Durch die Vorgaben des Erneuerbare-Energien-Gesetzes wird Strom aus Erneuerbaren Energien vorrangig in das elektrische Netz eingespeist. Zur Vermeidung von Überlastungen im Stromnetz muss diese Einspeisung temporär reduziert werden. Die elektrische Energie, die in diesen Zeiträumen technisch erzeugt werden kann, aber nicht wird, wird als Ausfallarbeit bezeichnet. Diese fällt zum größten Teil in der Heizperiode an und kann zur Beheizung von Gebäuden genutzt werden. Ein Ansatz für die effiziente Einbindung von Erneuerbaren Energien eröffnet die Nutzung der Gebäudetragstruktur zur Wärmespeicherung. Im Rahmen dieses Beitrags wird eine Lösung vorgestellt, mit der elektrische Energie in Wärme umgewandelt, in Betonbauteilen gespeichert und zur Beheizung von Gebäuden genutzt wird. Die Einspeicherung von Wärme erfolgt über eine neuartige, funktionalisierte Faserkunststoffbewehrung mit einem Heizdraht in Querschnittsmitte. Um das Ziel der Reduktion von Ausfallarbeit zu erreichen, wird ein Modell benötigt, welches abhängig von der Beladedauer und der -spannung die Temperatur im Bauteil vorhersagt. Das mithilfe von Messungen entwickelte Modell erlaubt dies für Beladedauern bis zu 12 h. Zudem werden die im Bauteil gespeicherte Wärme sowie die resultierende Heizleistung prognostiziert. Im untersuchten Beispiel werden Leistungen von bis zu 174 W/m2 und Temperaturänderungsraten von rd. 1 K/h erreicht.

Functionalised fibre reinforced plastic for heat storage in concrete components
Due to the requirements of the Renewable Energies Act, electricity from renewable energies is primarily fed into the electrical grid. To avoid overloads in the power grid, this feed-in must be temporarily reduced. The electrical energy that could technically be generated in these periods of time is referred to as failure work. Most of this occurs during the heating season and thus can be used to heat buildings. One approach for the efficient integration of renewable energies opens the use of the building support structure for heat storage. In the context of this item, a solution is presented with which electrical energy is converted into heat, stored in concrete components, and used to heat buildings without additional auxiliary energy. The storage of heat takes place via a novel functionalized fibre reinforced plastic reinforcement with a metallic heating wire integrated in the middle of the cross-section. To achieve the goal of reducing failure work, its temporal course must be considered together with the functionalized fibre reinforced plastic in the control of the building's heating system. This requires a model to forecast temperature and stored energy over time. In addition, the developed model predicts the hating power. In the experiments conducted up to 174 W/m2 and rates of about 1 K/h were achieved.

Am Institut für Tragwerksentwurf, ITE, wurde in grundlegenden Forschungsarbeiten die Non-Waste-Wachsschalungstechnologie entwickelt, die in der Produktion von frei geformten Betonbauteilen Schalungsabfälle minimiert. Damit soll der Bedarf der Beton-Fertigteilindustrie nach Technologien zur Reduktion der Produktionsabfälle und zum Aufbau emissionsarmer Produktionslinien erfüllt werden. Das aktuelle Eurostars-geförderte Forschungsprojekt “Robocrete” des ITE untersucht gemeinsam mit ODICO Construction Robotics, Odense, Dänemark, und BNB, Beton und Naturstein Babelsberg, Verfahren zur Herstellung von großformatigen Wachsblöcken für die industrielle Integration in Produktionslinien für Kleinserien. Ziel ist, die Forschungsergebnisse in einer digitalisierten robotischen Fertigungseinheit für Wachsschalungen für die Betonage zusammenzufassen. In vorangegangenen Forschungsprojekten war es bisher nicht möglich, riss- und spannungsfreie Wachsblockrohlinge mit einem Volumen von mehr als 1 m3 effizient herzustellen. Um dieses zu erreichen, werden derzeit optimierte Methoden zur Herstellung von Wachsblockrohlingen erforscht, die zudem in einem digitalen Fertigungsprozess formgebend bearbeitet werden. In einer Fallstudie unter Realbedingungen der Beton-Fertigteilindustrie mit der Firma Rinn wurde die Wachsschalungstechnologie für den Betonguss eines geometrisch komplexen Pollers von über 1,2 t Gewicht erfolgreich getestet.

Non-Waste-Wax Formwork for customized precast concrete construction - Practical example of the digital manufacturing process for small series of large-format bollards
At the Institute for Structural Design, ITE, fundamental research work has been carried out to develop the non-waste wax formwork technology, which minimizes formwork waste in the production of freely formed concrete components. This is intended to meet the needs of the precast concrete component industry for technologies to reduce production waste and build low-emission production lines. The current Eurostars-funded research project “Robocrete” at ITE together with ODICO Construction Roboctics, Odense, Denmark, and BNB, Beton und Naturstein Babelsberg, is investigating, among other things, processes for the production of large-format wax block blanks for industrial integration into production lines for small series. The aim is to combine the research results in a digitalized robotic production unit for wax formwork for concrete casting. In previous research, it was not possible to efficiently produce crack- and stress-free wax blocks with a volume of more than 1 m3. For this purpose, optimized methods for the production of wax block are being researched and developed further into a fully digital manufacturing process. In a case study under real conditions of the precast concrete industry with the company Rinn, the wax formwork technology for casting of a geometrically complex concrete bollard 1.2 t of weight was successfully tested.

