Über die historische Entwicklung der Elastizitätstheorie von Galilei über Hooke, Bernoulli, Euler bis Cauchy unter besonderer Beachtung der Fortschritte auf dem Gebiet der Materialforschung und der Beschreibung des Materialverhaltens mit dem Elastizitätsmodul.

Die Plattentheorie, die in der ingenieurtechnischen Anwendung auf Kirchhoff zurückgeht, hatte ihre Wurzeln jedoch schon in den mathematisch bahnbrechenden Arbeiten von Jakob Bernoulli, Chladni und Euler, die sich mit akustischen Problemen befaßten. Die Grundlage für Kirchhoffs Arbeiten waren jedoch die Forschungen von Sophie Germain auf dem Gebiet der Plattenschwingungen.

Der Verfasser erläutert die historische Entwicklung der technischen Mechanik anhand der bahnbrechenden Veröffentlichungen von Hooke, Daniel und Jakob Bernoulli.

Das verallgemeinerte Hookesche Gesetz stellt einen Antagonismus dar. Dieser lässt sich nur eliminieren, wenn man annimmt, daß jede Spannung Querspannungen in allen zur Spannungsrichtung senkrechten Richtung erweckt und daß die Verformung - dem ursrünglichen Hookeschen Gesetz entsprechend - in jedem Fall nur von der Spannung in der Verformungsrichtung abhängt.

Als Bestandteil eines Neubaus in Berlin wurde mit einem Privat- und einem Hausmeisterhaus ein elliptisches Palmenhaus mit Grundrißabmessungen von etwa 16,0 x 10,0 m errichtet. Dank der von den Fachplanern durchdachten Konstruktion und sorgfältig gestalteten Details weist das 9,5 bis 11,5 m hohe Bauwerk ein hohes Maß an Transparenz aus. Die Isolierverglasung des betretbaren Daches und der Fassade wird von einer filigranen Stahlkonstruktion getragen, deren Verformungen wegen des rahmenartigen Verhaltens des Tragwerks in vertretbaren Grenzen bleiben. Zur Aussteifung wird lediglich der Stahlbau von Dachkonstruktion und Fassade herangezogen. Durch eine gutachterliche Stellungnahme erfolgte die Festlegung der Windlast. Zur Genehmigung wurden von einer anerkannten Prüfstelle Bauteilversuche und eine Überwachung durchgeführt. Nach konsequentem Einsatz in der Planung von CAD verliefen Herstellung mittels CNC-gesteuerter Geräte und Montage ohne nennenswerte Probleme.

Es werden 14 verschiedene internationale Berechnungsformeln zur Bestimmung der Breite von Biegerissen miteinander verglichen. Die Ergebnisse unterscheiden sich teilweise zu bis 300 %, wobei eine Reihe von Vorschlägen sehr gute Übereinstimmung zeigt.

An der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW in Winterthur/Schweiz wurden sehr dünne, leistungsfähige Betonplatten entwickelt: der Beton ist - in vier oder mehr Lagen und orthogonal - ausschließlich mit vorgespanntem Carbon bewehrt. Diese Betonplatten werden als Halbzeuge in drei Standardstärken und in großen Formaten industriell hergestellt, projektspezifisch zugeschnitten und individuell bearbeitet. Eingesetzt werden sie unter anderem als Konstruktionselemente für sehr leichte und nachhaltige Brücken für den Langsamverkehr. Die erste Brücke dieses Typs wird in diesem Beitrag vorgestellt; sie überquert seit Oktober 2016 in Winterthur die Eulach.
Die Brücke hat bei einer Spannweite von 7,60 m und einer lichten Weite von 2,16 m ein Gewicht von ca. 3200 kg. Bezogen auf die Nutzfläche (ca. 190 kg/m2) entspricht das dem Gewicht einer leichten Stahlbrücke. Eine konventionelle Stahlbetonbrücke wäre rund vier- bis fünfmal schwerer geworden. Der innovative Baustoff und die Konstruktion der Eulachbrücke reduzierten den Ressourcenverbrauch signifikant, etwa um den Faktor 5.

