Für eine nachhaltige Bemessung von Stahlbeton- und Spannbetonbrücken in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit ist eine realitätsgetreue Abschätzung der Torsionssteifigkeit in Abhängigkeit von der Höhe der Beanspruchung notwendig. Unter anderem aufgrund des aktuell begrenzten Kenntnisstands sind normative Grundlagen für die Nachrechnung von Brückenbauwerken lediglich eingeschränkt vorhanden und für die Brückenneubemessung nicht vorgesehen. Der vorliegende Beitrag gibt eine Übersicht über das Torsionstragverhalten und insbesondere die Torsionssteifigkeit von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen mit Plattenbalkenquerschnitt. Der Fokus liegt hierbei auf der mit der Reduzierung der Torsionssteifigkeit einhergehenden Schnittgrößenumlagerung im Gesamtsystem, was u. a. zu geringeren Bemessungstorsionsmomenten und folglich zu einer kleineren erforderlichen Bewehrungsmenge für die Torsionsbeanspruchung führt. Dieses wird anschaulich anhand einer Parameterstudie mit dem Modell nach Bieger sowie am Beispiel einer Brückennachrechnung und der Bemessung eines Brückenneubaus in Spannbetonbauweise erläutert.

Effects of torsional stiffness on the load-bearing behaviour of concrete bridges with T-beam cross section
For a sustainable design of reinforced and prestressed concrete bridges in the ultimate limit state and serviceability limit state, a realistic estimation of the torsional stiffness as a function of the load level is necessary. Due to the current limited number of studies, normative bases for the recalculation of bridge structures are only available to a limited extent and are not intended for the design of new bridge constructions. The present article gives an overview of the torsional load-bearing behavior and, in particular, the torsional stiffness of reinforced and prestressed concrete structures with T-beam cross sections. The focus is on the redistribution of internal forces in the overall system associated with the reduction of torsional stiffness, which leads, among other things, to lower design torsional moments and consequently to a smaller amount of reinforcement required for torsional loading. This is explained clearly using a parameter study with the Bieger model and the example of a bridge recalculation as well as the design of a new bridge in prestressed concrete construction.

Für eine sichere und wirtschaftliche Bemessung von zwangbeanspruchten Stahlbetonbauteilen ist eine realistische Abschätzung der Zwangkraft von großer Bedeutung. Frühere Arbeiten legen nahe, dass hierbei unterschieden werden sollte, ob Betonschwinden oder eine Temperaturdifferenz die Ursache der Zwangbeanspruchung darstellt. Im vorliegenden Beitrag werden Untersuchungen beschrieben, bei denen beidseitig gehaltene Stahlbetonstäbe unter gleichförmigen Temperaturdifferenzen von bis zu 70 K experimentell untersucht wurden. Die sich einstellende Rissbildung sowie dazu korrespondierende Kräfte werden herausgearbeitet, mit Ergebnissen aus numerischen Simulationsrechnungen verglichen und dabei erweitert um die Variation von Längsbewehrungsgrad, Betonzugfestigkeit und Behinderungsgrad. Die deutlichen Unterschiede des Tragverhaltens gegenüber Bauteilen, die Zwang infolge von Schwinden ausgesetzt sind, werden bestätigt. Zudem zeigt sich, dass das abgeschlossene Rissbild des jeweiligen Bauteils bereits bei deutlich geringeren Dehnungen als 0,8 ‰ erreicht werden kann. Das übliche Vorgehen bei einer kombinierten Beanspruchung aus Last und Zwang, bei dem die Bemessung für beide Beanspruchungsarten getrennt erfolgt und dann der größere der beiden ermittelten Bewehrungsquerschnitte vorgesehen wird, kann z. T. deutlich auf der unsicheren Seite liegen.

Experimental and numerical investigations of constraining forces due to temperature differences
A realistic estimation of the constraint force is of great importance for a safe and economical design of reinforced concrete members subjected to constraint. Previous work suggests that a distinction should be made as to whether concrete shrinkage or a temperature difference is the cause of the constraint forces. In the present paper, experiments are described in which reinforced concrete components held on both sides were experimentally examined under uniform temperature differences of up to 70 K. The resulting cracking and the corresponding forces are elaborated, compared with results from numerical simulations, and extended by the variation of the degree of longitudinal reinforcement, concrete tensile strength and degree of restraint. The significant differences in the load-bearing behavior compared to members subjected to constraint forces resulting from shrinkage are confirmed. In addition, it is shown that the final state of full cracking of the respective structural member can be achieved at strains much lower than 0.8 ‰. The usual procedure for a combined loading and restraint, in which the design for both types of loading is carried out separately and then the larger of the two determined reinforcement cross sections is provided, can in part be clearly on the unsafe side.

Im modernen Tunnelbau sind der kontinuierliche Vortrieb mittels Tunnelbohrmaschine (TBM) und die Verwendung von Fertigteilsegmenten (Tübbinge) international etabliert. Bei dieser Baumethode stellt die Ausbildung der Tübbinglängsfuge, welche als trocken gestoßene Lastübertragungszone aufgefasst werden kann, aufgrund ihrer geometrischen Randbedingungen und möglichen Einbautoleranzen eine besondere Herausforderung dar. Eine Möglichkeit zur Ausbildung einer Tübbinglängsfuge bietet das von der TU Wien entwickelte Bewehrungskonzept, welches die Grundlage dieser Publikation bildet. Dabei erfolgt durch den Einsatz von stumpf gestoßenen Längsbewehrungsstäben in druckbeanspruchten Lastübertragungszonen eine Traglaststeigerung, die der Tragfähigkeit der stumpf gestoßenen Längsstäbe entspricht. Diese wird mittels experimenteller Versuche und numerischer Simulationen nachgewiesen. Experimentelle Untersuchungen und numerische Simulationen an Probekörpern mit einem Abstand zwischen den Stirnflächen und/oder einem seitlichen Versatz der gestoßenen Längsstäbe zeigten wesentlich geringere Traglaststeigerungen. Durch geeignete Maßnahmen bei der Tübbingherstellung und durch die Wahl des Stabdurchmessers der gestoßenen Längsbewehrung unter Berücksichtigung der zu erwartenden Einbautoleranzen können die Traglaststeigerungen des an der TU Wien entwickelten Bewehrungskonzepts auch in der Praxis umgesetzt werden.

Highly stressed load transfer zones with butt jointed reinforcement: Experimental investigations and numerical simulations
In modern tunnel constructions the use of tunnel boring machines (TBMs) and precast tunnel segments is internationally established. In this construction method, the design of the longitudinal joint, which can be regarded as a dry butted load transfer zone, presents a particular challenge due to its geometric boundary conditions and possible installation tolerances. The reinforcement concept developed by TU Wien, which forms the basis of this publication, offers a possibility for the design of a longitudinal joint. The use of butt-jointed longitudinal reinforcement bars in load transfer zones under compression results in an increase in ultimate load that corresponds to the ultimate load capacity of the butt-jointed longitudinal bars. This is verified by means of experimental tests and numerical simulations. Experimental investigations and numerical simulations on specimens with a spacing between the end faces and/or an eccentricity of the longitudinal bars showed significantly lower increases in ultimate load. By taking suitable measures during segment production and by selecting the bar diameter of the longitudinal reinforcement, taking into account the expected installation tolerances, the increases in ultimate load of the reinforcement concept developed at TU Wien can also be implemented in practice.

