paper.

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100 Jahre nichtrostender Stahl Stahlbau 12/2012 943 Aktuell

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Naujoks, Bernd; Zapfe, Cedrik Photovoltaikelemente auf bestehenden Sandwichdachelementen - Einfaches Bemessungskonzept für Punktlasten Stahlbau 12/2012 944-950 Fachthemen

Kurzfassung

Es werden zunehmend Photovoltaikelemente auf Sandwich-Dachelementen installiert. Diese zusätzlichen Punktlasten sind durch die geltende Norm EN 14509 nicht abgedeckt. Deshalb besteht ein großer Bedarf nach einem einheitlichen Bemessungskonzept. Basierend auf Versuchsreihen wird ein Vorschlag für ein einfaches Verfahren zur Ermittlung der Lastverteilung und Spannungen im Sandwichelement mit profilierter äußerer Deckschicht vorgestellt und zu beachtende Konstruktionsdetails beschrieben.

Installation of photovoltaic-elements on sandwich roof panels - Construction details and design model.
A large number of photovoltaic modules have been subsequently mounted on existing roofs and new structures for several years. Point loads are not covered by the existing standard EN 14509. For this reason, there is a great need for a basic design concept that is covered by a simple, documented model and test series. Construction details will be shown also.

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Neues Internetportal zur Suche nach Energieeffizienzexperten Stahlbau 12/2012 950 Aktuell

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Käpplein, Saskia; Ummenhofer, Thomas; Berner, Klaus Stabilisierung von Bauteilen durch Sandwichelemente Stahlbau 12/2012 951-958 Fachthemen

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Aufgrund ihrer großen Schubsteifigkeit in Plattenebene können Sandwichelemente ihre Unterkonstruktion, z. B. Pfetten und Wandriegel, gegen seitliches Ausweichen stabilisieren. Bisher fehlen jedoch praxistaugliche Grundlagen zur Ermittlung der Schubsteifigkeit der Sandwichelemente, die es ermöglichen, den Stabilisierungseffekt rechnerisch z. B. bei der Bemessung von Pfetten zu berücksichtigen, wie es bei Trapez- und Kassettenprofilen üblich ist. Im Aufsatz wird ein Berechnungsverfahren vorgestellt, mit dem die zur Stabilisierung der Unterkonstruktion zur Verfügung stehende Schubsteifigkeit der Sandwichelemente ermittelt werden kann. Aus der Stabilisierung resultieren planmäßige zusätzliche Kräfte in den Verbindungen zwischen Sandwichelement und Unterkonstruktion. Die Ermittlung dieser Beanspruchungen wird erläutert, um eine entsprechende Bemessung der Verbindungen durchführen zu können.

Stabilization of the substructure by sandwich panels.
Because of their high in-plane shear stiffness sandwich panels can stabilize their substructure, e. g. purlins and bay rails. But until now, there is a lack of clear design rules, which allow to determine the shear stiffness and to consider the stabilizing effect in the design of the substructure, as it is common practice for trapezoidal and cassette profiles. The present paper introduces a calculation procedure to determine the shear stiffness available for stabilization. Stabilization of the substructure causes additional forces in the fastenings between sandwich panel and substructure. The determination of these forces is also explained so that the fastenings can be designed properly.

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Fuchs, Werner Symposium zum 70. Geburtstag von Rolf Eligehausen - ein Familientreffen Stahlbau 12/2012 958 Persönliches

Kurzfassung

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Trautz, Martin; Heyden, Hans Willi; Herkrath, Ralf; Pofahl, Thorsten; Hirt, Gerhard; Taleb-Araghi, Babak; Bailly, David Herstellung frei geformter, selbst tragender Faltstrukturen aus Stahlblech mit der inkrementellen Blechumformung (IBU) Stahlbau 12/2012 959-967 Fachthemen

Kurzfassung

Blechumformung ist traditionell ein hochaufwendiger Prozess, der teurer Werkzeuge und Formen wie Gesenke oder Patrizen und zugehöriger Stempel bedarf, die erst bei hohen produzierten Stückzahlen rentabel werden. Aus diesem Grund beschränkt sich im Bauwesen der Einsatz umgeformter Stahlprodukte bisher auf die Verwendung von Halbzeugen wie z. B. Walzprofilen. Die inkrementelle Blechumformung (IBU), ein neuartiges Umformverfahren, arbeitet auf ganz andere Weise. Statt eines einstufigen Pressvorgangs, bei dem das Blech in Form gebracht wird, fährt ein Umformwerkzeug die Bauteilkontur in einem sequenziell ablaufenden Prozess mit lokaler Verformung ab, der sich mit einfachen Mitteln an die individuell herzustellenden Blechformen anpassen lässt. Die IBU stellt insofern einen hochflexiblen Prozess dar, der es möglich macht, Serien von geometrisch unterschiedlichen Bauteilen bei hoher Effizienz zu fertigen. Sie verspricht ein ideales produktionstechnisches Mittel für die Umsetzung des Leichtbauprinzips von Raumfaltwerken und mehrlagigen Faltungen zu sein, auf dessen Basis selbsttragende Hüll- und Fassadenkonstruktionen aus Feinblech für die Architektur und den Ingenieurbau gebaut werden können. Die tatsächlichen Eigenschaften und Bedingungen der konstruktiven und praktischen Umsetzung einer mit Hilfe der IBU hergestellten, frei geformten zweilagigen Hüllfläche wurde im Rahmen eines Forschungsprojekts zwischen dem Lehrstuhl für Tragkonstruktionen (TRAKO) und dem Institut für Bildsame Formgebung (IBF) an der RWTH Aachen untersucht.

Free-formed, self-supporting folding structure made of metal sheets using the incremental sheet forming (ISF).
Sheet forming is traditionally a costly process that requires expensive tools as well as forms such as winds or dies with customized punches, which are only profitable when producing high quantities. However, the incremental sheet forming (ISF), a novel forming technique, works highly differential. In contrast to the common single-stage jacking process, the incremental metal forming is a sequential process in which a forming instrument circumscribes the part contour and warps the sheet repeatedly. This process can easily be adjusted to a variety of individual thin sheet forms. In view of this fact, the ISF is a highly flexible process that allows to craft series of geometrically different components efficiently. ISF appears to be an ideal production-related instrument to realize the principle of lightweight constructions in space folding structures and multilayer folding structures that form the basis of self-supporting building envelopes or facades made of thin sheet. The actual characteristics and conditions of the constructive realization of a free-shaped, two-layered envelope formed with the incremental metal forming procedure has been analyzed during a research project between the Chair of Structures and Structural Design (Lehrstuhl für Tragkonstruktionen - TRAKO) and the Institute of Metal Forming (Institut für Bildsame Formgebung - IBF) of the RWTH Aachen University.

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