Extremely lightweight bicycle bridge from prestressed carbon-concrete in Winterthur/Switzerland
Very thin concrete slabs reinforced by four or more orthogonal layers of highly prestressed carbon were developed at the Zurich University of Applied Sciences ZHAW in Winterthur. They are produced industrially in three standard thicknesses and in large standard slab sizes. In a separate process they are cut and machined to individual project specifications. The slabs can be used as load carrying elements in very lightweight and sustainable pedestrian bridges. This paper presents the first bridge of this type. Since October 2016 it crosses the river Eulach in Winterthur.
With a span of 7.60 m and a clear width of 2.16 m the carbon concrete bridge weighs approximately 3 200 kg. Related to the usable area its weight of 190 kg/m2 corresponds to that of a light steel bridge. A conventional reinforced concrete bridge would have been 4 to 5 times heavier. Due to the innovative, prestressed carbon concrete slabs the resource consumption could be significantly reduced, approximately by a factor of 5.

Über die Bemessung von Stahlbetonstäben mit beliebiger Querschnittsform

Für die Erweiterung einer Raffinerie kamen erstmals in Polen Vibrex-/Gürtelrüttlerpfähle zum Einsatz. Die Raffinerie liegt im Mündungsbereich eines Flusses und die Baugrundverhältnisse sind entsprechend schwierig. Sandiger Untergrund ist mit drei Schichten organischer Sedimente bis in eine Tiefe von maximal 18 bis 22 m angesprochen worden. Alle empfindlichen und schweren Gebäude und Anlagenteile sollten tief auf Pfählen gegründet werden, da die zulässigen Setzungen vom Bauherrn auf maximal 25 mm begrenzt wurden.
Vor den eigentlichen Pfahlarbeiten wurden Pfahlversuche mit Erschütterungsmessungen ausgeführt. Statische Probebelastungen haben eine fast lineare Steifigkeit gezeigt. Bis 3.000 kN konnten nur zulässige Setzungen und keine Grenzlast nachgewiesen werden; die Pfahltragfähigkeiten sind deutlich größer als die zulässigen Lasten. Insgesamt wurden über 3.180 Pfähle (Vibrex-, Schneckenbohrpfähle und MESI-Mikropfähle) mit Längen von 15 bis 27 m ausgeführt. Darunter waren rund 1.440 Vibrexpfähle, die mit Gürtelrüttler hergestellt wurden. Die Vibrexpfähle konnten über die ganze Pfahllänge bewehrt werden, was für hohe Anlagenteile mit großen Zugkräften, z.B. Kamine, von großer Bedeutung war.

Vibrex-/Belt Vibrator Piles - application in Poland.
For the capacity extension of a Polish refinery, Vibrex-/belt vibrator piles have been executed in Poland for the first time. Complicated soil conditions were encountered consisting of three organic layers positioned in a depth of up to 22 m in sandy soils. Due to the client's limitation of the settlements to 25 mm, all heavy buildings had to be founded on piles. Pile vibration measurements have been executed prior to the works. Static load tests showed a linear stiffness and no ultimate load up to 3,000 kN. Over 3,180 Piles (Vibrex, CFA and MESI) with a length of 15 to 27 m have been executed, 1,440 thereof as Vibrex piles executed with a belt vibrator. They could be reinforced over their total length, which was of importance due to objects with big tension loads like chimneys.