Beton ist der weltweit meistverwendete Baustoff und wird u. a. aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit, Vielseitigkeit und Beständigkeit für Infrastrukturbauten häufig eingesetzt. Seine Produktion und Verwendung verursacht allerdings signifikante Mengen an Treibhausgasemissionen (CO2eq). Jede Reduktion von CO2eq des Baustoffs trägt folglich dazu bei, das gesellschaftliche Ziel der CO2-Neutralität zu erreichen. Im vorliegenden Beitrag wird an einem Kleintierdurchlass einer Eisenbahnlinie der ÖBB beispielhaft gezeigt, wie Klimaverträglichkeit bzw. CO2-Äquivalente (kg CO2eq/m3) unmittelbar in den Mischungsentwurf eingehen. Es wird zudem ausgeführt, wie die wesentlichen Leistungsmerkmale klimaschonender Betone - das sind neben CO2-Äquivalenten insbesondere deren Frühfestigkeit und Dauerhaftigkeit - in ihrer Gesamtheit betrachtet und optimiert werden können. Dafür werden performancebasierte Konzepte zur Bindemitteloptimierung mit kombinierten Zusatzstoffen und zum Nachweis der Dauerhaftigkeit angewandt. Außerdem wird über Erfahrungen bei der Ausführung, Prüfung und Qualitätssicherung von CO2-reduziertem Beton im Vergleich zu äquivalentem Standardbeton berichtet.

Climate Compatibility as a Criterion for the Design and Performance of Concrete illustrated by the Example of an ÖBB Small Animal Passage
Concrete is the world's most widely used building material and is preferred for infrastructure construction inter alia due to its high performance, versatility and durability. Its production and use, however, generates significant amounts of greenhouse gas emissions (CO2eq). Consequently, any reduction of CO2eq of the building material contributes to achieving the societal goal of CO2 neutrality. In this paper, a small animal passage of an ÖBB railway line is used as an example to show how climate compatibility or CO2-equivalents (kg CO2eq/m3) are directly integrated into the mix design. It is also explained how the essential performance characteristics of climate-compatible concretes - in addition to the CO2-equivalents, in particular their early strength and durability - can be considered and optimised in their entirety. For this purpose, performance-based concepts are applied for the optimisation of binders with combined additives and for the verification of durability. Furthermore, experiences with the realization, testing and quality assurance of CO2eq-reduced concrete in comparison to equivalent standard concrete will be reported.

Im Rahmen des durch die ÖBB-Infrastruktur AG initiierten Forschungsprojekts im Zuge der Errichtung einer Straßenbrücke beim Neubau des Semmering-Basistunnels in Österreich wurden umfangreiche Langzeitmessungen des tatsächlichen Bauwerksverhaltens ab Herstellung einer Brücke im Jahr 2014 durchgeführt. Bei der vorliegenden Brücke handelt es sich um eine integrale vorgespannte Rahmenbrücke mit Betongelenken. Bei der Errichtung der Brücke wurden zur Langzeitmessung der Verformungen, Verdrehungen, Temperaturänderungen und Erddruckspannungen unterschiedliche Messsensoren sowohl innerhalb der Betonquerschnitte vor Betonage als auch an der Oberfläche der Betontragstruktur installiert. Die Messungen laufen nun seit der Errichtung der Brücke im Jahr 2014 bzw. der Absenkung des Lehrgerüsts über einen Zeitraum von acht Jahren permanent und stellen damit eine umfassende Grundlage zur Gegenüberstellung von Messung, numerischer Simulation und ingenieurpraktischen Ansätzen auf der Einwirkungs- und Widerstandseite dar. Im vorliegenden Beitrag wird die Konstruktion der Brücke einschließlich Herstellungsmethode und Installation der Messtechnik beschrieben. Über den Zeitraum von acht Jahren werden die Messergebnisse in ihrer Gesamtheit sowie auch in einzelnen ausgewählten Detailmessperioden dargestellt und den rechnerisch ermittelten Werten gegenübergestellt. Weiterhin erfolgt auch eine Gegenüberstellung der Ergebnisse der numerischen Simulationen der Betongelenke mit den in situ gemessenen Verformungen und analytisch errechneten Beanspruchungen. Die Ergebnisse über den Messzeitraum zeigen ein sehr träges Temperaturverhalten und sehr geringe Verdrehungen an den Betongelenken. Des Weiteren sind anhand der Messergebnisse zeitabhängige Verformungen des Betons deutlich erkennbar.

Long-Term Measurements of a Post-tensioned Integral Frame Bridge with Reinforced Concrete Hinges - Comparison of Measurement Results with numerical Simulations - an Observation after 8 Years of Monitoring
As part of the research project, initiated by ÖBB-Infrastruktur AG, the construction of a road bridge within the project Semmering Base Tunnel in Austria with extensive long-term measurements were carried out from the beginning of the construction works of the bridge in 2014 up to now. The bridge structure consists of an integral prestressed frame bridge with concrete hinges. During the construction of the bridge, monitoring sensors were installed both in the concrete structure before concreting and on the surface of the structure in order to measure deformations, strains, temperature changes and earth pressure stresses. The measurements have now been running for a period of 8 years since the construction of the bridge and the lowering of the formwork. In this context, extensive measurements within an other project were also made and investigations of temperature stresses on bridges as well as laboratory and large-scale tests on reinforced concrete hinges. The present article describes the construction of the bridge including the erection method and the installation of the monitoring and sensor technology. Over a period of 8 years, the measurement results are presented in the overview as well as in the detailed measurement periods and compared to the calculated approaches. Furthermore, the results of numerical simulations of the concrete hinges were compared with deformations measured in-situ. The results show a very slow temperature respone due to change of air temperature and small rotations of the concrete hinge. Furthermore, the long-time deformations of the concrete structure can be clearly identified in the results.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Manfred Keuser zur Vollendung seines 70. Lebensjahrs gewidmet
Vor dem Hintergrund eines alternden Bauwerksbestands sowie des stetigen Anstiegs des Schwerverkehrs ist eine regelmäßige und qualitativ hochwertige Bauwerksprüfung unabdingbar. Bei der Bewältigung dieser Aufgabe birgt die Zuhilfenahme digitaler Methoden im Rahmen der digitalisierten Inspektion (DI) großes Verbesserungspotenzial in Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Qualität. Ein wesentlicher Bestandteil der DI ist das automatisierte Erkennen von Schäden mit Künstlichen Neuronalen Netzen. Im Rahmen des Forschungsprojekts “Modellbasierte digitale Bauwerksprüfung - MoBaP” werden an der Universität der Bundeswehr München Neuronale Netze für die Klassifizierung von Schäden an Massivbrücken trainiert. Auf dem derzeit größten Open-Source-Datensatz (CODEBRIM) dieser Domäne erzielt das im Folgenden dargestellte Netz eine Exact Match Ratio von 74 % und definiert damit das aktuell beste Modell zur Multi-Target-Klassifizierung. Um auch Neuronale Netze für die Objektdetektion und semantische Segmentierung dieser Domäne zu trainieren, wird ein eigener Datensatz erstellt. Dadurch wird neben dem Klassifizieren auch das Lokalisieren der Schäden auf Bildern ermöglicht. In diesem Aufsatz erörtern die Autoren das Vorgehen zum Trainieren Neuronaler Netze für die Klassifizierung von Schäden an Massivbrücken und eine detaillierte Analyse von Testergebnissen. Außerdem werden die Entwicklung und der aktuelle Stand eines eigenen Datensatzes vorgestellt.