Bei wasserundurchlässigen Betonbauwerken (Weiße Wannen) übernimmt die erdberührte Stahlbetonkonstruktion in Verbindung mit planmäßigen Fugenabdichtungen und ggf. nachträglichen Rissabdichtungen die Abdichtungsfunktion. Dabei unterscheiden sich die Nutzungsanforderungen der Konstruktionen heute oft kaum noch von denen oberirdischer Geschosse. Um diese hochwertigen Nutzungen sicherzustellen, bieten WU-Richtlinie und zugehörige Begleitliteratur wesentliche inhaltliche Anforderungen und Vorgaben an Planung und Ausführung. Dennoch sind in der Baupraxis zum Teil mangelhafte und schadensträchtige Konstruktionen anzutreffen, die unter anderem auf unzureichende Fachkenntnisse sowie mangelnde Prozesssicherheit bei WU-Planungen zurückzuführen sind. Insbesondere bei zeitlichen Abläufen, technischen Abhängigkeiten, Schnittstellenkoordination und Verantwortlichkeiten herrschen oft Unsicherheiten. Der vorliegende Beitrag beschreibt zunächst häufige Probleme in der Praxis und diskutiert begriffliche Festlegungen beginnend mit WU-Planung, WU-Fachplanung, WU-Koordination und WU-Konzept bis hin zur WU-Objektüberwachung. In Prozessdiagrammen werden erforderliche Schritte und Schnittstellen für eine erfolgreiche WU-Planung in chronologischer Reihenfolge mit ihren technischen Abhängigkeiten dargestellt und den Leistungsphasen zugeordnet. Hierbei werden Planungskonstellationen mit internen und externen WU-Fachplanern unterschieden. Ziel ist es, sowohl für einfache als auch komplexe WU-Bauwerke eine eindeutige Beschreibung der Verantwortlichkeiten, Leistungsumfänge sowie praxistaugliche Abläufe und Abhängigkeiten aller erforderlichen technischen Planungsschritte aufzuzeigen. Planern werden damit weiterführende Arbeitshilfen für eine alltägliche Problemstellung bereitgestellt.

Planning processes for successful waterproof concrete structures - practice recommendations
In waterproof concrete structures (white boxes), the reinforced concrete structure in contact with the soil in combination with planned joint sealings and, if necessary, subsequent crack sealings secures a defined sealing function against ingress of water. The utilization requirements of present waterproof concrete structures are often hardly different from those of above-ground floors. In order to enable these high-quality utilizations, the guideline for waterproof concrete structures and its accompanying literature offer essential requirements and specifications for planning and execution of these building parts. Nevertheless, in some cases defective and damage-prone structures can be found in general practice, which can be traced back e.g. to insufficient technical knowledge and a lack of reliability in the planning process of waterproof concrete structures. In particular, uncertainties often prevail with regard to chronological orders, technical dependencies, interface coordination and responsibilities. This article first describes common problems in general practice and discusses conceptual definitions of stages and elements of planning waterproof concrete structures. In process diagrams, the required steps and intersections for a successful planning of waterproof concrete structures are presented in chronological order with their technical dependencies and assigned to the service phases. A distinction is made between planning constellations with internal and external planner of waterproof concrete structures. The aim is to provide a clear description of the responsibilities, scope of services and practical procedures and dependencies of all the required technical planning steps for both simple and complex structures. Planners are thus provided with further working aids for an everyday problem.

Der Einsatz hochfester Materialien im Stahlbetonbau ermöglicht die Herstellung schlanker Bauteile. Vor allem im Hochhausbau kann dadurch die Wirtschaftlichkeit eines Gebäudes gesteigert werden, etwa durch die Erhöhung der Nutzflächen aufgrund schlanker Stützen. Untersuchungen aus der Vergangenheit dokumentierten hingegen ein frühzeitiges Bauteilversagen beim Einsatz von hochfestem Beton in Stahlbetonstützen. Vor allem bei zentrischem Druck kann die rechnerische Querschnittstragfähigkeit des Druckglieds aufgrund der Abplatzung der Betondeckung nicht erreicht werden. Diese Untersuchungen waren jedoch vom Bewehrungsgrad (≤ 6 %) und den verwendeten Stabdurchmessern (≤ 25 mm) stark begrenzt. Aus diesem Grund wurden an der TU Wien experimentelle Untersuchungen an hochfesten Stützen durchgeführt, welche in diesem Beitrag beschrieben werden. In zwei Versuchsserien wurde der Einfluss unterschiedlicher Stabdurchmesser (bis 63,5 mm), verschiedener Stahlgüten (B 550 und SAS 670/800) und der Einfluss der Dicke der Betondeckung untersucht. Des Weiteren beinhalten die Versuchsserien Untersuchungen an Stoßausführungen bei Ortbetonstützen und bei Fertigsteilstützen.

Early failure of high-strength concrete columns with large bar diameters
The use of high-strength materials in reinforced concrete constructions enables the manufacture of slender elements. This can increase the economic efficiency of a building, especially in high-rise construction, for example by increasing the usable living space due to slender columns. Studies from the past documented early component failure when using high-strength concrete in reinforced concrete columns. In the case of centrically compression the calculated cross-sectional load-bearing capacity of these compression member cannot be achieved due to the spalling of the concrete cover. However, these investigations were severely limited by the degree of reinforcement (≤ 6 %) and the bar diameters used (≤ 25 mm). For this reason, experimental investigations were carried out on high-strength columns at the TU Wien, which are described in this article. The influence of different bar diameters (up to 63.5 mm), different steel quality (B 550 and SAS 670/800) and the influence of the thickness of the concrete cover were examined in two test series. Furthermore, the test series includes investigations of joints from in-situ concrete columns as well as in precast columns.

Ultrahochfester Beton (UHFB) wird in der Praxis meist fließfähig bis sehr fließfähig verarbeitet. Der Entwurf der DAfStb-Richtlinie “Ultrahochfester Beton” sieht für diesen Fall vor, dass die Balken, an denen die residuelle Biegezugfestigkeit des stahlfaserbewehrten UHFB bestimmt wird, durch Befüllen der Schalung von einer Stirnseite aus hergestellt werden. Um sicherzustellen, dass mit diesem Verfahren reproduzierbare Prüfergebnisse erzielt werden, wurden im Rahmen eines vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton geförderten Forschungsvorhabens 3-Punkt-Biegeversuche an Balken aus Feinkorn- und Grobkorn-UHFB durchgeführt und die Verteilung und Orientierung der Fasern ausgewertet. Im Zuge dieser Untersuchungen wurde auch ein alternatives Verfahren der Probekörperherstellung getestet. Für alle Probekörper wurden die residuellen Biegezugfestigkeiten sowie die Faseranzahl, der “effektive” Fasergehalt und die Faserorientierung nahe dem Bruchquerschnitt bestimmt. Unterschiede zeigten sich in erster Linie in Hinblick auf den Größtkorndurchmesser, während ein signifikanter Einfluss der Herstellmethode nicht zu erkennen war. Die Ergebnisse legen nahe, dass die untersuchten Methoden gleichermaßen für die Probekörperherstellung geeignet sind.

