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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Steinbock, Oliver; Wetzel, TimmVerstärkung einer Spannbetonbrücke mit Carbonbeton - Erweiterte Rechenmethoden zum Ankündigungsverhalten von Brücken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem SpannstahlBautechnik10/2021711-719Aufsätze

Kurzfassung

Neue Entwicklungen und umgesetzte Verstärkungsmaßnahmen zeigen das Potenzial von Carbonbeton für die Ertüchtigung von Brücken im Bestand. Im Jahr 2020 wurden zunächst zwei Brückenbauwerke im Zuge der BAB A 648 mit Carbonbeton verstärkt. Im Jahr 2021 wird das dritte Teilbauwerk ebenfalls mit Carbonbeton verstärkt. Planung und Konzeption der Verstärkungsmaßnahme mit Carbonbeton zur Sicherstellung eines ausreichenden Ankündigungsverhaltens bei Spannungsrisskorrosion sind Gegenstand des Beitrags. Aufgrund der besonderen Konstruktionsform des Tragwerks kamen im Hinblick auf die Untersuchung des Ankündigungsverhaltens erweiterte Rechenmethoden zum Einsatz. Das Tragwerk mit kurzen Endfeldern ist repräsentativ für zahlreiche Bauwerke im Bestand. Aufgrund der ungünstigen Stützweitenverhältnisse ergeben sich bei der Anwendung der sog. Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion für Straßenbrücken rechnerische Defizite bzw. Anwendungsgrenzen bei den Verfahren. Für den vorliegenden Fall wurde daher eine Monte-Carlo-Simulation zur Untersuchung des Ankündigungsverhaltens durchgeführt und in Verbindung mit einer Verstärkungsmaßnahme mit Carbonbeton auch sichergestellt. Der vorliegende Beitrag fasst die rechnerische Vorgehensweise zusammen und zeigt die planerische Umsetzung der Verstärkungsmaßnahme.

Strengthening of a pre-stressed concrete bridge by using carbon reinforced concrete - extended methods regarding the crack-before-failure-criteria of bridges with pre-stressing steel which is vulnerable to stress corrosion cracking
New developments in the field of carbon reinforcement and realized strengthenings with carbon reinforced concrete have shown the potential of this method for existing bridges. In 2020, two bridge structures on the A 648 highway were initially strengthened with carbon reinforced concrete. In 2021, the third bridge superstructure will be reinforced with carbon reinforced concrete, too. Concept and development of the strengthening with carbon reinforced concrete to ensure the “crack before failure criteria” in case of stress corrosion cracking are the subject of the paper. Due to the special layout of the structure, advanced computational methods were used to investigate the “crack before failure criteria”. The superstructure with short end spans is representative for a lot of existing structures. Regarding unfavorable span conditions, the application of the german guidelines (Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion) for road bridges result in computational deficits or application limits for the methods. For the present case, therefore, a Monte-Carlo simulation of the load bearing behavior was carried out to ensure sufficient “crack before failure behaviour” by means of strengthening with carbon reinforced concrete. This article summarizes the computational procedure and shows the concept of the strengthening with carbon reinforced concrete.

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Steffens, Nico; Geißler, KarstenStandortspezifisches Ziellastniveau und objektspezifische Lastmodelle für die Nachrechnung auf der Basis von BauwerksmonitoringBautechnik10/2021720-735Aufsätze

Kurzfassung

Bei der Bewertung bestehender Brücken wird zunehmend ein unterstützendes Bauwerksmonitoring eingesetzt, um die Beanspruchungen im Tragwerk realistischer als rein rechnerisch zu erfassen und das Rechenmodell zu kalibrieren. Normativ ungeklärt ist derzeit noch die Frage, wie die durch Messungen gewonnenen zusätzlichen Informationen innerhalb des Nachrechnungs- einschließlich dessen Sicherheitskonzepts zu berücksichtigen sind. Einwirkungsseitig kann dies durch die modifizierte Definition des Ziellastniveaus oder alternativ durch objektspezifische Lastmodelle für Tragfähigkeit und Ermüdung zur Abbildung des tatsächlichen Verkehrs erfolgen. Weiterhin können auf der Basis der Messdaten die erforderlichen Sicherheitsfaktoren, auch unter Berücksichtigung zukünftiger Verkehrsentwicklungen, bei Einhaltung des normativ erforderlichen Zuverlässigkeitsniveaus begründet werden. In diesem Beitrag werden Möglichkeiten sowie die theoretischen Hintergründe zur Berücksichtigung gemessener Verkehrsbeanspruchungen innerhalb der Nachrechnung von Brückenbauwerken vorgestellt.

