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Das erstes modulare Wohngebäude der Leverkusener Wohnungsgesellschaft WGL ist seit einem Jahr in Betrieb. Es wurde im Mai 2019 in der Zschopaustraße im Stadtteil Rheindorf von ALHO realisiert. In direkter Nachbarschaft ist in der Unstrutsraße inzwischen auch der 2. Bauabschnitt des Projekts fertiggestellt worden. Nach Übernahme der Planung und gewonnener Ausschreibung oblag ALHO als Generalübernehmer auch die Realisierung sowie das Engineering der bauseits erstellten massiven Teilunterkellerungen. Aufgrund der im ersten Bauabschnitt gesammelten Erfahrungen, konnte in der Konzeption des 2. Bauabschnitts auf einen Wohnungs-Modulbaukasten zurückgegriffen werden, welcher die Bauzeit einer nichtmodularen Bauweise halbierte. (Foto: ALHO)

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Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit der Fragestellung, ob unter praxisrelevanten Bedingungen die Entstehung von Wasserstoff an vollmartensitischen Schraubankern möglich ist. Im Gegensatz zu austenitischen Werkstoffen besteht bei martensitischen Werkstoffen bei Gegenwart von Wasserstoff stets die Möglichkeit einer wasserstoffinduzierten Versprödung des Materials. Hierfür wurde ein in der Praxis häufig anzutreffendes Szenario gewählt, das ein galvanisches Element, bestehend aus nichtrostenden Schraubankern (in diesem Fall martensitischen) und einer verzinkten Ankerplatte an einem Betonkörper, umfasst. Zum Nachweis einer Wasserstoffentwicklung werden der Elementstrom zwischen den Bauteilen sowie das Korrosionspotential erfasst. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass über eine zeitlich begrenzte Dauer eine starke kathodische Polarisation der martensitischen Schraubanker durch die korrosive Auflösung des Zinks erfolgt. Als Folge kommt es zur Wasserzersetzung im Phasengrenzbereich der Schraubanker und zur Entstehung von atomarem Wasserstoff. Das berechnete Gasvolumen des entstandenen Wasserstoffs an den Stahlankern wurde bestimmt und lag im Mittel bei 11,14 ± 1,94 ml. Eine Diffusion des an der Stahloberfläche adsorbierten Wasserstoffs in den martensitischen Werkstoff ist somit theoretisch möglich und impliziert eine mögliche Gefährdung durch wasserstoffinduzierte Rissbildung und spontanes Versagen unter Belastung.

Risk of hydrogen evolution on martensitic screw anchors under practical construction conditions
The present investigation deals with the question of whether the formation of hydrogen is possible on fully martensitic screw anchors under practical conditions. In contrast to austenitic materials, martensitic steels always have the possibility of hydrogen-induced embrittlement of the material in the presence of hydrogen. For this purpose, a scenario was chosen which is frequently encountered in practice and which comprises a galvanic element consisting of stainless screw anchors (in this case martensitic) and a galvanized anchor plate on a concrete body. The element current between the components as well as the corrosion potential are recorded to prove hydrogen development. The results of the tests show that a strong cathodic polarization of the martensitic screw anchors occurs over a limited period due to the corrosive dissolution of the zinc. As a result, water decomposition occurs in the phase boundary area of the screw anchors and atomic hydrogen is formed. The calculated gas volume of the resulting hydrogen at the steel anchors was determined and was 11.14 ± 1.94 ml on average. Diffusion of the hydrogen adsorbed on the steel surface into the martensitic material is thus theoretically possible and implies a possible risk of hydrogen-induced crack formation and spontaneous failure under load.