Testing UHPFRC according to DIN EN 14651 - Effect of manufacturing procedure on the test results
In practice, ultra-high performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC) is usually produced so that it is flowable to very flowable. The draft of the DAfStb Guideline “Ultra-high-Performance Concrete” defines for this case that the beams, on which the residual flexural tensile strength of UHPFRC is determined, are produced by filling the moulds from one end face. In order to ensure that reproducible test results are obtained by this method, three-point bending tests were carried out on beams made of fine- and coarse-grained UHPFRC and the distribution and orientation of the fibres were evaluated as part of a research project funded by the German Committee for Structural Concrete. In the course of these investigations, an alternative method of producing the test specimens was also tested. The residual flexural tensile strengths as well as the number of fibres, the “effective” fibre volume fraction, and the fibre orientation near the failure section were determined for all specimens. Differences were primarily found with regard to the maximum aggregate size, while a significant influence of the manufacturing procedure could not be identified. The results suggest that the investigated methods are equally suitable for manufacturing the test specimens.

Ziel des Beitrags ist es, kreuzweise Oberflächenbewehrungen von ca. 4 bis 8 cm2/m vollständig durch Stahlfaserbeton zu ersetzen. Dies gilt für die Tragfähigkeit genauso wie für die Abschätzung der Rissbreiten. Dazu werden Halbfertigteile (HFT) mit sehr hohen Fasermengen vorgefertigt und anschließend mit Ortbeton ergänzt. Das Konzept ist für die untere Bewehrung von Fundamenten oder für Wände in Halbfertigteilbauweise geeignet. Es vereinfacht und beschleunigt den Bauablauf und reduziert erheblich die Bewehrungsarbeiten. Im Beitrag wird das Konzept an einem Einzelfundament lx × ly × h = 1,1 × 1,1 × 0,3 [m] mit einem 10 cm hohen HFT und 140 kg/m3 endverankerten hochfesten Stahlfasern umgesetzt. In zwei realmaßstäblichen Experimenten wird die Biegetragfähigkeit des Fundaments mit HFT gegenüber einem klassisch bewehrten Stahlbetonfundament als Referenz getestet. Beide waren so ausgelegt, dass die Bewehrungsmenge bei Fließen in etwa dieselbe Zugkraft aufnimmt wie der Stahlfaserbeton nach Rissbildung. Die Faserbetonlösung besitzt eine rund 14 % höhere Tragfähigkeit, eine höhere Steifigkeit nach Rissbildung, eine geringere Verformungskapazität auf dem Lastniveau der Tragfähigkeit und auf Lastniveau der Gebrauchstauglichkeit etwa gleiche Rissbreiten.

Steel fibers substitute reinforcement - Foundations made of precast elements with high fiber contents
The contribution aims to completely replace crosswise surface reinforcement of approx. 4 to 8 cm2/m with steel fiber reinforced concrete. This applies to the load-bearing capacity as well as to the calculation of crack widths. For this purpose, semi-finished parts are prefabricated with very high fiber contents and then added by in-situ concrete. The concept is suitable for the bottom reinforcement of foundations or walls in semi-precast construction. It simplifies and accelerates the construction process and considerably reduces the reinforcement work. In the contribution, the concept is implemented on a single foundation lx × ly × h = 1.1 × 1.1 × 0.3 [m] with a 10 cm thick semi-finished part and 140 kg/m3 high-strength steel fibers. In two real-scale experiments, the flexural capacity of the foundation with the semi-finished part is tested against a classically reinforced foundation as a reference. The reinforcement was chosen to bear approximately the same tensile force at yielding as the steel fiber reinforced concrete after cracking. The steel fiber reinforced concrete solution has about 14 % higher load-bearing capacity, higher stiffness after cracking and lower deformation capacity at the load-bearing capacity level and same crack widths at the serviceability load level.

Es wurde ein experimentelles Programm zur Untersuchung des Einflusses einer zentrischen Vorspannung auf die Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbalken ohne Querkraftbewehrung durchgeführt. Insgesamt wurden zwölf vorgespannte Einfeldträger und Kragarme unter Gleichstreckenlast getestet. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass der Einfluss der Normalkraft bei den Kragarmen mit Gleichstreckenlast, bei denen der kritische Schubriss im Bereich hoher Momentenbeanspruchung auftritt, deutlich geringer als bei Einfeldbalken mit Gleichstreckenlast ist. Der Einfluss der Vorspannung wird somit maßgeblich durch die damit verbundene Änderung des Rissbilds und der Dehnungsebene am Querschnitt mitbestimmt. Ergänzend wurde eine umfassende nichtlineare FE-Parameterstudie durchgeführt. Durch Kombination der experimentellen und numerischen Untersuchungen kann der Einfluss der Vorspannkraft auf die Querkrafttragfähigkeit bei unterschiedlichen statischen Systemen und Belastungen quantifiziert werden.

Shear capacity of prestressed beams subjected to uniformly distributed load
An experimental study on the influence of a centric prestressing on the shear capacity of RC-beams without shear reinforcement was conducted. The experimental program consisted of twelve simply supported and cantilever prestressed beams under uniformly distributed loads. The results have shown significant differences of the influence of the prestress force on the shear capacity with regards to different M/V-combinations in the shear span. The increase of shear capacity due to prestressing is for the cantilever beams considerably smaller than that of the simply supported beams. In addition, a nonlinear FE-simulation was performed. Based on the experimental results and the conducted parametric FE study the enhancement factor of the shear capacity with respect to the centric prestress can be quantified for different static systems and loading configurations.