Location-specific target load level and object-specific load models for recalculation based on structural monitoring
When evaluating existing bridges, supporting structural monitoring is increasingly being used in order to obtain the stresses in the structure more realistically than purely mathematically and to calibrate the calculation model. The question of how the additional informations obtained through measurements have to be taken into account within the recalculation, including its safety concept, is currently still normatively unclear. On the load side, this can be done through the modified definition of the target load level or, alternatively, through object-specific load models for load-bearing capacity and fatigue to map the actual traffic. Furthermore, on the basis of the measurement data, the necessary safety factors can be justified, also taking into account future traffic developments, while maintaining the normatively required level of reliability.

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Freundt, Ursula; Böning, SebastianVerkehrsdatengestützte Ermittlung von objektspezifischen Lastmodellen für BestandsbrückenBautechnik10/2021736-744Aufsätze

Kurzfassung

Für eine Einschätzung der Notwendigkeit, der Effizienz und auch der Priorisierung von Instandsetzungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen für Brückenbauwerke sind objektspezifische Kenntnisse von Bauwerksbeanspruchungen und Bauwerkszuständen unerlässlich. Aus der Identifizierung von Verkehrsbelegungen (Quantität und Qualität) und der Analyse der Bauwerksreaktionen werden Aussagen zur aktuellen Tragfähigkeit von Bestandsbauwerken abgeleitet. Eine erforderliche Datengrundlage bilden die für das konkrete Bauwerk ermittelten Verkehrsdaten des realen Verkehrs.

Determination of object-specific traffic-load-models for existing road bridges based on traffic data
For an assessment of the necessity, the efficiency and the prioritization of repair and upgrading measures for bridges, object-specific knowledge of structural stresses and structural conditions is indispensable. From the identification of traffic occupancy (quantity and quality) and the analysis of the structural reactions, statements on the current load-bearing capacity of an existing bridge will derived. A necessary data basis is the traffic data of the real traffic determined for the specific bridge.

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Taube, Christopher; Timmler, Hans-Georg; Hoppe, Florian; Morgenthal, GuidoExperimentelle Untersuchungen zum horizontalen Lastabtrag in aussteifenden StrohballenwändenBautechnik10/2021745-757Aufsätze

Kurzfassung

Strohballen als landwirtschaftliches Nebenprodukt bestehen aus nachwachsenden Rohstoffen, sind regional verfügbar, besitzen ausgezeichnete Dämmeigenschaften und können in hochverdichteter Form großen Beanspruchungen standhalten. Als lasttragende Elemente in Gebäuden des Wohn- und Gesellschaftsbaus sowie in landwirtschaftlichen Nutzbauten können sie zu einer Antwort auf die gestiegene Nachfrage nach ökologisch nachhaltigen Lösungen im Bauwesen beitragen. Während der vertikale Lastabtrag bereits Gegenstand mehrerer Forschungsarbeiten war, sind viele Fragen zur aussteifenden Wirkung von Strohwänden gegenüber Horizontallasten noch nicht geklärt. Als Grundlage für die Erarbeitung von Berechnungsmodellen zur realitätsnahen Abbildung des Last-Verformungsverhaltens sowie zur Definition von Versagenszuständen und Grenzwiderständen ist eine solide experimentelle Datenbasis unerlässlich. In diesem Aufsatz werden Planung, Durchführung und Auswertung experimenteller Versuche zum horizontalen Lastabtrag in Wänden aus hochverdichteten Strohballen vorgestellt. Ziel der Untersuchungen ist ein besseres Verständnis des Last-Verformungsverhaltens von in der Ebene belasteten Strohwänden. Die Auswertung basiert dabei auf dem Einsatz klassischer mechanischer sowie moderner optischer Messmethoden. Da die Untersuchung des Reibungsverbunds und des Einflusses von Auflasten im Mittelpunkt des Interesses steht, wird dabei bewusst auf den Einsatz mechanischer Verbundmittel verzichtet.

Experimental studies on horizontal load transfer in bracing straw bale walls
As an agricultural by-product, straw bales consist of renewable raw materials, are regionally available, have excellent insulating properties, and are able to carry heavy loads if preconditioned by strong compaction. As load-bearing elements in residential buildings, community buildings, and agricultural buildings, they can help to meet the increased demand for ecologically sustainable solutions in the construction industry. Whilst their vertical load transfer has already been the subject of several research projects, many questions regarding straw walls' bracing effect under horizontal loads have not yet been studied. As a basis for the development of calculation models for the realistic determination of the load-deformation behaviour and the definition of failure states and limit resistances, a reliable experimental database is, however, essential. In this article, the planning, execution, and evaluation of experimental tests on horizontal load transfer in walls made of highly compacted straw bales are presented. The investigations aim to better understand the load-deformation behaviour of straw walls loaded in their plane. The assessment of the results is done by using classical mechanical and modern optical measurement methods. To study the frictional bond between the straw bale layers and the influence of vertical loads, the use of mechanical shear connectors is deliberately avoided.