Automated Damage Classification on Concrete Bridges Using Convolutional Neural Networks
Against the background of an ageing structure stock and the constant increase in heavy traffic, frequent structural inspections of high quality are indispensable. In accomplishing this task, the use of digital methods within the framework of digitized inspections (DIs) offers great potential for improvement in terms of cost-effectiveness and quality. An essential component of DIs is the automated detection of damage with Convolutional Neural Networks (CNNs). As part of the research project “Model-Based Digital Structural Inspection - MoBaP”, CNNs are being trained at the University of the Bundeswehr Munich for the classification of defects occurring on concrete bridges. On this domain's currently largest open-source dataset (CODEBRIM), the best CNN achieves an exact match ratio of 74 % and thus currently defines a strong baseline. In order to also train neural networks for object detection and semantic segmentation in this domain, a separate dataset is created. This enables not only the classification but also the localisation of damage on images. In this paper, the authors discuss the procedure of training neural networks for the classification of defects on concrete bridges and show a detailed analysis of test results. In addition, the development and current status of their own dataset is presented.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Manfred Keuser zu seinem 70. Geburtstag gewidmet
Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) wird derzeit flächendeckend in Forschung und Praxis aller Branchen diskutiert und evaluiert. Dieser Beitrag vermittelt zunächst das notwendige Hintergrundwissen zur allgemeinen KI und erarbeitet dann die Notwendigkeit der Entwicklung von domänenspezifischer KI sowie erklärbarer KI (XAI) für die Berechnungs- und Bemessungspraxis im Bauwesen. Dabei wird die Rolle der Domäne “Bauingenieurwesen” an der Schnittstelle zur KI im Hinblick auf Daten sowie Modellierungs- und Bemessungsphilosophie diskutiert. Die drei Beispiele (i) Berechnung von Kirchhoff-Platten mit physikinformierten Neuronalen Netzen, (ii) Kalibrierung von Prior-Modellen für den parametrischen Brückenentwurf aus Datenbanken und (iii) der KI-unterstützte konzeptionelle Entwurf von Brücken veranschaulichen die Anwendung von domänenspezifischem Maschinellem und Tiefem Lernen sowie XAI mit besonderem Blick auf den Massiv- und Brückenbau. Insbesondere die physikinformierte KI (piKI) stellt eine Alternative zu etablierten numerischen Verfahren unter besonderer Berücksichtigung vorhandener Simulations- und Versuchsdaten dar und wird über den Einsatz von XAI erklärbar und nachvollziehbar. Dies ebnet den Weg zur Nutzung der Modelle der piKI im Bauwesen als Digitale Zwillinge eines Tragwerks über deren Lebenszyklen.

Explainable Domain-Specific Artificial Intelligence for Bridge Engineering and Design
The use of artificial intelligence (AI) is currently being discussed and evaluated across the board in research and practice in all industries. This paper first provides the necessary background knowledge on general AI and then elaborates the necessity of developing domain-specific AI as well as explainable AI (XAI) for the calculation and design practice in civil engineering. The role of the civil engineering domain at the interface with AI in terms of data and modeling and design philosophy is discussed. The three examples of (i) computation of Kirchhoff slabs with physics-informed neural networks, (ii) calibration of prior models for parametric bridge design from databases, and (iii) AI-assisted conceptual design of bridges illustrate the application of domain-specific machine and deep learning and XAI with special focus on concrete and bridge design. In particular, physics-informed AI (piKI) represents an alternative to established numerical methods with special consideration of available simulation and experimental data and becomes explainable and comprehensible via the use of XAI. This paves the way for the use of piKI models in civil engineering as digital twins of a structure over its life cycles.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Manfred Keuser zur Vollendung seines 70. Lebensjahrs gewidmet
Die Sicherung wichtiger militärischer und politischer Infrastruktur gegen potenzielle terroristische Angriffe ist von großer Bedeutung. Hierzu sind Bauteile aus Stahlfaserbeton sehr gut geeignet und können mit dem beschriebenen Ingenieurmodell dimensioniert werden. Als Grundlage für die Entwicklung eines Ingenieurmodells wurden in der Vergangenheit Versuche mit hohen Belastungsgeschwindigkeiten aus Kontaktdetonation an aus Normal- und Stahlfaserbeton hergestellten Platten durchgeführt und ausgewertet. Die dabei bestimmten Kenngrößen und anhand der Bruchbilder gewonnenen Erkenntnisse dienten nun als Eingangsparameter zur Entwicklung eines Ingenieurmodells. Das Ziel der Entwicklung des Ingenieurmodells war es, in Abhängigkeit von der dynamischen Betonzugfestigkeit, der Bauteildicke und der Größe der Kontaktdetonationsladung zu bestimmen, welche Menge Stahlfasern in Vol.-% erforderlich ist, um einen Trümmerflug auf der lastabgewandten Seite der Platte zu vermeiden. Dazu wird die aus der Kontaktdetonation erzeugte kinetische Abplatzenergie in der Platte bestimmt und im Anschluss die aufnehmbare kinetische Energie des Stahlfaserbetons in Abhängigkeit vom Stahlfasergehalt ermittelt. Um die ingenieurpraktische Verwendung zu gewährleisten, wurden die Resultate in einem Diagramm abgebildet. Somit ist es durch einfaches Ablesen möglich, den rechnerisch erforderlichen Stahlfasergehalt in Vol.-% zur Vermeidung des Trümmerflugs auf der lastabgewandten Seite der Platte zu bestimmen.

Engineering model to avoid debris flight in the event of contact detonation
Securing important military and political infrastructure against potential terrorist attacks is of great importance. Components made of steel fiber concrete are very well suited for this and can be dimensioned using the engineering model described. As a basis for the development of an engineering model, tests with high load velocities from contact detonation on test specimens made of normal and steel fiber concrete were carried out and evaluated in the past. The parameters determined and the knowledge gained from the fracture patterns serve as input parameters for the development of an engineering design model. The aim of developing the engineering design model was to determine the amount of steel fibers required in vol.-%, depending on the dynamic concrete tensile strength, the component thickness and the size of the contact detonation charge, in order to avoid flying debris on the side of the slab facing away from the load. For this purpose, the kinetic spalling energy generated from the contact detonation in the slab is determined and then the absorbable kinetic energy of the steel fiber concrete depending on the steel fiber content is determined. The results are then shown in a diagram to ensure practice applicability. With that, just by reading from the diagram it is possible to calculate the required steel fiber content in vol.-%.

Bei Biegeträgern aus stahlfaserverstärktem ultrahochfesten Beton (UHFB) unterscheidet sich das Querkrafttragverhalten je nach Querschnittsform. Balken mit gegliedertem Querschnitt zeigen typischerweise ein Schub-Zug-Versagen des dünnen Stegs. Hingegen tritt bei Balken mit Kompaktquerschnitt Biegeschubversagen auf. Somit sind Bemessungsansätze, die den Querkraftwiderstand eines Bauteils ohne Querkraftbewehrung, die Wirkung einer Vorspannung sowie Traganteile aus Bügeln und Fasern überlagern, nicht zwangsläufig auf beide Querschnittsformen gleichermaßen anwendbar. Ziel der vorliegenden Studie war es, das Querkrafttragverhalten von UHFB-Balken mit Kompaktquerschnitt und insbesondere die Einflüsse des Fasergehalts und des Vorspanngrads auf die Entwicklung des kritischen Schubrisses und die Querkrafttragfähigkeit zu untersuchen. Hierzu wurden 22 Querkraftversuche durchgeführt. Rissbildung und -ausbreitung wurden mittels digitaler Bildkorrelation überwacht. In den Versuchen konnte ein deutlicher Einfluss des Fasergehalts und des Vorspanngrads auf die Schubrisskraft festgestellt werden. Die Probekörper ohne Vorspannung zeigten überwiegend ein typisches Biegeschubversagen, während bei den vorgespannten Probekörpern die Betondruckzone unter kombinierter Beanspruchung aus Biegeschub und Biegedruck versagte. Anhand der Ergebnisse wurde ein additiver Bemessungsansatz überprüft. Er liefert für alle Versuche eine konservative Abschätzung der Schubrisskraft.