Bisher kommt Stahl als primäres Baumaterial hauptsächlich im Industriebau, Brückenbau und bei hohen Geschoßbauten zum Einsatz. Das Projekt SEQD - Steel Earthquake Design - hatte zum Ziel, eine sichere und kostengünstige Lösung für kleinere Wohnbauten in Erdbebengebieten zu entwickeln; Grundpfeiler zur Erreichung dieses Zieles sollten ein standardisiertes Grundtragsystem aus Stahl und die weitgehende Anwendung lokaler Baumaterialien für alle weiteren Elemente, wie z. B. ausfachende Wände, sein. Dazu wurde ein System entwickelt, das neuartige Anschlüsse und eine spezielle einaxiale Kopplung zwischen Wänden und Stahlrahmen besitzt. Die ausfachenden Wände sollen mit hochfesten Kunststoffgittern bewehrt werden. Anfang Oktober 2004 wurden in einer Werkhalle der Rudolstädter Stahlbau GmbH zum neu entwickelten Konzept Versuche durchgeführt.

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The 2D load-reduction method for simulating NATM tunnels using plane strain finite elements is evaluated in the paper by comparison with fully 3D simulations. Three real shallow tunnels in urban environment in different stiff clays were simulated. The soil behaviour was described by an advanced non-linear soil constitutive model based on the hypoplasticity theory. Time-dependent behaviour of shotcrete lining was considered in 3D simulations, whereas constant final stiffness was used in the plane strain analyses. The 2D analyses were thus controlled by a single parameter that accounts for 3D effects. It is shown that for an optimum value of this parameter, the displacement field predicted by the 2D method agrees well with the 3D simulations. In some cases only, a discrepancy was observed in the close vicinity of the tunnel. The controlling parameter was, however, found to be dependent on the problem simulated (for the same material) and also on the material properties (for the same tunnelling problem). Considering the material properties, the shear modulus at very small strain was found to be more influential than the shear modulus at large strain. The initial K0 stress state did not influence the controlling parameter substantially.

Vergleich der Prognose des Verschiebungsfeldes durch 2D- und 3D-FE-Modellierungen von seichten Tunneln im Ton
Die mit finiten Elementen mit ebenem Spannungszustand arbeitende 2D-Lastreduktionsmethode zur Simulierung von NÖTTunneln wird im vorliegenden Aufsatz im Vergleich zu vollen 3DSimulationen bewertet. Es wurden drei existierende oberflächennahe Stadttunnel in verschieden festen Tonböden simuliert. Das Bodenverhalten wurde durch ein komplexes, nicht-lineares Bodenmodell auf Basis der Hypoplastizitätstheorie beschrieben. In den 3D-Simulationen wurde das zeitabhängige Verhalten der Spritzbetonauskleidung untersucht, wohingegen in den Analysen der ebenen Spannungszustände die konstante, endgültige Festigkeit des Betons verwendet wurde. Die 2D-Analysen wurden auf diese Weise durch einen einzelnen Parameter bestimmt, der den 3D-Wirkungen Rechnung trägt. Die Untersuchung zeigt, dass für einen Optimalwert dieses Parameters das mittels der 2D-Methode prognostizierte Verschiebungsfeld weitestgehend mit den 3DSimulationen übereinstimmt. Nur in einigen Fällen war in unmittelbarer Nähe zum Tunnel eine Diskrepanz zu beobachten. Es wurde jedoch festgestellt, dass der bestimmende Parameter von der Art des simulierten Problems abhängt (für dasselbe Material) und auch von den Materialeigenschaften (für dasselbe Tunnelbauproblem). Für die Materialeigenschaften wurde festgestellt, dass der Schubmodul bei sehr kleinen Spannungen eine größere Rolle spielt als bei großen Spannungen. Der anfängliche K0-Lastzustand hatte keinen wesentlichen Einfluss auf den bestimmenden Parameter.

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Für die bestehende vierstreifige, 1936 fertiggestellte Autobahnbrücke im Zuge der BAB A 4 Chemnitz-Dresden wurde eine Erweiterung auf sechs Fahrstreifen durch zwei getrennte Überbauten erforderlich. Die bestehenden, bis zu 65 m hohen Natursteinpfeiler wurden nach eingehender Untersuchung zur Aufnahme des neuen Autobahnquerschnitts wiederverwendet, indem nach beiden Seiten auskragende vorgespannte neue Pfeilerköpfe aufgesetzt wurden. Der volle vierstreifige Verkehr war während der gesamten Bauzeit aufrecht zu erhalten; das erforderte einen Querverschub des ersten neuen Überbaus. Bei den Gründungen der Hilfspfeiler waren alte Silberbergwerksschächte zu berücksichtigen.