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Garsch, Maximilian; Benndorf, Maik; Haenselmann, Thomas; Gebbeken, NorbertSmartphonebasierte Schwingungsmessung zur Beurteilung von BrückentragwerkenBautechnik10/2021758-766Aufsätze

Kurzfassung

Um eine dauerhafte und genaue Überwachung von Ingenieurbauwerken zu gewährleisten, ist ein flächendeckendes Monitoring-System wünschenswert. Im vorliegenden Aufsatz wird untersucht, ob die Sensoren von Smartphones und Tablets (SPT) ausreichend für eine Schwingungsmessung sind. Die Auswertung bez. Systemparametern wie Eigenfrequenzen und Dämpfungskoeffizienten wird ebenfalls betrachtet. Mithilfe von Versuchen unter Laborbedingungen an einem Einfeldträger und Versuchen im Feld an einer Testbrücke auf dem Gelände der Universität der Bundeswehr wird die Anwendungstauglichkeit von Smartphones und Tablets betrachtet. Dabei wurden neben den Messungen mit SPT Referenzmessungen mit einem klassischen Schwingungsmesssystem durchgeführt. Die Signale und deren Auswertung werden untereinander verglichen und im Fall des Laborversuchs am Einfeldträger mit Modellwerten eines SDOF-Einmasseschwingers verglichen. Damit werden die prinzipielle Anwendungsmöglichkeit der SPT wie auch die Tauglichkeit der aufgezeichneten Signale zur Weiterverarbeitung zur Systemidentifikation dargestellt.

Smartphone-based vibration measurement for the assessment of bridge structures
In order to ensure permanent and accurate monitoring of engineering structures, an area-covering monitoring system is desirable. In this article, it is investigated whether the sensors of smartphones and tablets (SPT) are sufficient for vibration measurement. Evaluation in terms of system parameters such as natural frequencies and damping coefficients is also considered. With the help of tests under laboratory conditions on a single-span beam and tests in the field on a test bridge on the premises of the University of the German Armed Forces, the application suitability of smartphones and tablets is considered. In addition to the measurements with SPT, reference measurements were carried out with a classical vibration measurement system. The signals and their evaluation are compared with each other and, in the case of the laboratory test on the single-field beam, with model values of an SDOF single-mass vibrator. This demonstrates the principle application of the SPT, as well as the suitability of the recorded signals for further processing for system identification.

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Backhaus, Jan OnneEinsatz von neuronalen Netzen zur Vorhersage des Materialvolumens von Injektionsbaustellen im TunnelbauBautechnik10/2021767-774Aufsätze

Kurzfassung

In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, die die digitale Dokumentation auf Injektionsbaustellen nutzt, um automatisierte, baubegleitende Vorhersagen der noch zu erwartenden Injektionsmengen zu berechnen. Bei der untersuchten Baumaßnahme werden Abdichtungsinjektionen im Rahmen des Projekts Stuttgart 21 für einen 3,2 km langen zweiröhrigen Eisenbahntunnel erstellt. Die vorgestellte Methode verwendet eine spezielle Form des neuronalen Netzes, das Feed Forward Network. Dieses wird mit den Injektionsmengen pro Tunnelmeter der einen Tunnelröhre trainiert, um dann die Injektionsmengen der anderen Röhre vorherzusagen. Nach einer kurzen Einführung in die Funktionsweise neuronaler Netze wird gezeigt, dass die vorgestellte Methode in der Lage ist, die Gesamtinjektionsmengen mit einer Genauigkeit von > 5 % vorherzusagen. Die Daten wurden von der Renesco GmbH in Zusammenarbeit mit der eguana GmbH erhoben.

Use of neural networks for the prediction of the material volume of injection sites in tunnel construction
In this paper, a method is presented that uses digital documentation on injection construction sites to calculate automated, construction-accompanying predictions of the injection quantities still to be expected. In the construction project under investigation, waterproofing injections are being made as part of the Stuttgart 21 project for a 3.2 km long, twin-tube railroad tunnel. The presented method uses a particular form of a neural network, the Feed Forward Network. The network is trained with the injection quantities per tunnelmeter of one tunnel tube to predict the other's injection quantities. After a brief introduction to the operation of neural networks, it is shown that the presented method can forecast the total injection quantities with an accuracy > 5 %. Renesco GmbH has collected the data in cooperation with eguana GmbH.