Betonfertigteile müssen Toleranzen einhalten, um sie montieren zu können und Tragfähigkeit sowie Gebrauchstauglichkeit sicherzustellen. Ansonsten sind Nachbearbeitungen nötig, die den Bauprozess verzögern. Klassischer Toleranzausgleich erfolgt über Pressfugen, die auch die nötigen Kräfte übertragen. Bei modularen Bauweisen steht die Schnellmontage im Vordergrund. Es bieten sich dann Schnellverbinder wie etwa Schrauben oder Trockenfugen an. Aus der feineren Modulteilung entstehen zudem weit mehr Verbindungen, sodass sich Ungenauigkeiten superponieren. Die Anforderungen an die geometrische Genauigkeit steigen rapide. Im Beitrag werden die Herstelltoleranzen für automatisierte Fertigungen seriengerechter Module zusammengestellt und dem Stand der Technik gegenübergestellt. Für ausgewählte Modultypen werden Abweichungen mittels Fehlerfortpflanzung nachverfolgt und für einzelne Bauabschnitte bzw. ganze Tragwerke überlagert. Es zeigt sich, dass in der Regel automatisierte Fertigungen nötig sind und handwerkliche ausscheiden. Linienartige Modultragwerke erreichen bis etwa 30 m Länge Abweichungen unter 1 mm bei gängigem Zuverlässigkeitsniveau von 2&sgr;. Bei scheibenartigen Tragwerken resultieren Lochspiele unter 0,5 mm, und zwar für hohe Zuverlässigkeitsniveaus von 4&sgr;. Dies gelingt in qualitätsgesicherter, automatisierter Vorfertigung.

Production tolerances of precast concrete components for modular construction
Precast concrete components must comply with tolerances to be able to assemble them and to ensure sufficient load-bearing capacity and serviceability. Otherwise, rework is necessary, which delays the construction process. Conventional compensation of tolerance is achieved by means of press joints, which can transmit the necessary forces. Modular construction methods aim at rapid assembly. Thus, quick connectors such as screws or dry joints are preferred. The finer module segmentation also results in far more connections, so that inaccuracies are superimposed. Thus the need for geometric accuracy is increasing rapidly. The article compiles the production tolerances for automated fabrication of modules in series and compares them with the state of the art. For certain module types, deviations are tracked by means of error propagation and superimposed for individual construction sections or entire structures. By comparison, it turns out that automated production is necessary and handcrafting is out of the question. Line-like modular structures achieve deviations of less than 1 mm up to about 30 m of length with a common reliability level of 2&sgr;. For deep beam-type structures, hole clearances of less than 0.5 mm result, for higher reliability levels of 4&sgr;. This is achieved in quality-assured, automated prefabrication.

Modulares Bauen bietet gegenüber der Ortbetonbauweise ökonomische Vorteile. Die Module können qualitätsgesichert im Werk vorgefertigt und vor Ort montiert werden. Um eine störungsfreie Montage der Module zu ermöglichen, ist eine Tolerierung erforderlich, die die mehrdimensionale Aggregation von Maßabweichungen der Module in komplexen Tragwerken berücksichtigt. Eindimensionale arithmetische und statistische Methoden sind dafür nur bedingt geeignet. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode entwickelt, die modulare Wabenstrukturen mittels direkter Kinematik modelliert und sowohl translatorische als auch rotatorische Lageabweichungen berücksichtigt, die aus Maßabweichungen von Y-förmigen Modulen infolge Schwindverformungen entstehen. Für ausgewählte Szenarien hinsichtlich Tragwerksgröße und verwendetem Beton werden damit die zur Verbindung der Module notwendigen Lochspiele und Gesamtabweichungen hergeleitet und mit den im Bauwesen gängigen Verfahren des Toleranzmanagements untersucht. Die geometrischen Abweichungen in horizontaler Richtung infolge der Schwinddehnungen unterschiedlicher Betone werden von den normativen Methoden z. T. unterschätzt, da keine Rotationen der Module berücksichtigt werden. Vertikale Abweichungen werden hingegen konservativ abgeschätzt. Die erforderlichen Nennlochspiele steigen mit zunehmender Strukturgröße, sodass Abmessungen von ca. 30 m des klassischen Hochbaus mit normalen Schraubverbindungen &Dgr;d ≤ 3 mm assembliert werden können.

Accuracy limits of modular concrete structures - Part 1: Description of geometric deviations due to shrinkage
Modular construction offers economic advantages over in-situ concrete construction. Modules can be prefabricated quality-assured in factories and just be assembled on site. To enable undisturbed assembly, tolerance is essential that takes into account the multidimensional accumulation of dimensional deviations of the modules in complex structures. One-dimensional arithmetic and statistical methods are only conditionally suited for this purpose. In this work, a method is developed to model modular honeycomb structures by direct kinematics that accounts for both translational and rotational deviations in position caused by dimensional variations of Y-shaped modules due to shrinkage deformations. With this method and for selected scenarios differing in structural size and concrete, the hole clearances and total deviations necessary to connect the modules are derived and investigated with tolerance management procedures commonly applied in civil engineering. Horizontal geometric deviations due to concrete-dependent shrinkage strains are partly underestimated by the methods in nowadays standards that neglect module rotations throughout. Vertical deviations, in contrast, are estimated conservatively with these. The nominal hole clearances required increase with the size of the structure, so that dimensions of approx. 30 m of conventional buildings can still be assembled with standard bolted connections &Dgr;d ≤ 3 mm.