Die Anwendung des linearen Nachweiskonzepts auf Mauerwerksbauten führt dazu, dass bereits heute Standsicherheitsnachweise für Gebäude mit üblichen Grundrissen in Gebieten mit moderaten Erdbebeneinwirkungen nicht mehr geführt werden können. Diese Problematik wird sich in Deutschland mit der Einführung kontinuierlicher probabilistischer Erdbebenkarten weiter verschärfen. Aufgrund der Erhöhung der seismischen Einwirkungen, die sich vielerorts ergibt, ist es erforderlich, die vorhandenen, bislang nicht berücksichtigten Tragfähigkeitsreserven in nachvollziehbaren Nachweiskonzepten in der Baupraxis verfügbar zu machen. Der vorliegende Beitrag stellt ein Konzept für die gebäudespezifische Ermittlung von erhöhten Verhaltensbeiwerten vor. Die Verhaltensbeiwerte setzen sich aus drei Anteilen zusammen, mit denen die Lastumverteilung im Grundriss, die Verformungsfähigkeit und Energiedissipation sowie die Überfestigkeiten berücksichtigt werden. Für die rechnerische Ermittlung dieser drei Anteile wird ein nichtlineares Nachweiskonzept auf Grundlage von Pushover-Analysen vorgeschlagen, in denen die Interaktionen von Wänden und Geschossdecken durch einen Einspanngrad beschrieben werden. Für die Bestimmung der Einspanngrade wird ein nichtlinearer Modellierungsansatz eingeführt, mit dem die Interaktion von Wänden und Decken abgebildet werden kann. Die Anwendung des Konzepts mit erhöhten gebäudespezifischen Verhaltensbeiwerten wird am Beispiel eines Mehrfamilienhauses aus Kalksandsteinen demonstriert. Die Ergebnisse der linearen Nachweise mit erhöhten Verhaltensbeiwerten für dieses Gebäude liegen deutlich näher an den Ergebnissen nichtlinearer Nachweise und somit bleiben übliche Grundrisse in Erdbebengebieten mit den traditionellen linearen Rechenansätzen nachweisbar.

Seismic verification of masonry buildings based on realistic calculation models and increased behavior factors
With the application of the traditional linear verification concept to masonry structures it is already no longer possible to carry out structural safety verifications even for buildings with standard ground plan configurations in areas with moderate seismicity. This problem will be exacerbated in Germany with the introduction of continuous probabilistic earthquake maps. Due to the increased seismic actions, it is necessary to make the existing load-bearing capacity reserves that have not yet been taken into account available in comprehensible verification concepts in construction practice. This article presents a concept for the building-specific determination of increased behavior factors. The behavior factors are composed of three components, which take into account the load redistribution in ground plans, the deformation capability and energy dissipation and all kinds of overstrength effects. For the calculation of these three components, a non-linear verification concept based on pushover analyses is applied, in which the interactions of walls and floor slabs are described by a level of restraint. A non-linear modeling approach of the overall building is introduced for the determination of the restraint levels, with which the interaction of walls and floor slabs can be simulated. The results of the linear verifications with increased behavior factors for this building are significantly closer to the results of non-linear verifications and thus the standard ground plan configurations in areas with moderate seismicity can still be verified with the traditional linear calculation approaches.

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Mikroskopische Imperfektionen im Werkstoff führen dazu, dass die Werte mechanischer Eigenschaften von Bauteilen gewissen Auftretenswahrscheinlichkeiten unterliegen. Mit zunehmendem Volumen erhöht sich die Anzahl der mikroskopischen Defekte, was sich direkt in einer veränderten makroskopischen Festigkeit niederschlägt. Dieses Phänomen ist unter der Bezeichnung statistischer Maßstabseffekt bekannt. Eine solche Maßstabsabhängigkeit kann durch ein stochastisches Werkstoffmodell gut erfasst werden. In diesem Beitrag wurde das Bündel-Kettenglied-Modell, das auf einem stochastischen Werkstoffmodell nach Weibull- und Lognormalverteilung basiert, entwickelt und eine Möglichkeit zur Bestimmung des statistischen Maßstabseffekts durch numerische Verfahren angegeben. Um den statistischen Maßstabseffekt im Stahlbau zu demonstrieren, werden die Biegeversuche mit unterschiedlichen Probengrößen durchgeführt. Dieser Beitrag beschreibt - als erster von zwei Teilen - Forschungsergebnisse über den statistischen Maßstabseffekt und die entsprechende Zuverlässigkeit im Stahlbau.