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Würfel, Till; Maier, Dietmar H.; Rudolf, MartinBauwerksuntersuchungen an Stahlbrücken im BestandBautechnik10/2021775-784Berichte

Kurzfassung

Bauwerksuntersuchungen an Brücken sind im Regelwerk verankert und ein wichtiges Element im Sicherheitskonzept. Im Rahmen von Nachrechnungen und Neubewertungen von Brücken sowie anschließender dem Erhalt dienender Maßnahmen kann es erforderlich sein, detailliertere Untersuchungen durchzuführen. Am Beispiel einiger Instandsetzungs- bzw. Ertüchtigungsmaßnahmen werden Vorgehensweisen bei Bauwerksuntersuchungen und Bauwerksdiagnostik an bestehenden Stahlbrücken aufgezeigt. Von der Werkstoffuntersuchung an Materialproben über detaillierte geometrische Aufnahmen mittels Laserscan, Seilmessungen an Schrägseilbrücken und geometrischen Einstufungen von Kerbfällen hin zu Dehnungsmessungen an einer orthotropen Fahrbahn werden die durchgeführten Untersuchungen und die daraus abgeleiteten Erkenntnisse beschrieben.

Structural investigations on existing steel bridges
Structural investigations on bridges are part of the standards and also an important element in the safety concept. In the context of recalculations and re-evaluations of bridges as well as subsequent maintenance measures, detailed investigations are often necessary. Some examples of repair- and upgrading measures illustrate the procedures for inspections and diagnostics on existing steel bridges. The investigations carried out and the knowledge derived from them are described, from the analysis of material samples to detailed geometric recordings using laser scans, cable force measurements on cable-stayed bridges and geometrical classifications of fatigue details to strain measurements on an orthotropic bridge deck.

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Flexibel, nachhaltig, kostengünstig - zukunftsweisende Wohnraumkonzepte für Studierende und AuszubildendeBautechnik10/2021784Nachrichten

Kurzfassung

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Schiltz, Philippe; Brühwiler, EugenMonitoringbasierter Ermüdungsnachweis der genieteten Stahlkonstruktion einer BahnbrückeBautechnik10/2021785-792Berichte

Kurzfassung

Die Ermüdungssicherheit einer Bahnbrücke in genieteter Stahlbauweise mit aufgesetztem Schottertrog, die seit 1897 in Betrieb ist, wurde anhand eines Monitorings nachgewiesen. Es wurde die Ermüdungsbeanspruchung durch 52.060 Züge während 414 Messtagen aufgenommen. Die größten gemessenen Spannungswerte von 33 MPa traten im maßgebenden Zuggurt in Feldmitte des Fachwerkträgers einer Spannweite von 20 m auf und wurden durch die Lokomotiven erzeugt. Die für den Ermüdungsnachweis maßgebenden Spannungsdifferenzen waren damit deutlich kleiner als die Dauerfestigkeit des Nietdetails. Die Ermüdungssicherheit wurde somit aufgrund des Monitorings bereits auf der Stufe der Dauerfestigkeit nachgewiesen. Die Nietkonstruktion ist folglich betreffend Ermüdung nicht kritisch und wird im Hinblick auf eine lange künftige Nutzungsdauer ertüchtigt. Die Messungen zeigen außerdem die erwarteten großen Unterschiede zwischen gemessenen und anhand einer Nachrechnung berechneten Spannungsgrößen.

Monitoring based fatigue safety verification of the riveted steel structure of a railway bridge
The fatigue safety of a railway bridge in riveted steel construction with a fitted ballasted trough, which has been in operation since 1897, was verified by means of monitoring. The fatigue stress of 52,060 trains was recorded during 414 measuring days. The largest measured stress values of 33 MPa occurred in the relevant tension chord in the center of the 20 m span main truss girder and were generated by the locomotives. The stress ranges decisive for the fatigue verification were thus significantly smaller than the fatigue strength of the rivet details. The fatigue safety was thus already verified at the fatigue endurance limit on the basis of the data from monitoring. The riveted steel structure is thus not critical with regard to fatigue and will be upgraded in view of a long future service duration. The measurements also show the expected large differences between the measured stress values and those calculated by means of a recalculation.

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Krueger, Tim; Röhm, JochenDrohnengestützte 3-D-Vermessung als Planungsgrundlage einer HochspannungsfreileitungBautechnik10/2021793-800Berichte