Die River-Leven-Brücke ist eine schlanke, einhüftige und im Grundriß leicht gekrümmte Stahlbeton-Schrägkabelbrücke mit 115,20 m Hauptspannweite. Sie ist weder in Längs- noch in Querrichtung vorgespannt. Ihr schlanker Stahlbetonpylon ist A-förmig und mit unterschiedlich langen Pylonenbeinen unsymmetrisch ausgebildet. Die Brücke wurde in Ortbeton auf Lehrgerüst hergestellt.

Über Ausschreibung, Entwurf, Konstruktion und Errichtung einer ca. 200 m langen Bogenbrücken mit 5 Öffnungen in einem städtebaulich anspruchsvollen Umfeld in den USA.

Die Schrägkabelbrücke überquert den Mississippi bei Burlington, Iowa, mit einer Hauptspannweite von 201 m. Eine unzureichende alte Fachwerkbrücke wurde ersetzt. Wesentliche Merkmale sind Stahlverbundüberbau mit Betonfertigteilen, im Kabelankerbereich vorgespannter Betonpylon, Kabel aus epoxydharzbeschichteten Litzen, Balkenmontage im Freivorbau nach Geometrie.

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Die Helgelandbrücke in Norwegen ist eine schlanke Spannbeton-Schrägkabelbrücke mit 425 m Hauptspannweite. Der aerodynamisch geformte Balken hat 1.20 m Bauhöhe und ist 12 m breit. Die Brücke ist sehr starken Stürmen mit Böengeschwindigkeiten mit bis 77 m/s ausgesetzt. Für die Behandlung dieses weitgehend massgebenden Lastfalls Wind wurde eine "time-history" Untersuchung im Bruchzustand durchgeführt, welche die aerodynamische Dämpfung sowie das geometrische und werkstofftechnische nichtlineare Verhalten berücksichtigt.

Die Bauwerke des Neuköllner Autobahndreiecks leiten die Verkehrsströme in drei Ebenen. Die Verbund-Durchlaufträger der oberen zwei Ebenen mit ihren sehr gedrückten Bauhöhen von 1,5 bis 2,3 m kreuzen den Neuköllner Schiffahrtskanal auf luftdichten Hohlkästen mit durchgehenden Stahlobergurten. Der Trog in der untersten Ebene verläuft parallel zum Kanal. In der südlichen Fortsetzung überführt ein Verbundbogen mit Zugband und einer Spannweite von 112 m den Britzer Verbindungskanal. Erstmalig wurden für die zwei Richtungsfahrbahnen nur drei Bogenebenen gewählt, deren Fahrbahnplatten auf jeder Seite unter Verkehr auf der anderen Seite ausgewechselt werden können. Besonderer Wert wurde auf gute Gestaltung aller Bauwerke auch in der Zusammenschau mit der übrigen Strecke gelegt.

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Im Zuge der Neutrassierung der Bundesstraße B 188 als Ortsumgehung Tangermünde wird eine neue Elbebrücke erforderlich. Sie ersetzt eine in den Jahren 1931 bis 1933 gebaute Brücke, deren Hauptöffnung im zweiten Weltkrieg gesprengt worden war und die in der Nachkriegszeit mit einer Pionierbrücke wieder aufgebaut wurde. Die Gesamtlänge der neuen Elbebrücke Tangermünde beträgt 1435 m, sie wird nach Ihrer Fertigstellung die längste Straßenbrücke in Sachsen-Anhalt. Die Hauptöffnung über die Elbe wird mit einer Stabbogenbrücke überbrückt, die eine Spannweite von 185 m aufweist. Neben einem geschichtlichen Rückblick werden Planungsüberlegungen, Entwurf und Ausschreibung bis hin zur Vergabe beschrieben.

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