Statistical size effect and corresponding influence for reliability in steel structures - part 1: model and experiment
In steel structures, the elastic and plastic design is widely used. At the same time, it is certain that the yield strength of steel is variable because of uncertainties and spatial variability in nature. If the volume of structural component increases, the number of microscopic defects correspondingly increases, so that the macroscopic material strength also changes. This phenomenon is called statistical size effect. A new stochastic material model, which is based on Weibull and lognormal distribution, is proposed and a possibility for determining the statistical size effect by numerical methods is developed. To demonstrate the statistical size effect in steel structures, bending tests are carried out with different specimen sizes. This paper presents - as the first of two parts - research results about the statistical size effect and the corresponding reliability in steel structures.

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In Memoriam Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Joachim Scheer
Der vorliegende Beitrag beschreibt - als zweiter von zwei Teilen - Forschungsergebnisse über den statistischen Maßstabseffekt und die entsprechende Zuverlässigkeit im Stahlbau. In diesem Beitrag wird der Einfluss der maßstabsabhängigen Festigkeitsverteilung auf die Zuverlässigkeitsanalyse und die Bemessung von Stahlbauteilen unter der Berücksichtigung eines linearen Versagensgrenzzustands diskutiert. Mithilfe der vereinfachten Annahme einer normalverteilten Last werden Berechnungsbeispiele für den 3-Punkte- und 4-Punkte-Biegeversuch durchgeführt, um die Änderung des Zuverlässigkeitsindex zu demonstrieren. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass der statistische Maßstabseffekt direkt zu einem maßstabsabhängigen Zuverlässigkeitsindex führt, der in den meisten Fällen eine vernünftige Abschätzung des Versagensrisikos liefern kann.

Statistical size effect and corresponding influence for reliability in steel structures, part 2 - reliability analysis
This paper presents - as the second of two parts - research results about the statistical size effect and the corresponding reliability in steel structures. In this paper, the influence of the size effect on the reliability analysis and the design of steel structural components are discussed based on a linear failure limit state. The calculation examples for 3-point and 4-point bending tests are carried out applying a Gaussian load as a simplification. The results show that the statistical size effect leads directly to a size-dependent reliability index, which in most cases can provide a reasonable estimate of the failure risk.

Die bisherigen Anwendungen neuer digitaler Methoden (BIM) im Infrastrukturbau lassen die Erkenntnis reifen, dass ein reines Bauwerksmodell für die ambitionierten Ziele eines optimierten Planungsprozesses und in weiterer Folge einer optimierten Bauabwicklung nicht ausreichend ist. Es bedarf zweier zusätzlicher Modellierungen: jener des Baugrunds und jener der Baustelle. Im Infrastruktur- und vor allem Untertagebau sind der Baugrund und dessen Interaktion mit dem Bauwerk von enormer Bedeutung. Deshalb gilt es diesen anhand eines Baugrundmodells entsprechend abzubilden und damit dem Idealfall eines digitalen Zwillings gerecht zu werden. Die Modellierung des Baugrunds geht über eine rein dreidimensionale geometrische Darstellung hinaus und hat der BIM-Methode zu folgen, nämlich Volumenkörpern Informationen und Merkmale zuzuweisen. Darüber hinaus zeigen laufende internationale Großprojekte deutlich, dass die Optimierung baubetrieblicher Aspekte, eine sorgfältige Planung der Baustelleneinrichtung und eine konsequente Auslegung der Logistik eine maßgebliche Rolle für die Produktionsleistung der Vortriebe und damit für eine erhöhte Kosten- und Terminsicherheit einnehmen. Deshalb wird von den Autoren in diesem Beitrag die Einführung eines Infrastruktur-Informationsmodells vorgestellt, welches die drei Teilmodelle Baugrund, Bauwerk und Baustelle beinhaltet. Dabei wird der Schwerpunkt exemplarisch auf den Hohlraumbau, genauer auf den maschinellen Tunnelvortrieb, gelegt.