Shear bearing behaviour of UHPFRC beams with compact cross-section
The shear bearing behaviour of ultra-high performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC) beams differs depending on the shape of the cross-section. Beams with I-shaped cross-section typically fail in shear tension of the thin web, while beams with compact cross-section show diagonal tension failure. Thus, design approaches, which superimpose the shear resistance of a member without shear reinforcement, the effect of prestressing as well as the bearing mechanisms of stirrups and fibres, may not be equally applicable to both types of cross-section. The aim of the present study was to investigate the shear bearing behaviour of UHPFRC beams with compact cross-section and, in particular, the influence of fibre volume fraction and level of prestressing on the development of the critical shear crack and the shear resistance. To this, 22 shear tests were carried out. Crack initiation and propagation were monitored using digital image correlation. A clear influence of fibre volume fraction and level of prestressing on the shear cracking load could be observed in the tests. The test specimens without prestressing mainly showed typical diagonal tension failure, while for the prestressed test specimens the concrete compression zone failed under combined bending and shearing stress. Based on the results, an additive design approach was verified. It provides a conservative estimate of the shear cracking load for all tests.

Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Nguyen Viet Tue zu seinem 65. Geburtstag gewidmet
Ein wesentliches Element der Erfolgsgeschichte des Stahlbetonbaus ist die Beherrschung der Rissbildung, sodass die Rissbreiten im Gebrauchszustand auf ein tolerierbares Maß begrenzt werden können. Mehr als 60 Jahre nach den ersten gezielten Forschungsarbeiten zur Rissbreitenentwicklung in Stahlbeton mit Rippenbewehrung besteht aber noch immer kein Konsens darüber, wie die Rissbreite rechnerisch prognostiziert werden sollte. Dieser Beitrag greift die mechanische Modellvorstellung aus DAfStb-Heft 466 nach König/Tue zur Berechnung der maximalen Rissbreite [1] auf und vergleicht die Ergebnisse mit modernen numerischen Simulationsmethoden. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf den Einfluss der Betondeckung auf die Oberflächenrissbreite und die Bedeutung einer rissbreitenabhängigen Verbundspannung in der Berechnung gelegt. Dabei zeigt sich, dass das mechanische Modell zur maximalen Rissbreite durch die numerische Simulation sehr gut bestätigt werden kann.

FE-based verification of crack width calculation according to DAfStb bulletin 466
Dedicated to Prof. Nguyen Viet Tue on the occasion of his 65th birthday
The success story of reinforced concrete construction is closely related to the control of cracking so that crack widths in the service condition can be limited to a tolerable extent. However, more than 60 years after the first targeted research on crack width development in reinforced concrete with deformed reinforcement, there is still no consensus on how crack width should be predicted analytically. This paper refers to the mechanical model from DAfStb bulletin 466 according to König/Tue for the calculation of the maximum crack width [1] and compares the results with modern numerical simulation methods. Special attention is given to the influence of the concrete cover on the surface crack width and the importance of a slip-dependent bond stress in the calculation. It is shown that the mechanical model for the maximum crack width can be verified very well by the numerical simulation.

Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Nguyen Viet Tue zu seinem 65. Geburtstag gewidmet
Zur Berechnung der Rissbreiten werden in der Literatur sowie in vielen Normen zum einen Rissabstände und zum anderen mittlere Dehnungen benutzt. Zur Berechnung der Rissabstände muss die mittlere Verbundspannung bekannt sein. Diese wird in vielen Berechnungsansätzen vereinfachend als ein konstanter Wert angenommen. Auf der Grundlage eines realitätsnahen Ansatzes des Schlupfverlaufs s(x) über die Länge haben Tue und König aufgezeigt, wie man die mittlere Verbundspannung abhängig von der Rissbreite bestimmen kann, um die Rissbreitenberechnung zu verbessern. Dieser Beitrag beschreibt einen energiebasierten Ansatz, mit dessen Hilfe für jeden beliebigen Zusammenhang von örtlicher Verbundspannung und Schlupf (Verbundgesetz) die Bewehrung zur Rissbreitenbeschränkung direkt ermittelt werden kann. Der Ansatz wird auf das bekannte Verbundgesetz mit Potenzansatz angewendet und hinsichtlich der Übereinstimmung mit Versuchsergebnissen untersucht. Obwohl mittlere Dehnungen, Rissabstand und mittlere Verbundspannung nicht explizit in den Formeln genutzt werden, ist die Lösung mathematisch exakt im Rahmen des zugrunde gelegten Zusammenhangs von örtlicher Verbundspannung und Schlupf.

Energy-based direct calculation of reinforcement for crack width control
In the literature and in many standards, crack spacing and mean strains are used to predict crack widths. To calculate the crack spacing, the average bond stress must be known. In many calculation approaches, this is simplified and assumed to be a constant value. Based on a realistic approximation of the slip curve s(x) over the length, Tue and König have shown how the mean bond stress can be determined depending on the crack width in order to improve crack width calculation. This paper describes an energy-based approach that can be used to directly determine the reinforcement for the control of crack widths for any given relationship between local bond stress and slip (bond law). The approach is applied to the well-known bond law with power approach and examined for agreement with experimental results. Although mean strains, crack spacing and mean bond stress do not appear explicitly in the formulas, the solution is mathematically exact within the underlying relationship of local bond stress and slip.

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Nguyen Viet Tue zur Vollendung seines 65. Lebensjahrs gewidmet
Die ungünstige Altersstruktur der Bundesfernstraßen in Deutschland und die erhebliche Zunahme des Güterverkehrs sind die wesentlichen Gründe für den allgemein schlechten Gesamtzustand zahlreicher Brückenbauwerke. Zusätzlich ergeben sich durch die Weiterentwicklung der Normen in Verbindung mit den Eurocodes häufig rechnerische Defizite. Genauere Nachweisformate bietet die Stufe 2 der Nachrechnungsrichtlinie an, die 2011 erstmals erschienen ist und 2015 ergänzt wurde. Neuere Erkenntnisse zum Querkrafttragverhalten von Spannbetonbrücken mit geringen Querkraftbewehrungsgraden im Bereich von &rgr;w, min bilden die Grundlage für die 2. Ergänzung der Nachrechnungsrichtlinie, die in der BEM-ING Teil 2 erscheinen wird. Zur Bewertung der Querkrafttragfähigkeit des Hauptsystems wird ein erweitertes Fachwerkmodell mit additivem Betontraganteil eingeführt, das im Folgenden erläutert und anhand von zwei Fallbeispielen vorgestellt wird.

Shear strength assessment of bridge girders using refined design approaches
The unfavourable age structure of bridges of the federal highway system in Germany and the considerable increase in goods traffic are the main reasons for the generally poor overall condition of numerous bridge structures. In addition, the further development of the standards in connection with the Eurocodes often results in computational deficits. More precise verification formats are offered by Level 2 of the assessment guideline, which was first published in 2011 and extended in 2015. Recent findings on the shear behaviour of prestressed concrete bridges with low shear reinforcement ratios in the range of &rgr;w, min form the basis for the 2nd extension to the assessment guideline, which will appear in BEM-ING Part 2. For the evaluation of the shear capacity of the main system, an extended truss model with additive concrete contribution is introduced, which is explained in the following and presented by means of two case studies.

Ultrahochfester Beton (UHPC) bietet ein großes Potenzial hinsichtlich nachhaltiger Lösungen für Instandsetzungen und Verstärkungen von bestehenden Tragwerken, aber auch für ressourcensparende Neubauten. In diesem Zusammenhang ist eine Kombination zwischen Mikrostahlfasern und gewöhnlicher Betonstahlbewehrung sinnvoll, da sich Synergieeffekte bezüglich der Rissbreitenbegrenzung und des Lastabfalls bei Verformungslokalisation erzielen lassen. Zur Bestätigung dieser Einschätzung wurden Biegeversuche mit unterschiedlichen Querschnittsgeometrien und Bewehrungskombinationen durchgeführt. Dank moderner Messmethoden konnte hierbei die Rissbreitenentwicklung über den gesamten Versuchsablauf, auch bei sehr feinen Rissen, kontinuierlich erfasst werden. Die Analyse der Versuchsergebnisse zeigt, dass bei der Ermittlung der Biegetragfähigkeit des Querschnitts die volle Wirkung der Betonstahl- (Fließen) und der Faserbewehrung (Nachrisszugfestigkeit) addiert werden dürfen, unabhängig vom Fasergehalt. Auf Basis der gewonnen Messdaten wurde außerdem ein vereinfachter Ansatz zur Berechnung der Rissbreiten im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit abgeleitet.

