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Die Abschätzung der Langzeitverformungen für Gründungen von Offshore- Windenergieanlagen (OWEA) stellt ein nach wie vor ungelöstes Problem dar. Für einzelne Gründungstypen (z. B. Monopiles) wurden zwischenzeitlich einfache Rechenmodelle vorgeschlagen, deren Validierung jedoch - wie auch im Fall der in diesem Beitrag beschriebenen Methode - für den Prototyp-Maßstab noch aussteht. Der Beitrag beschreibt die Abschätzung der Langzeitverformungen von OWEA-Gründungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FE) unter Anwendung eines speziell für hochzyklische Belastungen entwickelten Akkumulationsmodells. Die Vorteile gegenüber den einfachen Ingenieurmodellen liegen u. a. in der Anwendbarkeit auf beliebige Gründungssysteme und -geometrien (für Monopiles und Flachgründungen geeignet) sowie in der bodenmechanisch fundierten Beschreibung des Stoffverhaltens auf Basis zahlreicher zyklischer Laborversuche. Im Gegensatz zu Modellen mit entkoppelten Federn werden die Interaktion benachbarter Bodenbereiche sowie Zustandsänderungen im Boden während der zyklischen Belastung berücksichtigt. Nach einer einfachen Darstellung der Rechenprozedur und der Gleichungen werden die Kalibrierung der Materialparameter aus zyklischen Versuchen am Beispiel eines offshore-typischen Feinsandes sowie die vereinfachte Abschätzung der Parameter anhand der Korngrößenverteilungskurve erläutert. Neben einer Diskussion der Vorgehensweise für Zyklenpakete werden exemplarische FE-Berechnungen an Monopile- und Schwergewichtsgründungen gezeigt.

Prediction of long-term deformations for offshore wind power plant foundations using an accumulation model.
The estimation of long-term deformations for offshore wind power plant foundations (OWPP) is still an unsolved problem. For certain foundation types (e.g. monopiles) simple models have been proposed which still have to be validated for the prototype scale - similar to the method proposed in this paper. The paper describes the estimation of long-term deformations of OWPP foundations by means of the finite-element method (FE) using an accumulation model specially developed for high-cyclic loading. The advantages, compared to the simple engineering models, are the applicability to arbitrary foundation systems and geometries (applicable to monopiles and shallow foundations) and the sound description of soil behaviour based on numerous cyclic laboratory tests. In contrast to models using decoupled springs, the interaction between adjacent soil zones and changes of the soil state parameters during cyclic loading are considered. After a simple presentation of the calculation strategy and the model equations, the calibration of the material parameters from cyclic tests is shown exemplary for an offshore-typical fine sand. The simplified estimation of the parameters based on the grain size distribution curve is also explained. Beside a discussion of the procedure for packages of cycles, exemplary FE-calculations of monopile and gravity foundations are shown.

Es wird ein Berechnungsmodell zur quantitativen Bestimmung der Netto-Tausetzung sowie der Druck-Porenzahl-Beziehung bei Weiterbelastung nach dem Auftauen feinkörniger Böden vorgestellt. Der Ansatz berücksichtigt die Inhomogenität der Veränderung des Bodengefüges infolge der Vereisung. Hierbei wird der Boden vereinfachend in zwei Bereiche unterteilt. Nach dem Modell wird ein Teil des Bodens mit einer rechnerischen Auflast, die der Summe der komprimierenden Vorgänge während der Bodenvereisung äquivalent ist, verdichtet. Für den übrigen Teil wird angenommen, dass er von der Vereisung unbeeinflusst bleibt. Die mit Hilfe des Modells ermittelten Berechnungsergebnisse stehen in sehr guter Übereinstimmung mit den Versuchsergebnissen. Der große Vorteil des Berechnungsansatzes liegt darin, dass eine zuverlässige Prognose der Kompressionseigenschaften des aufgetauten Bodens allein mit den Ergebnissen von Standard-Laborversuchen möglich ist.

A model for the estimation of the thaw-settlements and the compressibility properties of thawed soils.
A mathematical model is presented which allows the quantitative calculation of the net thaw-settlement as well as of the pressure-void ratio relation at continued loading of fine grained soils after thawing. The approach takes into account the inhomogeneity of the change of the soil fabric caused by freezing. For this purpose, the soil is being divided into two parts, which is a simplification of the real situation. In the model, one part of the soil is being compacted with a load that is equivalent to the sum of all compressing processes during ground freezing. For the rest of the soil, it is assumed that it remains unaffected by freezing. The calculation results obtained by the model show good agreement with the results of laboratory tests. The great advantage of the introduced approach is that the compression properties of thawed soil can be reliably predicted just based on the results of standard laboratory tests.