Optimization of construction management in underground construction using digital infrastructure information models
The previous applications of new digital methods (BIM) in infrastructure construction have led to the realization that merely a building information model is not sufficient for the ambitious goals of an optimized planning process and, as a result, optimized construction management. Two additional models are needed: that of the ground and that of the construction site. In infrastructure and above all in underground construction, the ground and its interaction with the structure work are of enormous importance. It is therefore necessary to map it accordingly using a ground model and thus to do justice to the ideal case of a “digital twin”. The modeling of the ground goes beyond a mere three-dimensional geometrical representation and has to do justice to the BIM method, namely to assign information and characteristics to volume bodies. In addition, ongoing major international projects clearly show that the optimization of construction operation aspects, careful planning of jobsite equipment and a consistent design of logistics play a decisive role in the production performance of tunnelling and thus in increased cost and schedule security. Therefore, the authors present in this paper the introduction of an infrastructure information model, which contains the three submodels ground, building and construction site. The main focus will be on underground construction, more precisely on mechanized tunnelling.

Betonbauwerke wie Brücken sind ein wesentlicher Bestandteil des Straßennetzes. Um die Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit einer Brücke zu gewährleisten, sind regelmäßige, z. T. aufwendige Inspektionen und Untersuchungen erforderlich, um Schäden an einem Bauwerk frühzeitig zu erkennen. Mit innovativen zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden ist es möglich, den Schadenserkennungsprozess von Bauwerken zeitlich und kostenmäßig zu optimieren.
In der Vergangenheit wurden bereits Drohnen für Oberflächenaufnahmen von Brücken mit Laserscan oder digitaler Bildgebung eingesetzt, um Schäden wie Risse und Abplatzungen zu erkennen. Diese Methoden sind zeitsparender als die herkömmlichen, komplexeren Verfahren zur Sichtprüfung. Um auch Schäden unter der Oberfläche mittels Flächenaufnahmen nachweisen zu können, wurde ein vielversprechender Ansatz - die Thermografie - untersucht. Ein großer Vorteil der Thermografie ist die flexible Einsatzmöglichkeit und zerstörungsfreie Anwendung am Bauwerk. Die Methode ermöglicht eine thermografische Aufzeichnung der gesamten Brücke. Durch Temperaturunterschiede auf der Oberfläche können Schäden wie Delamination, Hohlräume und Feuchtigkeitsstellen im Beton erkannt werden. Um die Zuverlässigkeit dieser Methode zur Erkennung der genannten Schäden gewährleisten zu können, wurden die Erkennungsgenauigkeiten und -grenzen ermittelt. Zu diesem Zweck wurden Tests an Betonproben durchgeführt, die Delamination, Hohlräume und feuchte Bereiche in unterschiedlichen Größen und Tiefen im Beton aufwiesen. Während der Tests wurden die Betonproben aktiv erhitzt. Im Laufe des Abkühlvorgangs erfolgte die Aufnahme der Oberfläche mit der Wärmekamera. Die Erstellung von nichtlinearen Finite-Elemente-Modellen der Testkörper ermöglichte weitere Variationen der Geometrien und der Temperaturen der Betonproben. Mittels der erhaltenen Daten konnte die Detektionswahrscheinlichkeit der untersuchten Schäden ermittelt und eine Empfehlung für die Anwendung dieser Methode gegeben werden.

