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Titelbild: Stahlbau 3/2019Stahlbau3/2019Titelbild

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Die Personenbrücke des Sportartikelherstellers PUMA in Herzogenaurach ist eine 90 m lange Schrägseilbrücke über eine Hauptverkehrsstraße mit vier Fahrsteifen. Sie verbindet die Firmenzentrale mit dem Erweiterungsbau. Die PUMA Bridge ist als geschlossenes Bauwerk mit absturzsichernden Glasfassaden, einem Warmdachaufbau und Paneel-Unterdecke ausgestattet.
Der Blick vom Inneren der Brücke in die Umgebung ohne Geländer und mit einer bis zum Fußboden reichenden Verglasung ist für die Mitarbeiter und Gäste von PUMA ein Erlebnis. Der Brückenkörper erscheint durch die raumhohen Verglasungen filigran und transparent. In einem leichten Bogen überspannt die Brücke fast 60 m den Hans-Ort-Ring in Herzogenaurach. Errichtet wurde das Bauwerk über dem öffentlichen Verkehrsraum an zwei Wochenenden bei einmaliger Vollsperrung der Straße. Erreicht wurde das durch einen maximalen Vorfertigungsgrad der Brückenteile und einen ganzheitlichen Planungsprozess durch die ausführende Firma Lamparter GmbH & Co. KG. (Foto: Michael Meschede, MM-Fotowerbung)

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Inhalt: Stahlbau 3/2019Stahlbau3/2019Inhalt

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Geißler, Karsten; Hauke, BernhardDas Blau des Wolfgang Graße - eine Hommage zum 80.Stahlbau3/2019183Editorials

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Preisinger, Clemens; Heimrath, Moritz; Orlinski, Adam; Hofmann, Arne; Bollinger, KlausModerne Parametrik in der Tragwerksplanung - WerkberichtStahlbau3/2019184-193Essay

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Blandini, Lucio; Nieri, Guido; Sobek, WernerDas Schalentragwerk des Kuwait International Airport Terminal 2 - Bemessung und Ausführung einer komplexen Megastruktur in Zeiten der DigitalisierungStahlbau3/2019194-202Aufsätze

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Der internationale Flughafen von Kuwait wird bis 2022 um ein neues Terminalgebäude nach einem Entwurf von Foster + Partner erweitert. Das neue Terminal hat eine Kantenlänge von fast 1,2 km, eine lichte Höhe von bis zu 25 m und eine Dachfläche von 320 000 m2. Das Gebäude zeichnet sich aber nicht nur durch seine Größe, sondern auch durch die Komplexität seines Dachtragwerks aus. Trotz seines großen Umfangs musste das Dach ohne Dehnfugen geplant werden. Dies hatte umfangreiche Auswirkungen auf Bemessung und Berechnung aller Bauteile. Das Dachtragwerk ist ein statisch hochgradig unbestimmtes System. Die Interaktion zwischen den verschiedenen Komponenten ist hierdurch sehr komplex, sodass jede Steifigkeitsänderung bei einem Element maßgeblichen Einfluss auf die statische Auslastung der anderen Bauteile hat. Der vorliegende Aufsatz beschreibt, wie dieser anspruchsvolle Entwurf mithilfe komplexer digitaler Methoden und Werkzeuge realisierbar gemacht werden konnte.

The shell structure of Kuwait International Airport Terminal 2 - engineering and execution of a complex mega-structure in the Digital Age
The international airport of Kuwait is currently being extended by a new terminal building designed by Foster + Partner. The new terminal is to be completed by 2022. It has an edge length of almost 1.2 km, a clear height of up to 25 m and a roof area of 320 000 m2. The building is characterized not only by its size, but also by the complexity of its roof structure. Despite its large circumference, the roof had to be designed without expansion joints. This had extensive effects on the design and calculation of all components. The roof structure is a statically highly indeterminate system. The interaction between the various components is therefore very complex, so that any change in stiffness of an element has a significant influence on the static load of the other components. The paper describes how this sophisticated design was made feasible with the help of complex digital methods and tools.