Interactions of fibre and ordinary reinforcement in flexural loaded UHPC components
Ultra high performance concrete (UHPC) offers great potential in terms of sustainable solutions for rehabilitation and strengthening of existing structures as well as resource-saving new constructions. In this context, the combination of fibre and ordinary reinforcement can be very effective due to the synergy effects regarding crack width limitation and braking of load drop after deformation localisation. Bending tests with different cross-section geometries and reinforcement combinations were carried out in order to confirm this assessment. Thanks to modern measuring methods, the crack width development could be continuously recorded over the entire test sequence, even for very fine cracks. The results show that the full effect of the reinforcing steel (yield strength) and the fibre reinforcement (post-cracking tensile strength) can be added together for the determination of the load-bearing capacity; independent of the fibre content. Furthermore, a simplified approach for the calculation of crack widths in the serviceability limit state was derived on the basis of the obtained measurement data.

Dieser Fachbeitrag befasst sich mit der rückwärtigen Schädigung des Betons beim Durchbohren von Betonuntergrund unterschiedlicher Dicke und Zusammensetzung. Insbesondere bei der nachträglichen Installation von Befestigungen in sehr dünnen Bauteilen kann es bei der Erstellung des Bohrlochs zum vollständigen Durchbohren des Befestigungsuntergrunds kommen. Anzutreffen sind solche geringen Bauteildicken in der Praxis beispielsweise bei Hohlkammerdecken oder dünnen Fassadenelementen. Die beim Durchbohren entstehende rückwärtige Schädigung des Betons meint damit den Ausbruch auf jener Seite, die dem Beginn des Bohrvorgangs entgegengewandt ist. Dies ist dann von Relevanz, wenn etwaige nachträgliche Befestigungen dadurch einen großen Anteil ihrer Einbindetiefe in den Betonuntergrund verlieren. In diesem Beitrag wird auf der Grundlage von insgesamt mehr als 400 erstellten Bohrlöchern die Ausprägung der rückwärtigen Schädigung des Betons in Abhängigkeit von den Parametern Bauteildicke, Bohrdurchmesser, Größtkorn, Bohrverfahren und Schlagenergie des Bohrgeräts untersucht. Auf Grundlage der Untersuchungen kann gezeigt werden, dass die Tiefen und die Volumina der Ausbrüche einer logarithmischen Normalverteilung folgen. Dadurch lässt sich die Größe der rückwärtigen Schädigung des Betons statistisch beschreiben und damit die verbleibende Verankerungstiefe berechnen.

Sensitivity analysis of backward concrete breakout when drilling through thin structural elements
This technical paper deals with the backward damage of concrete when drilling through concrete structures of different thickness and composition. Particularly when installing fixings in very thin structural elements - such as slabs and panels of pre-stressed hollow core elements or façades - it may be necessary to drill completely through the fastening surface when making the drill hole. Drilling through results in the occurrence of a backward concrete damage on the opposite side of the start of the drilling process. This is relevant if any post-installed fastenings lose a large proportion of their embedment depth in the concrete due to the backward damage. In this contribution, based on more than 400 boreholes, the characteristics of the backward concrete damage are investigated as a function of the parameters component thickness, borehole diameter, maximum aggregate size, drilling method and impact energy of the drilling machine. Based on the investigations, it can be shown that the depths and volumes of the backward concrete damage follow a logarithmic normal distribution. This makes it possible to statistically describe the size of the backward damage and thus to find an approach for determining the remaining anchorage depth.

Chloride in Stahlbetonbauteilen können zu einer schädigenden Lochkorrosion der Bewehrung führen, die von außen nicht unbedingt sichtbar ist. Um den Schädigungsgrad der Bauteile und das Schädigungspotenzial auch hinsichtlich der zu wählenden Instandsetzungsvariante möglichst zielgerichtet ermitteln zu können, werden neben den herkömmlichen Methoden der Bauwerksdiagnose auch zunehmend zwei weitere Untersuchungsmethoden angewandt: So können durch gezielte Untersuchungen mit LIBS (Laser induzierte Breakdown Spektroskopie) wertvolle zusätzliche Informationen zur Chloridverteilung innerhalb des Bauwerks generiert werden. Mittels Bestimmung des Elektrolytwiderstands können Bauteile hinsichtlich des Wassergehalts und der Dichtigkeit und damit das Schädigungspotenzial beurteilt werden. Die Anwendungen beider Verfahren bei der Bauwerksdiagnose werden nachfolgend vorgestellt. Abschließend wird dargestellt, wie in Abhängigkeit von den später durchgeführten Instandsetzungsverfahren nach der Technischen Regel “Instandhaltung von Betonbauwerken” (kurz: TR-IH) des DIBt unterschiedliche Untersuchungsmethoden unterschiedliche Wichtigkeiten und Wertigkeiten aufweisen. Dies soll in der Praxis eine auf das Instandsetzungsverfahren zugeschnittene Bauwerksdiagnose ermöglichen.

LIBS and electrolyte resistance investigations - Components of an in-depth structural diagnosis of chloride-contaminated reinforced concrete
Chlorides can lead to damaging pitting corrosion at the reinforcement in reinforced concrete components, which is not necessarily visible from the outside. In order to select an appropriate repair method as specifically as possible the degree of damage and the damage potential of the components have to be identified. Besides conventional methods of building diagnostics two additional investigation methods are also being applied more often. For example, valuable additional information on the chloride distribution within the structure can be generated through targeted investigations with LIBS (Laser induced Breakdown Spectroscopy) analysis. By determining the electrolyte resistance, components can also be assessed with regard to the water content and tightness and thus with regard to the damage potential. The application of both methods in structural diagnostics are presented below. Finally, it is shown how, depending on the repair method carried out according to the Technical Rule “Maintenance of Concrete Structures (TR-IH)” of the DIBt, different NDT methods have different importances and values. In practice, this should enable a more tailor-made structural diagnosis.

Bei der Brücke Altstädter Bahnhof handelte es sich um eine große Spannbetonkonstruktion, die einen elementaren Verkehrsknotenpunkt in der Stadt Brandenburg an der Havel bildete. Entgegen üblichen Spannbetonkonstruktionen mit kleinen Bündelspanngliedern kamen beim Haupttragwerk in Längsrichtung großformatige Spannblockspannglieder zum Einsatz. Im Fall der vorliegenden Brücke setzte sich das Spannglied aus 392 ovalen Einzeldrähten aus Hennigsdorfer Produktion zusammen, welche als spannungsrisskorrosionsgefährdet gelten. Bei Bauwerkserkundungen wurde ein hoher Versprödungsgrad der Spannstähle festgestellt, sodass die Brücke am 19.05.2021 gesprengt werden musste. Zuvor traten im Bereich detektierter Spanndrahtbrüche von außen erkennbare Längsrisse in den Stegen anstatt von üblicherweise quer gerichteten Biegerissen an der gezogenen Randfaser auf. Die abweichende Schadensäußerung im Falle einer Spannstahlschädigung brachte das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) dazu, weitergehende Untersuchungen durchzuführen. In Zusammenarbeit mit dem Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg, der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden sowie der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) wurden experimentelle Untersuchungen in-situ konzipiert und durchgeführt. Im Konkreten wurde an zwei Messstellen eine gezielte Schädigung des großformatigen Spannglieds vorgenommen, um das zuvor vorgefundene Schadensbild nachzuvollziehen und validieren zu können. Konzept, Ergebnisse aus den Untersuchungen und Erkenntnisse für gleichartig ausgeführte Bauwerke sind Gegenstand des ersten Beitrags (Teil 1). Der zweite Teil [1] wird sich im Schwerpunkt den verwendeten Messverfahren und Monitoringsystemen widmen, welche die Durchführung des Versuchs begleiteten.