Der Beitrag behandelt die Montage von modulartigen Betonfertigteilen mit Fachwerkknoten aus Stahl. Dazu werden Wabenstrukturen betrachtet, die aus vielen Fertigteilen mit Y-Form bestehen. Der Beitrag baut auf der für die Wabenstrukturen im Teil 1 abgeleiteten Bewegungskinematik zwischen den einzelnen Modulen auf, wobei Schwinddehnungen Verformungen in den Modularmen erzeugen. Für die Montage werden Schraubenverbindungen betrachtet, die entweder klassisches Lochspiel besitzen oder gleitfest fixiert werden. Bei Letzterem kompensiert ein Ausrichten vor dem Fixieren einen Teil von Abweichungen. Die Zuverlässigkeit der Montage wird mit probabilistischen Methoden auf Grundlage von Monte-Carlo-Simulationen überprüft. Es zeigt sich, dass reine Lochleibungsverbindungen nur für sehr wenige zu kombinierende Module geeignet sind. Gleitfeste Verbindungen mit kompensatorischem Ausrichten sind mit einem Konfidenzintervall vierfacher Standardabweichung geeignet, Wabenstrukturen bis ca. 60 m Höhe und Breite zuverlässig zusammenzusetzen.

Accuracy limits of modular concrete structures - Part 2: Probabilistic evaluation of assembling with bolted connection
The paper treats the assembling of modular precast concrete elements with steel-made truss nodes. Honeycomb structures are considered, which consist of several Y-shaped precast elements. The paper extends the direct kinematics between modules for honeycomb structures derived in Part 1, where shrinkage strains induce deformations into the modules. For the assembly, bolted connections are considered, which either have standard hole clearance or enough friction strength. In the latter case, strict alignment before fixing compensates for some of the deviations. The reliability of the assembling is checked via probabilistic methods based on Monte Carlo simulation. It is shown that connections purely based on hole bearing resistances are just suited to combine few modules. Bolted connections with enough friction strength and compensatory pre-alignment have confidence intervals of four times the standard deviation and thus are suited to reliably assemble honeycomb structures up to approx. 60 m in height and width.

Eine präzise, adaptive und individuelle Fertigung ermöglicht einen hohen Grad an Bauteildifferenzierung, die somit hocheffiziente und lastadaptierte Strukturen für den Betonfertigteilbau zugänglich macht. Während Fortschritte von Fertigungsseite durch zahlreiche Projekte in Forschung und Industrie demonstriert werden, so sind zugehörige Planungswerkzeuge weniger entwickelt. Um das volle Potenzial digitaler Fertigungsprozesse nutzen zu können, sind daher computerbasierte Methoden erforderlich, welche die flexible Anpassung von Bauteilgeometrien erlauben und eine fertigungsgerechte Planung ermöglichen. Die Modularisierung von Betonstrukturen muss den Anforderungen sowohl von Seiten der Tragfähigkeit wie auch der Fertigung gerecht werden. Planungswerkzeuge müssen diese Komplexität abbilden können. Simulationsbasierte Methoden, welche modularisierte Baustrukturen als komplexes System bauteilspezifischer Wechselwirkungen abbilden, bieten die Möglichkeit, bereits früh die Konsequenzen von Entwurfs- und Planungsentscheidungen abschätzen zu können. Dieser Beitrag zeigt einen agentenbasierten Planungsansatz auf, welcher insbesondere die additive Fertigung von Schalungen als Ergänzung bestehender Produktionskonzepte berücksichtigt. Die geometrischen Grundlagen für die simulationsbasierte Zerlegung von Bauteilen werden dargestellt und in einen durchgehenden Planungsprozess integriert.

Automated modularization for precast elements from additively manufactured formwork
Current developments in research and practice show the expansion of existing production concepts in precast concrete construction through digitally controlled and largely automated manufacturing processes. Precise, adaptive, and individual production enables a high degree of differentiation for building components, making highly efficient and load-adapted structures accessible for precast concrete construction. While progress in fabrication is demonstrated by numerous projects in research and industry, related planning tools are less developed. To exploit the full potential of digital fabrication processes, computational planning methods are required that allow the flexible adaptation of component geometries and enable production-oriented planning. The modularization of concrete structures has to meet multi-criteria requirements both from the point of load-bearing capacity and the fabrication of each individual module. This paper presents an agent-based planning approach, which addresses, in particular, the additive manufacturing of formwork as a complement to existing production concepts. The geometrical basics for the simulation-based decomposition building elements are presented and integrated into a continuous planning process.

In Zeiten des Klimawandels und zunehmender Ressourcenknappheit wird die Bauindustrie mit der wachsenden Dringlichkeit konfrontiert, Ressourcenverbrauch, Emissionen und Abfälle deutlich zu reduzieren. Die Anwendung von Leichtbaustrategien in Verbindung mit Kreislaufproduktionsprozessen bietet einen ganzheitlichen Ansatz für dieses Problem. In dem folgenden Beitrag wird eine Methode zur abfallfreien Produktion leichter Betonbauteile mittels wiederverwertbarer Sandschalungen präsentiert. Der Einsatz von wasserlöslichen Mischungen in einem Pulverbettdruckverfahren ermöglicht die Herstellung von Schalungen für komplexe und optimierte Betonstrukturen und die Wiederverwendung des Schalungsmaterials in nachfolgenden Produktionszyklen (Bild 1). Die einzelnen Schritte des Verfahrens werden detailliert vorgestellt und am Beispiel der Herstellung eines Betonprototyps mit komplexer räumlicher Struktur illustriert.

Recyclable Sand Formworks - Towards circular production of lightweight concrete structures
In the face of climate change and increasing resource scarcity, the construction industry is confronted with the need to significantly reduce resource consumption, emissions and waste. The application of lightweight construction strategies in combination with circular production processes offers a comprehensive approach to this problem. In the following article, a zero-waste production process of lightweight concrete components using recyclable sand formworks is presented. The powder bed-based 3D-printing of water-soluble material enables the production for geometrically complex and optimized concrete structures and the reuse of formwork material in subsequent production cycles (Fig. 1). The individual steps of the described process are presented in detail and illustrated by the example of the production of a concrete component with a complex spatial structure.