Bezüglich der Bruchbilder von Platten wird gewöhnlich angenommen, daß die den Ecken zulaufenden Bruchlinien sich entlang der Winkelhalbierenden ausbilden ("45°-Annahme" bei Rechteckplatten), was allerdings eine oft recht grobe Annäherung darstellt. Auch bleiben mitunter einzelne Plattenbereiche (hier als "tot" bezeichnet) von der globalen Tragwirkung ausgeschlossen. Der "genaue" Bruchmodus kann über die Errechnung bruchbildbestimmender Prarameter xi anhand von Energiesätzen abgeleitet werden. Ein Beispiel liefert die isotrope Quadratplatte unter Gleichlast bzw. mittiger Einzellast, deren hinlänglich bekanntes m = pa2/24 bzw. m = P/8 kräftig nach oben korrigiert werden müßte. Die allgemeine Vernachlässigung der Torsionsmomente in der Tragberechnung von Platten stellt aber nach Meinung des Verfassers einen hinlänglichen Ausgleich dieser Ungenauigkeit dar.

In Deutschland nähert sich die Brückengeneration der Nachkriegszeit dem Ende ihrer geplanten Lebensdauer. Daher haben die Bundesregierung und die Straßenbauämter der Länder umfangreiche Infrastrukturprojekte in die Wege geleitet, um den Brückenbestand zu beurteilen und anschließend, falls erforderlich, Verstärkungen oder Ersatzneubauten vorzunehmen. Häufig muss dabei die Nutzungsdauer von maroden Brücken bis zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme eines Ersatzneubaus ausgedehnt werden. Am Beispiel von drei Talbrücken werden wirksame Maßnahmen zur Verstärkung und Verlängerung der Nutzungsdauer von Bestandsbrücken präsentiert. Das erste Beispiel zeigt, wie mittels externer Vorspannung die Ermüdungstragfähigkeit einer 50 Jahre alten Spannbetonbrücke gesteigert werden konnte. Eine zweite Talbrücke mit Defiziten im Bereich der Querkrafttragfähigkeit wurde durch geneigte Stahlstreben an den Pfeilern verstärkt, die durch verbleibende Hydraulikpressen aktiviert werden. Der Einfluss von Zwangsbeanspruchungen durch das unterschiedliche Werkstoffverhalten wird durch Federelemente reduziert. Kritische Stegbereiche wurden durch zusätzliche Bügel verstärkt und mit Aufbeton geschützt. Beim dritten Bauwerk traten Ermüdungserscheinungen an den Koppelfugen auf. Durch die Unterstützung der kritischen Koppelfugen konnte jedoch die Nutzungsdauer verlängert werden. Eine Waagebalkenkonstruktion mit Gegengewichten, die auf einem Stahlturm angebracht ist, gewährleistet hierbei eine konstante Kraft.

Strengthening strategies of reinforced concrete bridges
An entire generation of reinforced concrete highway bridges built in the post-war period in Germany is currently approaching the end of its service life. Realizing this, the federal government and regional highway administrations engage in extensive infrastructural investments to reassess and thereafter to strengthen or replace these structures. Often the service life of decaying bridges has to be extended, until such a replacement becomes available. Using the examples of three highway viaducts, efficient strategies to strengthen or to prolong the service life of existing structures will be presented. In the first example the efficient usage of external tendons to reduce the danger of a fatigue induced failure of a 50 years old prestressed concrete bridge is shown. A second viaduct showing inadequate shear resistance has been enhanced by installing inclined steel struts at the piers, which are activated by built-in hydraulic jacks, while spring elements reduce the effect of imposed deformations due to the different material behaviour. Additionally in critical areas of the webs additional shear reinforcement, covered by a concrete layer, is mounted. The third bridge was showing signs of fatigue at the coupling joints. The lifespan could however be sufficiently prolonged by supporting the critical coupling joints with a predetermined force. The magnitude of the force is maintained constant by a balanced beam resembling a seesaw, which is mounted on a steel tower and fitted at its opposite end with counterweights.