Experiences form the deconstruction of the Bridge Altstädter Bahnhof in the city of Brandenburg - Part 1: Investigation and findings on the announcement behavior of large-format tendons with pre-stressing steel susceptible to stress corrosion cracking
The bridge “Altstädter Bahnhof” in the city of Brandenburg a. d. Havel was a large pre-stressed concrete structure that provided an elementary traffic junction. In contrast to common pre-stressed concrete structures with small tendons, large-format pre-stressing tendons were used in the longitudinal direction for the main superstructure. In the case of the present bridge, the tendon consisted of 392 oval strands made in the steel mill of Hennigsdorf, Germany, which are considered to be susceptible to stress induced corrosion cracking. During structural investigations, a high degree of embrittlement of the prestressing steel was detected, so that the bridge had to be demolished on May 19, 2021. Previously, in the area of detected prestressing strand breaks, longitudinal cracks appeared in the webs instead of the usual bending cracks. The different damage indication in the case of prestressing steel prompted the Federal Ministery of Transport to initiate further investigations. In cooperation with the Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg, the Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden and the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), experimental investigations were designed and carried out on site. Specifically, targeted damage to the large-format tendon was carried out at two measuring points in order to reproduce and validate the damage pattern previously found. The concept, results from the investigations and findings for similar structures are the subject of the following first article (Part 1). The following part 2 will focus on the measurement methods and monitoring systems used during the experiments.

Im Dezember 2019 wurden bei einer turnusmäßigen Inspektion der B 1-Brücke am Altstädter Bahnhof in Brandenburg an der Havel massive und schnell voranschreitende Schäden festgestellt. Als Ursache für die Risse entlang der Längsträger wurde das Versagen eines signifikanten Anteils der Spanndrähte der konzentrierten Spannglieder vermutet. Die Brücke wurde umgehend für den Verkehr gesperrt und im Mai 2021 gesprengt. Im Vorfeld der Sprengung wurden durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) weiterführende Untersuchungen zum Schadensbild veranlasst, welche vom Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg koordiniert und in den Bauablauf integriert wurden. Das von der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Dresden erstellte Versuchskonzept ist Bestandteil des vorangestellten ersten Teils des Beitrags [1]. Hier im zweiten Teil werden ausgewählte Ergebnisse der umfangreichen versuchsbegleitenden Mess- und Monitoringmaßnahmen beschrieben, welche in Kooperation der HTW Dresden, der Bilfinger Noell GmbH sowie der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) durchgeführt wurden.

Experiences from the deconstruction of the Bridge Altstädter Bahnhof in the city of Brandenburg - Part 2: Damage Monitoring during Destructive Tests
A routine inspection of the B1 bridge at the Altstädter Bahnhof in Brandenburg an der Havel in December 2019 revealed massive and rapidly progressing damage. The cause of the cracks along the longitudinal girders was suspected to be the failure of a significant portion of the prestressing wires of the concentrated tendons. The bridge was immediately closed to traffic and demolished in May 2021. Prior to the demolition, the Federal Ministry for Digital and Transport (BMDV) initiated further investigations into the damage pattern, which were coordinated and integrated into the deconstruction process by the Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg. The test concept was developed by the Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTW) and is described in the previous article (Part 1). The article at present (Part 2) describes selected results of the extensive measurement and monitoring measures accompanying the tests. The Tests were carried out in cooperation with the HTW Dresden, Bilfinger Noell GmbH and the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM).

Hybride Turmkonstruktionen für Windenergieanlagen haben sich in den letzten Jahren vor allem für Anlagen mit großen Nabenhöhen etabliert. Der obere Teil derartiger Türme besteht aus Stahlsektionen, wohingegen sich der untere Teil aus vorgespannten Betonfertigteilringen zusammensetzt. Die zwangsläufig zwischen den Betonfertigteilen entstehenden Horizontalfugen werden üblicherweise als Trockenfugen ausgeführt. Aufgrund der fehlenden Ausgleichsschicht in der Fuge entstehen erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit der Fugenoberflächen. Aus Messdaten von realen Segmenten von Windenergieanlagen konnte abgeleitet werden, dass die Fugenoberflächen Ungenauigkeiten hinsichtlich der Querschnittsform und Ebenheit aufweisen. Mittels numerischer Simulationen wurde der Einfluss dieser Imperfektionen auf das Fugentragverhalten unter kombinierter Belastung aus Vorspannung, Biegung und Torsion untersucht. Es zeigt sich, dass in Abhängigkeit von der Imperfektionsart und vom Vorspanngrad Imperfektionen das Fugentragverhalten erheblich beeinflussen können.

Effects of imperfections on joint bearing capacity of segmented tower structures
Hybrid tower structures for wind turbines have become established in recent years, especially for turbines with large hub heights. The upper part of these towers consists of steel sections, whereas the lower part is made up of prestressed precast concrete rings. The horizontal joints between the precast concrete elements are usually designed as dry joints. Due to the lack of a compensation layer in the joint, increased demands are made on the accuracy of the joint surfaces. From measurement data of real segments of wind turbines, it could be deduced that the joint surfaces show imperfections with respect to the cross-sectional shape and flatness. Numerical simulations were used to investigate the influence of these imperfections on the joint support behaviour under combined loading of prestressing, bending and torsion. It is shown that, depending on the type of imperfection and the degree of prestressing, imperfections can have a considerable influence on the joint load-bearing behaviour.

Steigende Anforderungen an den Wärmeschutz und die Reduzierung von Transmissionswärmeverlusten an Gebäuden führen zu einem erhöhten Bedarf an energieeffizienten Dämmsystemen und Technologien für die Gebäudehülle. Im Rahmen dieses Beitrags werden mit dünnen Verbunddübeln neuartige Verbindungsmittel für ein effizientes vakuumgedämmtes Wandelement vorgestellt. Dieses Element besteht aus zwei Betonschalen und einer vakuumgedämmten Kernschicht. Die Kopplung der einzelnen Schichten erfolgt über dünne Verbunddübel, die als Verbindungsmittel für Stahlbetonwandtafeln eingesetzt werden. In Auszugversuchen wird das Last-Verformungs-Verhalten von dünnen puzzleförmigen Verbunddübeln untersucht und der Einfluss verschiedener Parameter wie der Bewehrung, der Einbindetiefe und der Verbunddübelanzahl herausgestellt. Die Versuchsergebnisse werden mit einem bestehenden Modell aus der Literatur zur Bestimmung der Auszugtragfähigkeit von Verbunddübeln verglichen und bewertet. Darauf aufbauend wird ein modifiziertes Modell zur Beschreibung der Auszugtragfähigkeit von dünnen Verbunddübeln vorgestellt und anhand der Versuchsergebnisse validiert.

Pull-out load capacity of thin composite dowels as fasteners for reinforced concrete wall panels
Increasing requirements for thermal insulation and the reduction of transmission heat losses in buildings lead to an increased demand for energy-efficient insulation systems and technologies for the building envelope. In this paper, thin composite dowels are used to present novel fasteners for an efficient vacuum-insulated wall element. This element consists of two concrete layers and a vacuum-insulated core layer. The individual layers are coupled by means of thin composite dowels, which are used as fasteners for reinforced concrete wall panels. Tensile tests are performed to investigate the load-deformation behaviour of thin puzzle-shaped composite dowels and to highlight the influence of different parameters such as reinforcement, embedment depth and number of composite dowel bars. The experimental results are compared with an existing model from the literature for determining the tensile capacity of composite dowels and evaluated in terms of their suitability. Based on this, a modified model for describing the tensile load-bearing capacity of thin composite dowel bars is presented and validated based on the test results.