Thermography for damage detection on bridge structures
Concrete structures such as bridges are an essential part of road networks. In order to guarantee the usability and the safety of a bridge, it is necessary to carry out regular, sometimes cost effective inspections and investigations in order to be able to detect damages at a structure at an early stage. With innovative non-destructive investigation methods, it is possible to optimize the damage detection process of structures in terms of time and cost.
In the past, drones were used to record the surface of bridges using laser scanning or digital imaging to detect damages such as cracks and spalling. These methods are more time-saving than the conventional, more complex procedures of visual inspection. In order to be able to also detect damages below the surface by means of areal recordings, a promising approach - thermography - is investigated. A big advantage of thermography is the flexible and non-destructive application. The method allows a thermographic recording of the entire bridge. By means of temperature differences on the surface, damages such as delamination, voids and moisture spots in the concrete can be detected. In order to be able to guarantee the reliability of this method for the detection of the mentioned damages, the recognition accuracies and limits were determined. For this purpose, tests were carried out on concrete samples that showed delamination, voids and wet areas of different sizes and depths in the concrete. The concrete samples were actively heated. During the cooling process, the surface was recorded with the thermal camera. The modelling of the test specimens allowed further variations of the geometries and temperatures. From the obtained data, the probability of detection of the examined damages was determined and a recommendation for the application of this method could be given.

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Die weltweite Tiefenlagerung von radioaktiven Abfällen in der Tiefe war in der Vergangenheit nicht auf eine Rückholbarkeit der Abfälle ausgelegt, sondern auf eine Endlagerung dieser. Entsprechend wurden die nach der Einlagerung verbleibenden Hohlräume tw. mit Versatzmaterial verfüllt, welches u. a. der Stabilisierung des Grubengebäudes dient. Sollen die Abfälle trotzdem wieder rückgeholt werden - oder rückgeholt werden müssen - stellt ebendieses Versatzmaterial ein beachtenswertes Problem dar. Vorversuche am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) konnten bereits aufdecken, dass die Staubentwicklung bei der Bearbeitung des Versatzmaterials Salzbeton die Arbeiten nicht nur im Hinblick auf die Fernhantierbarkeit behindert. Auch besteht im evtl. kontaminierten Bereich unter Tage die Gefahr einer Kontaminationsverschleppung, sollte dieser Staub nicht direkt am Entstehungsort aufgefangen werden. Vor dem Hintergrund einer notwendigen Rückholung von Abfallgebinden aus einem Tiefenlager wurden kleinmaßstäbliche Versuche an nachgebildeten Versatzmaterialien durchgeführt, um Erkenntnisse über die Beeinflussbarkeit der Staubentwicklung bei der Bearbeitung von Salzbeton gewinnen zu können.

Interference of dust formation during mechanical retrieval of deep-stored waste drums
To date, radioactive waste is being stored in geological repositories around the globe. The choice of these repositories was dominantly influenced by the concept of final waste storage and not the idea of its recovery. In the case of necessary waste recovery at a later point in time, the stowing material used to stabilize the cavities resulting from the waste storage process will pose significant problems. Preliminary tests with salt concrete at the Karlsruhe Institute of Technoloy (KIT) have already revealed some of the problems the material poses when used as stowing material. For example, the dust formation resulting from salt concrete treatment inhibits remote-controlled processes as well as other tasks. It is to be expected that the areas below ground are radioactively contaminated and that the dust, if it cannot directly be collected, will disperse contamination. This report describes the small-scale tests taken on reproduced stowing material to achieve scientific data and gain practical insight on how to influence dust formation when working with salt concrete.

Persönliches:
Fritz Wenzel (1930-2020)

Nachrichten:
Additive Fertigung: Neues Laboratorium kann Beanspruchungen von Bauteilen realitätsnah simulieren

Veranstaltungen:
Symposium IngD4C am 24. November in Berlin + online: Klimaschutz, Ressourceneffizienz und wie weiter?