Die industrielle Computertomographie (CT) ermöglicht den Blick “hinter die Kulissen” von erhärteten Betonbauteilen und liefert hochpräzise Messdaten aus dem Bauteilinneren. Unter der Voraussetzung der Verfügbarkeit eines für das Bauteil geeigneten Computertomographen kann so eine Vielzahl von Informationen erfasst werden, die zuvor meist nur durch eine Bauteilöffnung/-zerstörung zugänglich war. Diese Informationen, wie z. B. die genaue Bewehrungslage oder die lokale Häufung von Lufteinschlüssen im Beton, sind relevant für die Qualität von Betonfertigteilen und können in einem Qualitätssicherungssystem im Betonfertigteilwerk gewinnbringend eingesetzt werden. Besonders im Rahmen der Automatisierung und Digitalisierung der Betonfertigteilherstellung birgt eine in den Fließfertigungsprozess integrierte CT-Qualitätsüberwachung ein großes Potenzial. Auf diese Weise können beispielsweise Segmentfertigteilbrücken hergestellt werden, bei denen die einzeln qualitätsgeprüften Fertigteilsegmente später auf der Baustelle durch Vorspannung und mithilfe von verzahnten Kontaktfugen zu Brücken verbunden werden. Mit den durch CT erfassten Informationen ist es möglich, schwankende, bislang durch die Teilsicherheitsbeiwerte abgedeckte Parameter genau zu analysieren und somit das Sicherheitskonzept für Beton neu zu denken. Durch die Kontrolle von streuenden Parametern und die darauffolgende Reduktion von sicherheitsbedingtem Materialverbrauch kann ein wertvoller Beitrag zum Klimaschutz und zur Schonung von natürlichen Ressourcen geleistet werden.

Beneath the surface - Computed tomography for precast segmental bridges
Industrial computed tomography (CT) allows us to look “beneath the surface” of hardened concrete components and provides high-precision 3D measurement data from inside the component. Provided that a computer tomograph suitable for the component is available, a variety of information can be recorded in this way that was previously only accessible by destructive testing, e.g. the exact position of the reinforcement or the local accumulation of air voids in the concrete. This information is relevant for the quality of precast concrete components and can be beneficially utilized in a quality assurance system in the precast concrete plant. Particularly in the context of automation and digitalization of precast concrete production, CT quality assessment integrated into the flow production process holds great potential. In this way, for example, precast segmental bridges can be produced, where the individually quality-assessed segments are later joined by post-tensioning on the construction site to form bridges. With the 3D information captured by CT, it is possible to accurately analyze the variation of parameters previously covered by partial safety factors and thus rethink the safety concept for concrete. By monitoring parameter variation and subsequently reducing safety-related material demand, a valuable contribution can be made to climate protection and the conservation of natural resources.

Die Industrie 4.0, Digitalisierung und Automatisierung haben das Potenzial, den Werkstoff Stahlbeton unter anderem in Hinblick auf Ressourcenschonung, Vorfertigung, Dauerhaftigkeit, Qualität der Ausführung sowie viele weitere Aspekte entscheidend weiterzuentwickeln. Bereits jetzt können in Fertigungshallen immer häufiger Roboter und Robomaschinen angetroffen werden. In Anlehnung an diesen Trend werden im vorliegenden Beitrag derzeit durchgeführte Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der Firmengruppe Max Bögl und der Universität der Bundeswehr München, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau, vorgestellt. Die ersten erklärten Entwicklungsziele dieses Verbunds betreffen die Implementierung von Treibern der Digitalisierung und der Industrie 4.0 in die Planung und Herstellung von Stahlbetonfertigteilen. Hierzu wird in der digitalen Planung ein Prozess zur parametrischen 3D-Modellierung und Bahnplanung für Roboteranwendungen entwickelt. Die entstehenden Datensätze werden anschließend in der technischen Umsetzung unter Verwendung von Industrierobotern einerseits zur individuellen Fertigung von Bewehrungskörben, andererseits zur Herstellung alternativer Bauteilgeometrien mittels eines Beton-3D-Druck-Verfahrens verwendet.

Development of processes for the automated planning and production of individual reinforced concrete elements
Industry 4.0, digitalisation and automation are the topics of high interest for research and development in the construction industry and related institutions these days. As a result, robots and robotic machines can be found more and more frequently in production halls. Following this trend, this paper presents research and development work currently being carried out by the Max Bögl Group and the Institute of Structural Engineering of the Universität der Bundeswehr in Munich. The first declared development goals of this collaboration concern the implementation of drivers of digitalisation and Industry 4.0 in the planning and production of precast reinforced concrete elements. For this purpose, in digital planning, a process for parametric 3D modeling and path planning for robotic applications is being developed. The resulting data sets are then used in the technical implementation using industrial robots for the individual production of reinforcement cages on the one hand and for the production of alternative component geometries using a concrete 3D printing process on the other hand.

Die Beton-3D-Druck-Technologie entwickelt sich sehr dynamisch und findet zunehmend praktische Anwendung. Die Integration von lastabtragender Bewehrung stellt jedoch weiterhin eine Herausforderung dar. Der vorliegende Aufsatz stellt drei neue Verfahren zur Herstellung von Stahlbetonvollwänden vor, die auf der von den Autoren entwickelten CONPrint3D-Technologie basieren. Im Einzelnen sind das: 1) das schichtweise Überdrucken von Bewehrungsmatten, die vor eine gedruckte Kernwand gehängt werden, 2) das seitliche additive Füllen eines Bewehrungskorbs sowie 3) das vollautomatische Aufbauen einer Bewehrungsstruktur mit unmittelbar darauffolgendem schichtweisen Umhüllen durch extrudierten Beton. Neben dem aktuellen Forschungsstand und den betontechnologischen Herausforderungen werden maschinenbauliche Entwicklungsansätze und die kalkulatorische Bewertung der neuen Verfahren im Vergleich mit etablierten Bauverfahren präsentiert.

Additive manufacturing of monolithic, steel-reinforced concrete walls using CONPrint3D-reinforced methods
3D concrete printing technology is developing rapidly and is increasingly finding practical applications. However, the integration of load-bearing reinforcement remains a challenge. This paper presents three new methods for the construction of monolithic walls of reinforced concrete based on the CONPrint3D-technology developed previously by the authors. In detail, these are: 1) the additive covering of reinforcement meshes, which are hung in front of a printed core wall, 2) the lateral additive filling of a reinforcement cage and 3) the fully automatic construction of a reinforcement structure with immediate subsequent layer-by-layer encasing by extruded concrete. In addition to the current state of research and the material challenges, mechanical engineering development approaches and the calculative evaluation of the new processes in comparison to established construction methods will be presented.