Flachdecken sind eine heute oft ausgeführte Konstruktionsform im Hoch- und Industriebau, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts erstmals angewendet wurde. Flachdecken ermöglichen vor allem flexibel und nachhaltig nutzbare Gebäudestrukturen, die maßgeblich zur Verlängerung der Gesamtnutzungsdauer beitragen. Das durch die punktförmige Lagerung verursachte Durchstanzversagen stellt in der Bemessung oftmals den entscheidenden Nachweis dar. Seit mehr als 100 Jahren ist daher eine Vielzahl experimenteller und numerischer Untersuchungen zum Durchstanzen durchgeführt worden. Hierbei lag der Fokus gleichermaßen auf dem Durchstanzen bei Flachdecken und Fundamenten, die im Vergleich durch ihre gedrungene Ausführung ohne günstig wirkende Plattenmembranwirkungen ein verändertes Tragverhalten aufweisen. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Meilensteine in der historischen Entwicklung punktförmig gelagerter Platten aufgezeigt und anschließend aktuelle Untersuchungen am Institut für Massivbau in Aachen vorgestellt. Dabei geht der Beitrag auch auf die Frage ein, ob trotz der langen Forschungshistorie immer noch wissenschaftlicher Forschungsbedarf besteht.

100 years of punching shear - Still research necessary?
Flat slabs are an often-used construction method in today's building and industrial constructions, which was first applied at the beginning of the 20th century. In particular, flat slabs enable flexible and sustainably usable building structures contributing significantly to the extension of the service life. In design, the punching shear failure occurring due to the point support often represents the decisive verification. Therefore, many experimental and numerical investigations have already been carried out for more than 100 years. Here, the focus has been equally on punching shear in flat slabs and column bases, which show a changed load-bearing behavior due to their compact construction without favorably acting membrane effects. In this article, the milestones in historical development of point-supported slabs are outlined and current investigations at the Institute of Structural Concrete in Aachen are presented. Hereby, the article also addresses the question of whether there is still a need for scientific research despite the long history of research.

Klassische Betondeckungsmessgeräte geraten bei Betondeckungen von mehr als 6 bis 7 cm und bei Objekten hinter oberflächennaher Bewehrung an ihre Grenzen. In diesem Beitrag wird für tiefere Objekte primär auf Ultraschall eingegangen und zunächst dessen Einsatzbereich von Radar abgegrenzt. Während die “Betondeckung” mit max. 6 bis 7 cm nur für die Dauerhaftigkeit von Beton eine Rolle spielt, werden Radar und Ultraschallecho zur Ermittlung der “Einbautiefe” von Hüllrohren und Bewehrung in deutlich größeren Tiefen verwendet, deren Kenntnis primär für den Nachweis der Standsicherheit von Konstruktionen notwendig ist (ZfPStatik). Dabei entscheiden Prüfaufgabe und Randbedingungen, welches Verfahren zum Einsatz kommt. Durch systematische Untersuchungen an Betonbauteilen und der Variation von Verlegedichte der Bewehrung an der Oberfläche, Einbautiefe, Stababstand der zu detektierenden Bewehrung und deren Durchmesser werden Leistungsfähigkeit und Grenzen von Ultraschall in Echo-Anordnung (Sender und Empfänger eines Arrays auf einer Seite des Bauteils) hinsichtlich der Detektierbarkeit von Hüllrohren und Bewehrungsstäben aufgezeigt und die Genauigkeit der Messung der Einbautiefe ermittelt. Diese Erkenntnisse zu Ultraschall werden abschließend im Vergleich zur Leistungsfähigkeit von Radar und magnetisch induktiven Verfahren eingeordnet, die bereits in vorangegangenen Beiträgen behandelt wurden. Durch die zusammenfassende Betrachtung am Ende dieses Beitrags soll es dem Anwender erleichtert werden, das für seine Prüfaufgabe und Randbedingungen am besten geeignete Verfahren auszuwählen und realistische Erwartungen an die erzielbaren Ergebnisse zu stellen.

Detection of tendon ducts and rebars and the accuracy of the measured concrete cover using ultrasonic echo
Classical covermeters come to their limits when the concrete cover exceeds 6 to 7 cm or beneath a mesh. Concrete cover measurement with these devices is performed up to 6 to 7 cm and is only of interest for durability. Concrete cover in greater depth is performed with Radar and Ultrasonic Echo with the focus on stability of structures (NDT-SC, static calculations). The decision of the appropriate method depends on the boundary conditions, given by the spacing of the rebars near the surface, the depth, diameter and spacing of the objects to be detected. These parameters have been varied systematically in different concrete members to quantify the accuracy as well as strength and limitations especially for Ultrasonic Echo. The obtained results will be set in the context of Radar and magnetic methods with results of former publications. This will help the operator to make the best decision to find the appropriate method according to his testing task or boundary conditions.

Intelligente Systeme (IS) erreichen derzeit die Industrie 4.0 [1, 2] in einem vielfältigem Einsatzspektrum. Mit dem Erhalt von Big Data können IS-Anwendungen von neuen Techniken des maschinellen Lernens (ML) erweitert werden, um auf Basis der IS erzeugte Digitale Zwillinge direkt umzusetzen. Auf Ingenieurbauwerke können diese Techniken durch ein Bauwerksmonitoring übertragen werden. Durch Onlineüberwachung des Betriebsverhaltens kann ein intelligentes Erhaltungsmanagement über den gesamten Lebenszyklus mit einer proaktiven Schadenserkennung betrieben werden. Mittlerweile ist die Entwicklung wirtschaftlicher intelligenter smarter Verfahren für die Wissensextraktion in der künstlichen Intelligenz (KI) von ausschlaggebender Bedeutung. Der Beitrag stellt die Structural Health Information Patterns (SHIPs) vor, die aus einem Monitoring gewonnen und mit einer ML-Technik erzeugt werden. Es wird die Erstellung von SHIPs gezeigt. Zudem wird dargestellt, welches Bauwerksmonitoring für die Zustandsüberwachung erforderlich ist, sodass die ML-Techniken für ein intelligentes Erhaltungsmanagement angewandt werden können. Es werden neuartige Ansätze der intelligenten Analyse mit unüberwachtem und überwachtem ML in Hinblick auf SHIPs für die technische Strukturüberwachung des Ingenieurbauwerks betrachtet. Die neue SHIP-Methodik wird abschließend an einem Praxisbeispiel, der Heinrichsbrücke Bamberg, demonstriert.

Civil engineering structures as intelligent systems - maintenance management with Structural Health Information Patterns (SHIPs)
Intelligent systems (IS) reach the Industry 4.0 [1, 2] in the varied application spectrum at present. By receiving Big Data IS-applications can be expanded with new techniques of machine learning (ML) to implement directly digital twins created on the basis of the IS. To the civil engineering structures these techniques can be carried over by means of structural monitoring. Using the Online-Monitoring of the operational behaviour an intelligent maintenance management can be run over the whole life-cycle with the proactive damage recognition. Meanwhile, the development of economical intelligent smart methods for the knowledge extraction is of critical importance in the artificial intelligence (AI). The article presents the Structural Health Information Patterns (SHIPs) to be obtained from a monitoring and generated with a ML-technique. The construction of SHIPs is shown. Moreover, it is described what structural monitoring is needed for condition tracing so that the ML-techniques for an intelligent maintenance management can be applied. Innovative approaches of the intelligent analysis with unsupervised and supervised ML are considered regarding SHIPs for the technical structural monitoring of the civil engineering structure. The new SHIP-methodology is demonstrated on a practical example, Heinrich bridge Bamberg, finally.