Kurzfassung

Die DB Energie GmbH betreibt in Deutschland mit ca. 7700 km Gesamtlänge das Hochspannungs-Bahnstromnetz und gewährleistet dadurch die sichere Energieversorgung der elektrifizierten Streckenabschnitte im deutschen Schienennetz. Im Auftrag der DB Energie und als Spezialist für Planungsleistungen von Hoch- und Höchstspannungsfreileitungen übernimmt das Technikzentrum der Omexom Hochspannung GmbH die technische und genehmigungsrechtliche Planung im Projekt “Unterwerk (Umspannwerk) Rethen” und nutzt zur Schaffung der erforderlichen Planungsgrundlagen die Möglichkeit der drohnengestützten 3-D-Datenerhebung. Das südlich von Hannover gelegene Unterwerk Rethen dient für mehrere Bahnstromleitungen als Start- bzw. Endpunkt und soll umgebaut werden. Dies macht eine Neuplanung der Leitungsansprünge erforderlich. Eine besondere Herausforderung stellen div. Betretungsverbote privater Wegeflurstücke sowie die Beeinflussung der sensiblen Drohnentechnologie durch elektromagnetische Felder dar. Im Rahmen mehrerer Messflüge wurden mithilfe eines speziell für diesen Einsatz konfigurierten Systems insgesamt 1000 hoch aufgelöste Einzelfotos aufgenommen und mittels fotogrammetrischer Auswerteverfahren zu einer 3-D-Punktwolke mit ca. 90 Mio. Messpunkten aufbereitet. Zur Validierung der Messgenauigkeit fand an einzelnen Standorten eine terrestrische Verifizierungsmessung statt.

Drone-supported 3D surveying as a basis for planning of a high voltage overhead line
DB Energie GmbH operates the high-voltage railway power supply system in Germany with a total length of approx. 7700 km and thus ensures the secure energy supply of the electrified line sections in the German rail network. On behalf of DB Energie and as a specialist for planning services for high-voltage and extra-high-voltage overhead lines, the technical centre of Omexom Hochspannung GmbH is taking over the technical and legal planning for the “Rethen substation” project and is using the possibility of drone-based 3D data collection to create the necessary planning basis. The Rethen substation, located to the south of Hanover, serves as the starting and end point for several traction current lines and is to be reconstructed. This makes it necessary to redesign the line projections. A particular challenge is posed by the various prohibitions on access to private land as well as the influence of electromagnetic fields on the sensitive drone technology. In the course of several measurement flights, a total of 1000 high-resolution individual photos were taken with the help of a system specially configured for this application and processed into a 3D point cloud with approx. 90 million measurement points by means of photogrammetric evaluation procedures. To validate the accuracy of the measurements, terrestrial verification measurements were carried out at individual locations.

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Neuauflage: "Aussteifung von Gebäuden in Holztafelbauart"Bautechnik10/2021800Nachrichten

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Hofstetter, RolfEinbau von Fenstern - Planung des BauanschlussesBautechnik10/2021801-805Berichte

Kurzfassung

Mit dem nachfolgenden Bericht wird ein Konzept zur Planung des Bauanschlusses von Fenstern auf Grundlage der derzeit vorliegenden Normung und technischen Richtlinien erarbeitet bzw. vorgeschlagen. In Ermangelung einer ausreichenden normativen deutschen Regelung wird Bezug auf internationale Regelwerke genommen. Das Hauptaugenmerk in diesem Bericht gilt der Befestigung der Fensterelemente.

Installation of windows - planning of the construction connection
In the following article, a concept for planning the structural connection of windows is developed or proposed on the basis of the currently available standardization and technical guidelines. In the absence of a sufficient normative German regulation, reference is made to international regulations. The main focus in this essay is the fastening of the window elements.

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Bautechnik aktuell 10/2021Bautechnik10/2021807-812Bautechnik aktuell

Kurzfassung

Persönliches:
Honorarprofessur an Dr. Julian Meyer verliehen

Nachrichten:
Brücken weiterbauen: Eisenbahnbrücke Lange-Feld-Straße in Hannover

Veranstaltungen:
3. Symposium Ingenieurbaukunst - Design for Construction am 18. November 2021 in Frankfurt: Wie bauen wir zirkulär?

Rezensionen:
Gerüste und Hilfskonstruktionen im historischen Baubetrieb

Wettbewerbe:
Bei der Nominierung zum Deutschen Nachhaltigkeitspreis Architektur spielt Technik keine Rolle

Veranstaltungen:
Dynamische Lösungen im Holzbau

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik10/2021812Veranstaltungskalender

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Inhalt: Bautechnik 9/2021Bautechnik9/2021Inhalt

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Titelbild: Bautechnik 9/2021Bautechnik9/2021Titelbild

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Zum Titelbild:
Das Bild zeigt das Hochhaus “Treptowers” an der Spree in Berlin. In dem Beitrag “Hochhausgründungen in Berlin - Erfahrungen in eiszeitlich vorbelasteten Böden” von Jens Mittag, Thomas Richter und Fabian Kirsch wird davon berichtet, dass die städtische Verdichtung dazu führt, dass auch Projekte mit sehr hohen Gründungslasten geplant und umgesetzt werden. Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften des Baugrunds reicht es bei anspruchsvolleren Bauvorhaben nicht aus, eine Einteilung der Böden lediglich hinsichtlich der Lagerungsdichte oder der Konsistenz vorzunehmen. Zum besseren Verständnis und zur wirtschaftlichen Nutzung des Baugrunds muss vielmehr eine möglichst genaue Kenntnis der Belastungsgeschichte und ihres Einflusses auf die Steifigkeit und die Tragfähigkeit der Böden erlangt werden, s. S. 671ff. Foto: Codo Star/Unsplash