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Die Verbindung mit biegesteifem Stirnplattenanschluss wird im Stahlhochbau häufig angewendet. Auch bei Kranbahnen kleinerer und mittlerer Bauart können Stirnplattenverbindungen als Trägerstöße im Feldbereich Anwendung finden. Da diese Verbindungen und ihre Komponenten durch den Kranbetrieb mit zeitlich veränderlichen Belastungen beansprucht werden, ist eine rein statische Berechnung und Bemessung unzureichend, vielmehr muss der Nachweis der Betriebsfestigkeit erbracht werden. Um die Eigenschaften dieser Verbindungen unter sich wiederholender Belastung zu untersuchen, wurden zwölf Stirnplattenverbindungen mit gleitfest vorgespannten Schraubenverbindungen mit Hilfe des Kerbspannungskonzeptes bemessen und anschließend im Rahmen von zyklischen Versuchsserien bis zum Anriss beansprucht. Aus der statistischen Auswertung der Versuchsergebnisse konnte ein Kerbfall für die Schweißverbindung rückgerechnet und mit dem Kerbfall FAT 225 des Kerbspannungskonzeptes verglichen werden. Die Bemessung der Ermüdungsfestigkeit der Schraubenverbindungen erfolgte mit Hilfe des Nennspannungskonzeptes.

Fatigue strength at end plate connections - Experimental and numerical Investigations.
The application of head plate connections is a popular approach in steel construction. In crane construction the connection between parts of a crane runway girder can also be realized with such rigid connections. As a crane has to complete tasks in a moving fashion, a pure static dimensioning is insufficient. The fatigue strength of these components has to be evaluated. For this purpose, twelve of these joints were analyzed using the effective notch stress approach and were put under stress in a series of fatigue tests. Consequently, a FAT value could be determined and this value was compared to the FAT 225 value of the effective notch stress concept. The fatigue behavior of the pre-stressed bolts was examined using the nominal stress concept.

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In neuester Literatur werden Zweifel geäußert, ob die in DIN 18800 und Eurocode 3 verwendete Winter-Kurve ausreichend den Einfluß von Imperfektionen auf das Tragverhalten normalspannungsbeanspruchter, beulgefährdeter Querschnittselemente berücksichtigt. Basierend auf früheren Forschungsarbeiten und eigenen Untersuchungen werden Einflüsse der Lagerung, des Seitenverhältnisses und von Eigenspannungen auf die Traglast diskutiert. Es ergibt sich ein Widerspruch zwischen numerisch ermittelten Traglasten und den empirischen Erfahrungswerten. Dieser kann nur dadurch aufgelöst werden, daß anstatt von schlimmstmöglichen, nur anregende Imperfektionen in Ansatz gebracht werden. Eine Zuschärfung der in den Normen verwendeten Beulkurven wird als nicht notwendig erachtet.

Am 14. März d. J. war es wieder so weit: In einem großartigen Festakt wurde der Deutsche Brückenbaupreis 2016 vor über 1 200 Gästen im Hörsaalzentrum der Technischen Universität Dresden verliehen. Diesen bedeutenden Ingenieurpreis hatte die Bundesingenieurkammer gemeinsam mit dem Verband Beratender Ingenieure (VBI) bereits zum sechsten Mal für herausragende Leistungen auf dem Gebiet des Brückenbaus ausgelobt.
Er ging auch diesmal an ganzheitlich gelungene Brückenbauwerke in den beiden Kategorien “Straßen- und Eisenbahnbrücken” sowie “Fuß- und Radwegbrücken”, die Beiträge zur Baukultur leisten. Die Ingenieure, deren kreative Leistungen maßgeblich zum Entstehen der ausgezeichneten Brückenbauwerke geführt haben, erhielten die Preisskulptur [1]. Der alle zwei Jahre vergebene Ingenieurpreis der Königsdisziplin des Ingenieurbaus steht unter der Schirmherrschaft des BMVI. Hauptsponsor ist die Deutsche Bahn AG. Durch den Festakt führte die vom TV-Sender rbb bekannte Moderatorin PETRA GUTE.