Im Zuge eines Forschungsprojekts, welches zurzeit am Institut für Tragkonstruktionen der TU Wien behandelt wird, werden Hohlkastenquerschnitte, bestehend aus dünnwandigen Betonhalbfertigteilen, für deren Einsatz im Brückenbau untersucht. Die Hohlkastenquerschnitte werden segmentweise auf der Baustelle zusammengebaut und mit externer Vorspannung zu einem selbsttragenden Brückenträger zusammengespannt. Anschließend werden die Steg-, Boden- und Deckplatten mit Ortbeton ergänzt und somit ein monolithisches Bauwerk ohne Fugen hergestellt. Die Vorspannung des dünnwandigen Hohlkastenquerschnitts stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. In dieser Arbeit wird eine neue Herangehensweise zur Einleitung der Vorspannkräfte in dünnwandige Hohlkastenquerschnitte vorgestellt, wobei diese anhand von durchgeführten experimentellen Untersuchungen sowie deren Analyse mit einer nichtlinearen FE-Berechnung präsentiert wird. Untersucht wurden zwei unterschiedliche Herstellungsarten der Lisenen, einerseits eine Herstellung in Fertigteilbauweise, andererseits in Ortbetonweise. Dabei hat sich gezeigt, dass eine Herstellung der Lisenen als Fertigteile für die Einleitung von Vorspannkräften in dünnwandige Hohlkastenquerschnitte aufgrund der bei der Ortbetonbauweise entstehenden Schubfuge zu bevorzugen ist.

On the introduction of post-tensioning forces into thin-walled box girder cross-sections
In the course of a research project currently being conducted at the Institute for Structural Engineering at the TU Wien, box girder cross-sections consisting of thin-walled semi-precast concrete elements are being investigated for their use in bridge construction. The box girder cross-sections are assembled segment by segment on the construction site and tensioned together with external post-tensioning to form a self-supporting bridge girder. Subsequently, the web, floor and deck slabs are completed with in-situ concrete, thus producing a monolithic structure without joints. The post-tensioning of the thin-walled box girder cross-section poses a particular challenge. In this paper, a new approach to the introduction of post-tensioning forces in thin-walled box-girder cross-sections is presented, based on experimental investigations carried out and their analysis with a nonlinear FE calculation. Two different manufacturing methods of the blisters were investigated, on the one hand a prefabricated construction method and on the other hand a cast-in-place method. It has been shown that the production of blisters as precast elements is preferable for the introduction of post-tensioning forces into thin-walled box girder cross-sections due to the shear joint created by the in-situ concrete construction method.

Zahlreiche Brücken aus den 1970er und 1980er Jahren sind heute deutlich höheren Verkehrslasten ausgesetzt als damals bei der ursprünglichen Bemessung. Unterdessen wurden die normativen Regelungen eher verschärft oder verfeinert, sodass diese Bauwerke den heute geltenden Regeln oft nicht standhalten können. Mit der Einführung der sogenannten Erhaltungsnorm SIA 269 ff. wurde versucht, dieser Tatsache entgegenzuwirken, insbesondere, indem günstige Einflüsse wie Materialnacherhärtung oder Reduktion der Restnutzugsdauer Eingang fanden. Im Falle der Grenzbrücke Basel hätte ein üblicher Querkraftnachweis zu einer aufwendigen Querkraftverstärkung in großen Bereichen der Brücke geführt. Unter Ansatz der Querbiegebewehrung für die Querkrafttragfähigkeit konnte jedoch auf die ursprünglich geplante Verstärkungsmaßnahme verzichtet werden. Die Wirkung der Querbiegebewehrung auf den Querkraftwiderstand wurde anhand eines zusätzlichen zweiten Fachwerkmodells erfasst. Die notwendige Erhöhung des Biegewiderstands ergab sich durch einen Spannungszuwachs im Spannglied bei der Findung des horizontalen Kräftegleichgewichts. Mit einer nichtlinearen Finite-Elemente-Berechnung konnten die Ergebnisse überprüft und die Verträglichkeit der beiden Fachwerkmodelle aufgezeigt werden.

Consideration of transverse bending reinforcement to increase the shear resistance of an existing bridge - Model development and compatibility assessment
Many bridges built in the 1970s and 1980s are now exposed to much higher traffic loads than they were designed for at the time. In the meantime, the normative regulations have tended to be tightened or refined, so that these structures often cannot withstand the rules that apply today. With the introduction of the so-called maintenance standard SIA 269ff. [1], an attempt was made to counteract this fact, in particular by incorporating favourable influences such as material post-hardening or reduction of the remaining period of use. In the case of the Basel border bridge, a conventional shear verification would have led to costly shear force reinforcement in large areas of the bridge. However, by applying the transverse bending reinforcement for the shear force bearing capacity, the originally planned reinforcement measure could be dispensed with. The transverse bending reinforcement was taken into account in the shear force resistance by adding a second truss model. The necessary increase of the bending resistance resulted from a stress increase in the tendons when finding the horizontal force equilibrium. With a non-linear finite element calculation, the results could be checked and the compatibility of the two truss models could be shown.