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Ernst & Sohn (Hrsg.)Sonderheft: Bauten des Gesundheitswesens 2021Bautechnik9/20211-76Sonderheft

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Ernst & Sohn (Hrsg.)Sonderheft: Kindertagesstätten 2021Bautechnik9/20211-76Sonderheft

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Rackwitz, FrankGefahren für die digitale und klimaneutrale TransformationBautechnik9/2021625-626Editorials

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Knittel, Lukas; Triantafyllidis, TheodorosMehrdimensionale hochzyklische Beanspruchungen im Experiment und im Finite-Elemente-ModellBautechnik9/2021627-639Aufsätze

Kurzfassung

Das Verhalten granularer Böden unter mehrdimensionaler zyklischer Beanspruchung ist für viele baupraktische Fragestellungen von großer Bedeutung. Beispielsweise können bei Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) Wind- und Wellenbelastungen aus unterschiedlichen Richtungen sowie mit einem zeitlichen Versatz auf die geotechnische Struktur einwirken, woraus eine mehrdimensionale zyklische Beanspruchung resultiert. Es ist bekannt, dass eine mehrdimensionale zyklische Beanspruchung zu einer größeren Akkumulation der Verformung im Boden führt als eine eindimensionale Beanspruchung gleicher Amplitude. Werden die akkumulierten Verformungen zu groß, kann dies zu einem unvorhergesehenen Verlust der Gebrauchstauglichkeit führen. Die numerische Erfassung des mehrdimensionalen Problems und die Prognose der zu erwartenden Verformungen sind daher in solchen Fällen unerlässlich. Gegenstand dieses Aufsatzes ist eine Untersuchung des Bodenverhaltens unter mehrdimensionaler zyklischer Beanspruchung. In über 120 zyklischen Triaxial- und Hohlzylindertriaxialversuchen wird das Bodenverhalten unter ein- bis vierdimensionaler Beanspruchung intensiv untersucht. Erstmals kann dabei die mathematische Formulierung der mehrdimensionalen Dehnungsamplitude im hochzyklischen Akkumulationsmodell (HCA-Modell) nach Niemunis et al. für ein- bis vierdimensionale Beanspruchungen versuchstechnisch überprüft werden. Das HCA-Modell mit der validierten Definition der Dehnungsamplitude wird anschließend in exemplarischen numerischen Berechnungen einer OWEA-Monopilegründung unter einer durch Wind- und Wellenbelastung hervorgerufenen mehrdimensionalen Beanspruchung studiert. Auf diese Weise werden die Anwendbarkeit und der Mehrwert der Definition der mehrdimensionalen Dehnungsamplitude im HCA-Modell für baupraktische Zwecke verdeutlicht.

Multidimensional high-cyclic loading in experiment and in finite element model
The behaviour of granular soils under multidimensional cyclic loading is of great importance for many engineering applications or design issues. For example, wind and wave loads from different directions of incidence and with temporal offset can affect the behavior of geotechnical structures of offshore wind energy turbines (OWT), from which a multidimensional cyclic stress results. It is known that a multidimensional cyclic load leads to a greater accumulation of deformation in the soil than a one-dimensional load of the same amplitude. If the accumulated deformations become too large, this can leads to an unforeseen loss of serviceability. The numerical simulation of the multidimensional problem and the prediction of the expected deformations is therefore in such cases essential. Subject of this contribution is the investigation of the soil behaviour under multidimensional cyclic loading. Within the conduction of more than 120 cyclic triaxial and hollow cylinder tests, the soil behaviour under one to four dimensional loading is intensively investigated. For the first time, the mathematical formulation of the multidimensional strain amplitude in the high-cycle accumulation (HCA) model after Niemunis et al. with up to four dimensional loading can be proven experimentally. The HCA model with the validated definition of the strain amplitude is then used in exemplary numerical calculations of an OWT monopile foundation under multidimensional loading caused by simultaneous wind and wave action. This way, the applicability and the added value of the definition of the multidimensional strain amplitude in the HCA-model for engineering applications and design purposes.