Am 10. März d. J. wurde der Deutsche Brückenbaupreis 2014 im Rahmen eines Festaktes vor über 1300 Gästen verliehen. Bereits zum fünften Mal konnte dieser bedeutende Ingenieurpreis Deutschlands in ununterbrochener Folge seit 2006 im Auditorium der Technischen Universität Dresden vergeben werden. Ausgezeichnet werden ganzheitlich gelungene Brückenbauwerke in den Kategorien “Straßen- und Eisenbahnbrücken” und “Fuß- und Radwegbrücken”, die gleichzeitig auch Beiträge zur Baukultur sind. Die Ingenieure, deren kreative Leistung maßgeblich zum Entstehen des ausgezeichneten Brückenbauwerkes geführt hat, erhalten die Preisskulptur. Der alle zwei Jahre ausgelobte Ingenieurpreis der Königsdisziplin des Ingenieurbaus steht unter der Schirmherrschaft des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur. Hauptsponsor ist die Deutsche Bahn AG. In diesem Jahr wurde der Wettbewerb u. a. auch vom Ministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit gefördert.

Again two significant events in the field of bridge construction in Germany: German Bridge Construction Award 2014 and the 24th Dresden Bridge Construction Symposium
On March 10, the German Bridge Construction Award 2014 was presented during a ceremony in front of over 1300 guests. For the 5th time this has significant engineering prize of Germany in unbroken succession since 2006 in the Auditorium of the Technical University of Dresden will be awarded. Awarded be holistically successful bridge structures in the categories “Road and rail bridges” and “Bicycle and pedestrian bridges”, which are also contributing to building culture simultaneously. The engineers whose creative power was instrumental to the emergence of excellent bridge building, get the price sculpture. The units awarded every 2 years engineering prize of supreme discipline of civil engineering is under the patronage of the Federal Ministry of Transport and digital Infrastructure. The main sponsor is the German Railway AG. This year, the competition was supported among others by the Ministry for the Environment, Nature Conservation, and Nuclear Safety building.

Nach der Methode der “Persistent Scatterer”-Interferometrie wird ein innovativer Ansatz zum flächenhaften Setzungsmonitoring beim Tunnelbau vorgestellt. Grundlage sind Daten aus 24 Überflügen des Radarsatelliten TerraSAR-X des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens wird am Beispiel des Tunnelbauprojekts “Wehrhahn-Linie” in Düsseldorf demonstriert. Der Beitrag beschreibt neben den wesentlichen Grundlagen zur Radarinterferometrie auch die besonderen Randbedingungen des Tunnelbauprojekts im Innenstadtbereich der Landeshauptstadt. Die Verifizierung mit punktuellen terrestrischen Messungen belegt die Genauigkeit der Methode im Millimeterbereich. Die Forschungsarbeiten sind Teil der Aktivitäten des Sonderforschungsbereichs 837 “Interaktionsmodelle im maschinellen Tunnelbau” an der Ruhr-Universität Bochum.

Radar interferometry for monitoring of settlements in tunnelling
An innovative approach employing the “Persistent Scatterer” Interferometry to monitor area-wide settlements induced by tunnelling is presented. The method is based on data from 24 overflights of the TerraSAR-X satellite provided by the German Aerospace Center (DLR). Exemplified on the tunnelling construction site “Wehrhahn-Linie” located in Düsseldorf, the performance of the Radar-Interferometry method is demonstrated. Besides the basic principles of the Radar-Interferometry, the contribution illustrates specific boundary conditions of a tunnelling project in the intra-urban area of the state capital city of Düsseldorf. The validation with point wise terrestrial measurements proofs that the method is accurate to a millimetre. The research project is part of the Collaborative Research Center 837 “Interaction modelling in mechanized tunnelling” at the Ruhr-University of Bochum.

Die Frauenkirche in Dresden wies bis zu ihrer Zerstörung ständig Schäden auf, deren Ursachen auch in der Gründung bzw. im Baugrund vermutet wurden. Es wird das im Rahmen des Wiederaufbaus realisierte Gründungskonzept für die Kirche vorgestellt. Dieses Konzept basiert auf einer optimierten Lastabtragung auf die vorhandenen historischen Mauerwerksfundamente durch ein statisch verbessertes Tragwerk der wiederaufgebauten Kirche. Die wichtigsten Ergebnisse der vorausgegangenen Schadensanalyse werden dabei vorgestellt. Außerdem werden die hierfür notwendigen, umfangreichen geotechnischen Untersuchungen der Baugrundverhältnisse und der historischen Gründungselemente beschrieben. Schließlich werden die beobachteten Hebungen und Setzungen während der Enttrümmerung und des Wiederaufbaus ausgewertet und mit den prognostizierten Werten verglichen. Die im Gründungsbereich beim Wiederaufbau gemessenen, weitgehend gleichmäßigen Verformungen bestätigen das Tragwerks- und Gründungskonzept und die daraus resultierende hohe Standsicherheit dieses Teils der Kirche.

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