Zuschriften:
Ergänzende Erläuterungen zu den technischen Risiken bei der Anwendung des Instandsetzungsprinzips W-Cl

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Blick auf die Ränge des neuen Puskás-Stadions in Budapest. Im mit einem Fassungsvermögen von über 67.000 Zuschauern größten öffentlichen Bauwerk Ungarns, das nach dem legendären ungarischen Fußballer Ferenc Puskás benannt wurde, sind 15.000 m2 Bodenfläche auf den Tribünen mit MC-Floor TopSpeed flex, der flexibilisierten Rollbeschichtung mit rissüberbrückenden Eigenschaften auf Basis der KineticBoost-Technology®, ausgeführt worden. Auch bei ungünstigen Klimabedingungen wie 2 °C und 100 % relativer Luftfeuchte lassen sich hochbelastbare und ästhetische Bodenbeläge umsetzen. Wie bei kaum einem anderen Bodenbeschichtungswerkstoff lassen sich damit auch Härte und Elastizität von gering bis sehr hoch einstellen. Diese Vorteile machten sich die Bauherren und Planer des neuen Puskás-Stadions in Budapest zunutze, die diese Arbeiten im Winter durchführen mussten. (Foto: MC-Bauchemie)

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Unter gewöhnlichen Bedingungen sind zementgebundene Baustoffe in Trinkwasser beständig. Sehr weiches bzw. kalkarmes Wasser kann jedoch die Dauerhaftigkeit von Betonoberflächen beeinträchtigen. Auslaugungsprozesse zwischen Werkstoff und Wasser führen langfristig zur Aufweichung der Oberfläche und der einhergehende Alkalitätsverlust kann bei unzureichender Betondeckung zur Korrosion der Bewehrung führen. In einer zuvor in der Bautechnik vorgestellten Studie wurde der Widerstand von Betonoberflächen gegenüber Auslaugung in Trinkwasser untersucht. Darauf aufbauend werden hier Messergebnisse mittels einseitiger Wasserstoff-Kernspinresonanz vorgestellt, die einen vertieften Einblick in die zeit- und tiefenabhängige Porositätsänderung bei der Auslaugung von Betonoberflächen erlauben. Auf Basis einer neu entwickelten Auswertungsmethodik werden aus den Messungen quantitativ Schädigungstiefen abgeleitet. Die erfassten Strukturänderungen innerhalb des Zementsteins erlauben direkte Rückschlüsse auf die bei der Auslaugung aufeinanderfolgenden Schädigungsprozessen.

Non-destructive monitoring of the leaching of concrete surfaces by single sided 1H nuclear magnetic resonance
Under regular conditions, concrete is durable when immersed in drinking water. Pure water on the other hand can severely leach and damage concrete surfaces. Consequently, the concrete surface becomes soft and the rebar-protecting passivity can be lost. In a past study presented in Bautechnik, the leaching resistance of concrete surfaces in drinking water reservoirs was reported. Based on this, we present results from the non-destructive measurement of the time- and depth-depending changes in material porosity by single-sided 1H nuclear magnetic resonance due to leaching. The results allow the quantitative deduction of damage depths as well as insights into the underlying deterioration processes.

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Eine Instandsetzung von Parkbauten nach dem Instandsetzungsprinzip des kathodischen Korrosionsschutzes (KKS) kann ein wirtschaftliches und schonendes Verfahren darstellen, die Restnutzungsdauer des Bauwerks nachhaltig zu erhöhen. Zwischendecken im Bestand weisen dabei häufig Trennrisse auf, durch die über einen längeren Zeitraum chloridhaltiges Wasser geflossen ist, wodurch auf der Unterseite der Decke eine Lochkorrosion an der Bewehrung initiiert wurde. Für den sachkundigen Planer stellt sich hierbei die Frage, ob durch ein deckenoberseitig appliziertes KKS-System die korrodierende Bewehrung auf der Deckenunterseite sicher vor weiterer Korrosion geschützt werden kann. In der Praxis hat sich gezeigt, dass der praktische Nachweis über einen ausreichenden Schutz für diesen Anwendungsfall nicht trivial ist. In Laboruntersuchungen im Institut für Material- und Bauforschung der Hochschule München und durch Untersuchungen in einer Tiefgarage wurde diese Fragestellung eingehend untersucht. Zusammenfassend lässt sich bei den untersuchten Prüfkörpern feststellen, dass bei alleinig deckenoberseitig installiertem KKS der herkömmliche Nachweis des rückseitigen Schutzes der Bewehrung im Trennriss nur in wenigen der untersuchten Fälle erbracht werden konnte. Das normativ in DIN EN ISO 12696 geforderte 100-mV-Kriterium stellt sich für diesen Anwendungsbereich als zu konservativ dar. Alternativ können sich jedoch Korrosions- und Schutzstrommessungen bei nachträglich elektrisch getrennten Bewehrungsbereichen eignen.