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Beuße, Jannik; Grabe, JürgenErsatzmodell zur Untersuchung der Einflüsse der Installation von Stahlträgern auf die LagegenauigkeitBautechnik9/2021640-649Aufsätze

Kurzfassung

Während des Kaimauerbaus ist die plangenaue Installation der Träger herausfordernd und zugleich unabdingbar, um die Zwischenbohlen kombinierter Stahlspundwände einbringen zu können. Die Doppel-T-Träger haben profilbedingt, im Vergleich zu einem Rundrohrstahl, eine geringe Biegesteifigkeit um die schwache Achse und eine geringere Torsionssteifigkeit. Damit sind die Träger bei unsachgemäßer Einbringung stark verformungsgefährdet. Bisher wird das komplexe dynamische Zusammenspiel aus dem Einbringgerät, den gewählten Geräteparametern, dem Träger und dem Boden nicht hinreichend betrachtet, um genaue Prognosen zur erforderlichen Rammführung treffen zu können. Dazu wird ein mithilfe von Messdaten validiertes Ersatzmodell aufgebaut, welches die Einbringung eines Trägers abbilden kann. Hiermit gelingt die gezielte Untersuchung einzelner Einflussfaktoren, wie der Neigung des Schlaghammers, der Neigung des Trägers, der Trägerimperfektion sowie unterschiedlicher Rammführungen.

Numerical studies on the influences of the driving process of steel piles on positional accuracy based on a substitute model
During quay wall construction, the accurate installation of the king piles is of importance and thus highly challenging concerning the installation of the intermediate piles of combined steel sheet piles. The double-T piles have a low bending stiffness around the weak axis and a lower torsional stiffness than steel tubular piles due to their profile shape. As a result, the king piles tend to deform if not installed properly. So far, the complex dynamic interaction of the installation device, its device parameters, the king piles and the soil are not sufficiently considered to accurately predict the required pile driving guidance. For this purpose, a substitute model is created based on metrologically determined pile-soil interaction parameters, which can represent the installation of a king pile. Eventually, the present investigation enables the determination of individual influencing parameters, such as the inclination of the impact hammer, the inclination of the king pile, its imperfections as well as different pile guides.

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Lamplmair, Stefan; Zeman, Oliver; Voit, KlausBeurteilung von Fels als Befestigungsuntergrund für nachträgliche Befestigungen mit geringer EinbindetiefeBautechnik9/2021650-661Aufsätze

Kurzfassung

Für Gebirge als Befestigungsuntergrund ist es aufgrund einer Vielzahl an möglichen Einbausituationen schwer, vorab auf das Tragverhalten und die Tragfähigkeit von Befestigungselementen schließen zu können. In diesem Aufsatz wird daher untersucht, wie sich ein Befestigungsmittel in anstehendem Fels bei geringen Einbindetiefen verhält und welche Untergrundparameter einen wesentlichen Einfluss auf das Tragverhalten und die Tragfähigkeit haben. Dazu werden Versuche an nachträglich installierten Befestigungen unterschiedlichen Wirkprinzips (Verbundanker, Spreizanker) in unterschiedlichen Lithologien Ostösterreichs vorgestellt. Es konnte gezeigt werden, dass mittels Gebirgsklassifikation auf die Eignung des Gebirges als Befestigungsuntergrund rückgeschlossen werden kann. Für eine Abschätzung der Tragfähigkeit ist eine kleinräumige Untersuchung jedoch unbedingt notwendig. Nicht nur das Vorhandensein von Trennflächen hat einen Einfluss auf die Tragfähigkeit, sondern auch deren Beschaffenheit. Gewisse Analogien zu Beton als Untergrund konnten festgestellt werden.

Assessment of rock as a fastening foundation for post-installed fastenings with shallow embedment depths
For rock as a base material for post installed anchors, it is difficult to draw conclusions about the load-bearing behavior and capacity in advance due to the large number of possible installation parameter. This technical article therefore examines how post-installed anchors with low embedment depths behave in rock and which rock parameters have a significant influence on the load-bearing behavior and capacity. For this purpose, tests on anchors with different operating principles (injectable adhesive anchor, mechanical bolt anchor) in different geologies in Eastern Austria were performed. It could be shown that rock classification can be used to infer the suitability of a rock as a base material, but a small-scale investigation also is necessary to estimate the load-bearing capacity. Not only the presence of joints has an influence on the load-bearing capacity, but also the joint condition. Certain analogies to cracked concrete could be shown.

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BIM World Munich 2021Bautechnik9/2021661Veranstaltungen

Kurzfassung

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Frey, Alex Maximilian; Stindt, Jan; Lanza, Gisela; Mark, PeterGeometrische Bewertung und Optimierung der Modulanordnung in Tragwerken - Ein Beitrag zur adaptiven Fertigung im BauwesenBautechnik9/2021662-670Aufsätze