Der Regelermüdungsnachweis für Straßenbrücken nach Eurocode kann mit dem aus einem Einzelfahrzeug bestehenden Ermüdungslastmodell ELM3 und den sogenannten Schadensäquivalenzfaktoren &lgr;i geführt werden, ohne das aufwendige Ermüdungslastmodell ELM4 mit mehreren Fahrzeugtypen anwenden zu müssen. Allerdings unterliegt dieser Regelnachweis Einschränkungen. So können beispielsweise Brücken mit Stützweiten oder Einflusslinienlängen außerhalb des Intervalls [10 m - 80 m] nicht nachgewiesen werden. Darüber hinaus wird ein messdatengestützter Ermüdungsnachweis vorgestellt. Dabei kann der Schadenäquivalenzfaktor &lgr;1 für Monitoringdaten berechnet und ausgewertet werden. Aufbauend auf dem vorliegenden Regelermüdungsnachweis nach Eurocode wird in diesem Beitrag eine Methode zum Ermüdungsnachweis vorgeschlagen, die auf der Tragwerksantwort der zu untersuchenden Bauwerke fußt. Mithilfe dieser Methode lässt sich der Schadenäquivalenzfaktor &lgr;1 für beliebige Einflusslinienlängen und Monitoringspektren ohne Einschränkungen ermitteln.

New method for fatigue verification of existing road bridges using monitoring data
For road bridges, the fatigue verification based on Eurocode can be carried out in general with the simple fatigue load model ELM3 and the damage equivalence factors &lgr;i allowing to avoid using the complex fatigue load model ELM4, which consists of five vehicle types. However, this application is limited. For example, bridges with spans or influence lines outside the interval [10 m-80 m] cannot be verified. Furthermore, a fatigue verification based on monitoring is presented in order to calculate and evaluate the damage equivalence factor &lgr;1 for the monitoring data. Based on the current fatigue verification according to Eurocode, this paper presents a method for fatigue verification using the vibration response of bridges. This method is developed in order to calculate the damage equivalence factor &lgr;1 for all bridge spans as well as for all monitoring spectra without any limitation.

Lebenszykluskostenanalysen sind ein Verfahren zur Priorisierung von Bauwerken und Maßnahmen im Rahmen des Erhaltungsmanagements von Infrastruktursystemen. Lebenszykluskostenanalysen berücksichtigen eine Vielzahl verschiedener Eingangsgrößen, die wiederum selbst auf unterschiedlichen Parametern basieren, denn oft liegen bei Infrastruktur- und Immobilienbetreibern nicht alle Eingangsgrößen in einer einheitlichen Form vor. Dieser Beitrag befasst sich mit der Überführbarkeit der verschiedenen Eingangsgrößen bzw. Parameter, um eine homogene Lebenszykluskostenanalyse durchführen zu können. Dazu erfolgten eine Literatursichtung und eine subjektive Abschätzung von Kreuz-Korrelationen.

Transferability between input variables of life cycle cost analyses for concrete bridges
Life cycle cost analyses are a method for prioritizing structures and measures in the context of building maintenance management. Life cycle cost analyses take into account a large number of different input variables, which in turn are themselves based on different parameters, because often infrastructure and real estate operators do not have all input variables available. This paper deals with the transferability of the different input variables and parameters in order to be able to perform a homogeneous life cycle cost analysis. For this purpose, a literature review and a subjective estimation of cross-correlations were performed.

Eine häufige Bemessungssituation für verschiedene Bauwerke (z. B. Bodenplatten, Industrieböden und Tunnel) sind Verbindungen von tragenden und nichttragenden Elementen auf einem stahlfaserverstärkten Betonuntergrund. Folglich wurde in letzter Zeit ein starkes Forschungsinteresse auf diese konstruktive Lösung gelenkt. Während sich verschiedene Untersuchungen auf normalen und faserbewehrten Beton mit unterschiedlichen Dübeltypen und Fasereigenschaften konzentriert haben, fehlt derzeit ein Einblick in den Einfluss von Stahlfasern mit unterschiedlichen Eigenschaften unter ansonsten vergleichbaren Bedingungen. Diese Forschungsarbeit bietet einheitliche Erkenntnisse zum Einfluss des Fasertyps auf die Betonausbruchskapazität von Befestigungen und ermöglicht eine erneute Überprüfung der derzeit empfohlenen Bemessungsansätze.

Influence of the steel fibre reinforcement type on the concrete breakout resistance of fastenings
A frequent design situation for various types of structures (such as slabs on ground, industrial floors, and tunnels) is associated to connections of structural and non-structural elements on a steel fibre reinforced concrete substrate. Consequently, strong research interest has been recently drawn to this structural application. While various research efforts have focused on normal and fibre reinforced concrete with different anchor types and fibre characteristics individually, an insight to the influence of fibres with different characteristics under otherwise comparable conditions is currently missing. This paper offers consistent conclusions on the fibre type influence as regards the concrete breakout capacity of fastenings, and it allows for a re-examination of currently proposed design approaches.

Die Stahlbetonstütze ist seit Beginn des 20. Jahrhunderts ein unverzichtbares Bauteil zum Abtrag vertikaler Lasten. Im Laufe der bisher 117-jährigen Normung im Stahlbetonbau haben sich unter Berücksichtigung immer neuer Erkenntnisse in Forschung und Praxis die heute bekannten Konstruktionsregeln entwickelt. Ein Rückblick auf die historische Entwicklung der konstruktiven Durchbildung von Stützen und die Hintergründe der jeweiligen Regeln ist heute aus zwei Gründen sinnvoll. Die Kenntnis über die konstruktive Durchbildung maßgebender Bauteile ist für das Bauen im Bestand aufgrund häufig fehlender Pläne und Angaben von großer Bedeutung. Außerdem vermitteln die Hintergründe zu den Konstruktionsregeln ein Verständnis für die Wirkungsweise der konstruktiven Stützenbewehrung und somit für das Tragverhalten von Stahlbetonstützen.

History of detailing rules for reinforced concrete columns - Background to current detailing rules
Since the beginning of the 20th century, reinforced concrete columns have been an essential structural component for the transfer of vertical loads. During 117 years of standardisation in concrete construction, many findings in research and practice have led to the development of current detailing rules. A review of the historical development of the detailing of columns and the background of the respective rules is worthwhile today for two reasons. The knowledge of the detailing of decisive structural components for building redevelopment is very important due to the common lack of plans. Furthermore, the background to the detailing rules provides an important insight into the mechanisms of the column reinforcement and thus into the load-bearing behaviour of reinforced concrete columns.

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

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

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

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

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

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

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

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