Repair of car park ceilings with cathodic corrosion protection: investigations on the cathodic protection with separation cracks
A repair of parking structures according to the repair principle of the cathodic corrosion protection (CP) can be an economic and gentle possibility to sustainably increase the remaining service life of the structure. RC ceilings frequently show separation cracks with penetrating chloride-containing water and pitting corrosion of the reinforcement on the underside of the ceiling. This raises the question for the expert planner whether a CP system applied to the upper side of the ceiling can safely protect the corroding reinforcement on the underside. In practice it has been shown that proof of sufficient protection for this application is not trivial. This question was thoroughly examined in laboratory tests at the Institute for Material and Building Research of Munich University of Applied Sciences and in an underground parking garage. In summary of the investigations, it can be shown that the proof of the protection of the rear reinforcement in the separation crack can only be provided in a few of the investigated cases with the CP-system installed solely on the upper ceiling side. The 100 mV criterion stipulated normatively in DIN EN ISO 12696 is too conservative for the proof of protection. However, if the proof of the 100 mV criterion is not successful, then corrosion and protective current measurements on subsequently electrically separated reinforcement areas can be considered more suitable for the proof of protection.

Beton ist frei formbar. Auch Bewehrungen lassen sich beliebig im Raum verlegen. Dennoch wird selten von diesen Möglichkeiten Gebrauch gemacht. Typische Stahlbetonkonstruktionen besitzen rechteckige Grundformen, Bewehrungsnetze parallel der Oberflächen und große Massen. Der Beitrag zeigt, wie mit topologischen Optimierungen kraftflussaffine Betonstrukturen entstehen können. Der Materialverbrauch sinkt dabei rapide. Vorgestellt werden die äußere Formfindung, der Entwurf effektiver Querschnitte und die an Trajektorien orientierte Bewehrungsführung ähnlich bekannter Stabwerkmodelle. Dazu werden die Grundgleichungen der Optimierungsaufgabe abgeleitet, eine baustoffgerechte Steuerung in Richtung von zug- oder druckspannungsdominantem Tragverhalten eingeführt und Grundaspekte zur Sicherung der Robustheit erläutert. Zahlreiche Beispiele zeigen die Anwendung für Brücken, Pylone, Schalen, Balken, Trägerroste oder Auflagerdetails und verdeutlichen das enorme Potenzial für eine tiefgreifende Materialreduktion in der Betonbauweise.

Optimization-based design
Concrete is freely formable. And reinforcements can be placed anywhere in the concrete. Nevertheless, this potential is rarely used. Reinforced concrete structures are commonly rectangular shaped with reinforcement meshes parallel to the surfaces and thus possess large mass. This article shows how topological optimization can be used to create concrete structures affine to the flux of forces. Material consumption decreases rapidly. External shaping, effective cross-section designs, and trajectory-oriented reinforcement layouts are presented. First the very basic equations of the associated structural optimization problem are derived. Then a novel material-specific control mechanism towards tensile or compressive dominant designs is introduced. It is discussed how this enables to account for structural robustness. Numerous examples illustrate application on bridges, pylons, shells, beams, girder grids or support details and quantify the potential material reduction in concrete construction arising thereof.