Kurzfassung

Die adaptive Fertigung von Fertigbetonbauteilen für modulare Tragwerke birgt das Potenzial, Ausschuss und Nacharbeit zu reduzieren. Bei diesem Ansatz wird der Fertigungsprozess auf Basis der Geometrien bereits gefertigter Module iterativ angepasst, sodass sich Maßabweichungen im Gesamttragwerk bestmöglich kompensieren. Im vorliegenden Aufsatz wird untersucht, wie eine solche Kompensation durch gezielte Anordnung der Module in modularen Tragwerken erfolgen kann. Hierzu wird zunächst ein Maß entwickelt, um modulare Tragwerke unter Berücksichtigung der Kompensation von Maßabweichungen geometrisch zu bewerten. Anschließend wird darauf aufbauend ein Optimierungsmodell vorgestellt, mit dem eine optimale Anordnung von Modulen mit gegebenen Maßabweichungen berechnet werden kann. Hiermit werden optimale Lösungen für ausgewählte Fälle betrachtet, um hieraus einen allgemeingültigen Zusammenhang zwischen den Geometrien der einzelnen Bauteile und der geometrischen Bewertung des resultierenden Tragwerks herzustellen. Diese Erkenntnisse dienen als Grundlage für eine adaptive Fertigung.

Geometric evaluation and optimization of module arrangement in load bearing structures - towards adaptive manufacturing in civil engineering
Adaptive manufacturing of precast concrete components for modular structures has the potential to reduce scrap and rework. In this approach, the manufacturing process is iteratively adapted on the basis of the geometries of already manufactured modules so that dimensional deviations in the overall structure are compensated for in the best possible way. This article investigates how such a targeted compensation can be achieved by an arrangement of modules in modular structures. First, a measure is developed to geometrically evaluate modular structures with respect to the compensation of dimensional deviations. Then, based on this, an optimization model is presented with which an optimal arrangement of modules with given dimensional deviations can be calculated. Hereby, optimal solutions for selected problems are considered in order to establish a generally valid relationship between the geometries of the individual components and the geometric evaluation of the resulting structure. These findings serve as a basis for adaptive manufacturing.

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Mittag, Jens; Richter, Thomas; Kirsch, FabianHochhausgründungen in Berlin - Erfahrungen in eiszeitlich vorbelasteten BödenBautechnik9/2021671-678Berichte

Kurzfassung

Die städtische Verdichtung führt dazu, dass auch Projekte mit sehr hohen Gründungslasten geplant und umgesetzt werden. Der hierfür relevante Baugrund des Norddeutschen Tieflands ist durch diverse Vereisungen des Pleistozän geprägt, die sich in unterschiedlichen Erscheinungsformen von Tälern, Seebildungen, Flüssen und Hügellandschaften zeigen. Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften des Baugrunds reicht es bei anspruchsvolleren Bauvorhaben nicht aus, eine Einteilung der Böden lediglich hinsichtlich der Lagerungsdichte oder der Konsistenz vorzunehmen. Zum besseren Verständnis und zur wirtschaftlichen Nutzung des Baugrunds muss vielmehr eine möglichst genaue Kenntnis der Belastungsgeschichte und ihres Einflusses auf die Steifigkeit und die Tragfähigkeit der Böden erlangt werden. Zahlreiche Berliner Projektbeispiele haben gezeigt, dass es für die Planung entscheidend ist, welche Beanspruchungen diese Böden seit ihrer Bildung erfahren haben. Prägend sind dabei einerseits die verschiedenen Eisvorstöße der pleistozänen Kaltzeiten mit ihren zwischengeschalteten Warmzeiten und andererseits zivilisationsbedingte Vorbelastungen z. B. aus Altbebauungen oder Grundwasserabsenkungen. Neben den bodenmechanischen Zusammenhängen werden praktische Beispiele hoch belasteter Gebäudegründungen vorgestellt und auch gezeigt, dass eine Tiefgründung nicht in allen Fällen notwendig ist und eine flächenhafte Gründung durchaus die bessere und wirtschaftlichere Lösung sein kann.

Foundations for high-rise buildings in Berlin - experiences in glacially overconsolidated soils
Due to the challenge of continuing urban growth building projects require the planning and construction of heavily loaded foundations. With the building grounds of the North German Plane we come upon a Geotechnical structure of manifold glacial icing layers which composed a landscape of valleys, lakes, rivers and hillocks. With respect to ambitious building projects it is vital not only to categorize and subdivide the soil with regard to mechanical characteristics such as density and texture. In order to get a deeper understanding of the soil conditions and for an economic geotechnical design approach the evolutionary aspects and the time impact on structure and composition of the soil, especially with regard to its rigidity and load capacity need to be observed. Many projects in Berlin have shown that it is vital for the planning to deeply analyze the load history that influenced the soil from the beginning of its formation. The main factors that might have contributed to the soil capacity are e. g. glacial formations of the Pleistocene on the one hand and on the other hand man-made effects due to former foundations or groundwater drawdowns. In addition to an outline on mechanical relations, practical examples are being given for heavily loaded foundations of high-rise buildings. Furthermore, it is shown that a deep foundation is not always necessary but that a slab foundation might be a better and economically more feasible solution.

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