Nach der Technischen Regel Instandhaltung (TR IH) des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) [1], die bereits in einigen Bundesländern bauaufsichtlich eingeführt ist, ist im Gegensatz zum Teil 1 der Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb [2] auch die Verwendung von Hydrophobierungen bzw. OS1-Systemen zum Schutz gegen das Eindringen von Stoffen, zur Regulierung des Wasserhaushalts von Beton und zur Erhöhung des elektrolytischen Widerstands von Beton (bei carbonatisierungsinduzierter Bewehrungskorrosion) möglich. Im vorliegenden Beitrag wird ein Überblick über die am Markt erhältlichen Produktgruppen an Hydrophobierungen auf Silan- oder Siloxan-Basis gegeben. Da der Planer nach der TR IH Auftragsmengen und Eindringtiefen vorgeben muss, werden das Vorgehen zur Bestimmung von Mindestauftragsmengen und Mindesteindringtiefen skizziert und entsprechende Laborprüfungen zur Bestimmung der Mindestwerte vorgestellt. Weiterhin werden Hinweise zur Planung und Qualitätssicherung während der Bauausführung gegeben. Eine während der Nutzung möglicherweise nachlassende Wirkung einer Hydrophobierung muss gemäß TR IH durch Kontrollmessungen im Instandhaltungsplan berücksichtigt werden. In diesem Zusammenhang werden verschiedene Möglichkeiten erläutert, mit denen ein solcher Wirkungsnachweis möglich ist. Abschließend wird ein Praxisbeispiel vorgestellt.

Use of hydrophobic treatments according to the TR Instandhaltung of the DIBt - Procedure from the planner's perspective and practical example
According to the Technische Regel Instandhaltung (TR IH) (engl.:Technical Rule on Maintenance) of the Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt) [1] in contrast to Part 1 of the Instandsetzungsrichtlinie (Rili SIB) of the DAfStB [2], the use of hydrophobic treatments or OS 1 systems is also possible to protect against the penetration of substances, to regulate the water balance of concrete and to increase the electrolytic resistance of concrete (in the case of carbonation-induced reinforcement corrosion). This article gives an overview of the product groups of silane- or siloxane-based water repellents available on the market. Since the planner must specify application quantities and penetration depths according to TR IH, the procedure for determining minimum application quantities and minimum penetration depths is outlined. Corresponding laboratory tests for determining the minimum values are presented. Furthermore, advice is given on planning and quality assurance during construction. Since, according to TR IH, the effect of a hydrophobic treatment that may diminish during use must be taken into account in the maintenance plan by means of control measurements. Various possibilities are then explained with which such a proof of effect is possible. Finally, a practical example is presented.

In [1] wurde über die Entwicklung eines neuartigen Konstruktionsleichtbetons auf der Basis von Silica-Aerogelen, dem sogenannten Hochleistungsaerogelbeton (High Performance Aerogel Concrete, HPAC) berichtet. Neben hervorragenden Eigenschaften bezüglich des Brand- und Schallschutzes verfügt HPAC über eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit bei relativ hoher Druckfestigkeit und ist daher für die Herstellung monolithischer Außenbauteile ohne zusätzliche Wärmedämmung geeignet. Um die Einsatzmöglichkeiten des neuen Werkstoffs in der Baupraxis zu erweitern, wurde dieser seit seiner Vorstellung im Jahr 2016 am Institut für Massivbau der Universität Duisburg-Essen kontinuierlich weiterentwickelt. Dies betrifft zum einen die Optimierung des Werkstoffs hinsichtlich seines Schwindverhaltens und zum anderen die Beschreibung des Tragverhaltens unter Druck- und Zugbeanspruchung sowie die statistische Auswertung der Druckfestigkeit. Während der erste Aspekt insbesondere für die Herstellung bewehrter HPAC-Bauteile relevant ist, bilden die Untersuchungen zum Tragverhalten und die statistische Auswertung die Grundlage für wirklichkeitsnahe Berechnungen mithilfe der Finite-Elemente-Methode und die Ermittlung charakteristischer Festigkeiten. Nachfolgend wird über die Ergebnisse dieser Untersuchungen berichtet.

Optimization of High Performance Aerogel Concrete
The development of a new type of high-performance lightweight concrete based on silica aerogels, the so-called high-performance aerogel concrete (HPAC), was reported in [1]. In addition to excellent fire and acoustic protection properties, HPAC shows a very favorable relationship between compressive strength and thermal conductivity and is therefore suitable to produce monolithic exterior walls without additional thermal insulation. In order to expand the possible applications of the new material in construction practice, it has been continuously developed at the Institute for Structural Concrete at the University of Duisburg-Essen since its presentation in 2016. This affects, on the one hand, the optimization of the material with regard to its shrinkage behavior and, on the other hand, the investigation of the load bearing behaviour and the statistical evaluation of the compressive strength. While the first aspect is particularly relevant for the production of reinforced HPAC components, the statistical investigations provide the basis for Finite Element Simulations and the determination of the characteristic strengths. The results of these investigations are reported subsequently.

Polymerbeton gleicht in seiner Zusammensetzung herkömmlichem Zementbeton. Jedoch wird der üblicherweise als Bindemittel verwendete Zementleim durch ein polymeres Reaktionsharz substituiert. Verglichen mit Zementbeton zeichnet sich Polymerbeton durch seine hohen Festigkeiten, eine gute chemische Beständigkeit sowie durch seine kurze Erhärtungszeit aus. Aufgrund seiner hervorragenden Adhäsionseigenschaften lässt sich Polymerbeton mit unterschiedlichsten Materialien verbinden, weshalb er vorrangig Anwendung in der Reparatur von Holz- und Betonbauteilen findet. In einem aktuellen Forschungsprojekt wird zudem der Einsatz von Polymerbeton in lösbaren Verzahnungsverbindungen erforscht. Seine hohen Festigkeiten machen Polymerbeton zu einem optimalen Baustoff für Lasteinleitungsbereiche, in denen hohe Druckkräfte teilflächig in ein Betonbauteil eingeleitet werden. Insbesondere die hohe Zugfestigkeit, welche die des herkömmlichen Zementbetons um das Fünffache überschreiten kann, könnte den Einsatz von zusätzlicher Bewehrung obsolet machen. Weil für das Tragverhalten von Polymerbeton unter Teilflächenbelastung bislang kaum Forschungsergebnisse vorliegen, werden in diesem Beitrag neue Druckversuche an Polymerbetonprismen vorgestellt, bei denen die Last über unterschiedlich große Stahlstempel teilflächig in den Querschnitt eingeleitet wurde. Darauf aufbauend wird ein Berechnungsansatz vorgeschlagen, der eine zuverlässige Berechnung der maximal aufnehmbaren Teilflächenspannung von Polymerbeton ermöglicht.

Partial area loading of epoxy resin based polymer fine concrete
Polymer concrete is similar to conventional cement concrete. However, the cement paste usually used as a binder is substituted by a polymer resin. Compared to cement concrete, polymer concrete is characterised by its high compressive and tensile strengths, good chemical resistance and short curing time. Due to its excellent adhesive properties, polymer concrete can be bonded to a wide variety of materials, which is why it is primarily used in the repair of timber and concrete components. In a current research project the use of polymer concrete in toothed connections is also being investigated. Its high strengths make polymer concrete a well-suited building material for load application areas in which high compressive forces are introduced into a concrete member over a small area. In particular, the high tensile strength, which can exceed that of conventional cement concrete by a factor of five, could make the use of additional reinforcement obsolete. Since there are hardly any research results on the compressive behaviour of polymer concrete under partial area loading, this article presents new compression tests on polymer concrete prisms in which the load was introduced into the cross-section over a partial area via steel punches of different sizes. Based on the results of the tests, a calculation approach is then proposed that enables the determination of the maximum bearable stresses of polymer concrete under partial area loading.