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Feldmann, Markus; Kühne, Ronny; Citarelli, Sandro; Reisgen, Uwe; Sharma, Rahul; Oster, Lukas3D-Drucken im Stahlbau mit dem automatisierten Wire Arc Additive ManufacturingStahlbau3/2019203-213Aufsätze

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Der 3D-Druck metallischer Bauteile im Pulverbettverfahren findet bisher überwiegend in der Luft- und Raumfahrt oder im Maschinenbau Anwendung. Für die Fertigung von strukturellen Großbauteilen, wie sie im Stahlbau zum Einsatz kommen, sind die Laser-Pulver-basierten additiven Fertigungsverfahren derzeit zu teuer, um einen wirtschaftlichen Einsatz in Aussicht zu stellen. Hier kann das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) eine Möglichkeit bieten, den 3D-Druck von großen Stahlkomponenten zu verwirklichen. Das Verfahren, auch als “formgebendes Schweißen” bekannt, ist in Kombination mit flexibler Robotertechnik und energiearmen Schweißprozessen für das Bauwesen interessant; denn nicht nur durch extrem große Gestaltungsmöglichkeiten, sondern auch durch die Digitalisierung und Einbindung in die computergestützten Entwurfs-, Planungs- und Herstellungsprozesse eröffnen sich neue Möglichkeiten für den Stahlbau. Zudem ist es insbesondere für die Fertigung von belastungsoptimierten Bauteilen sehr gut geeignet. Im Beitrag werden die derzeitigen und künftigen Anwendungsfelder, die Merkmale der Fertigung und die Tragfähigkeiten der erzielbaren Bauteiltypen beschrieben. Darüber hinaus wird über aktuelle Untersuchungen berichtet.

3D printing in steel construction with the automated Wire Arc Additive Manufacturing
The classic 3D printing of metallic components using the powder bed process has so far mainly been used in the aerospace industry or in mechanical engineering. For the production of large structural components, such as those used in steel construction, laser powder-based additive manufacturing processes are too expensive to be economically viable. Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) can offer a possibility to realize 3D printing of large steel components. This process, also known as “shape welding”, has become interesting for the building industry in combination with flexible robot technology and low-energy welding processes. This is not only because of extremely large design possibilities. Also digitalization and integration into computer-supported design, planning and manufacturing processes open up new possibilities for steel construction. It is also very well suited for the production of load optimized components in particular. The article describes the current and future fields of application, the characteristics of production and the load-bearing capacity of the achievable component types. In addition, current investigations are reported.

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Erfurth, LorenzBIM im Stahlbau: etablierte Arbeitsweisen und neue WegeStahlbau3/2019214-222Aufsätze

Kurzfassung

Building Information Modeling (BIM) spielt auch im Stahlbau eine immer größere Rolle und wird in allen Ebenen der Planung und Ausführung sowohl interessiert als auch kritisch diskutiert. Der Stahlbau kann dabei aufgrund seiner langen Erfahrung in der 3D-Planung auf etablierte Prozesse im Bereich des Datenaustauschs zurückgreifen. BIM bietet die Chance, diese weiterzuentwickeln und auszubauen. Der Artikel beleuchtet anhand ausgewählter Einsatzbereiche und Praxisbeispiele den aktuellen Status der modellbasierten Planung und Ausführung. Ziel ist dabei, BIM im Kontext etablierter Arbeitsweisen des Stahlbaus zu betrachten, Mut zu machen, die Möglichkeiten von BIM schon heute auszuschöpfen, und das Potenzial für die Zukunft aufzuzeigen.

BIM in steel construction: established workflows and new opportunities
Building Information Modeling (BIM) is playing a more and more important role in steel construction, from planning to execution. The topic is both viewed with interest as well as critically discussed. Based on its long tradition in 3D planning, the steel industry can benefit from well-established processes for data exchange. BIM brings new opportunities to extend and develop these further. The article analyses the current status of model-based planning and execution, highlighting a number of selected areas and practical examples. The aim is to evaluate BIM in light of current workflows in steel construction, to encourage companies to utilize the tools and methods already available and highlight the potential of BIM for the future.

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Heimrath, Moritz; Eppenschwandtner, Martin; Vierlinger, Robert; Freund, Alexander; Orlinski, Adam; Preisinger, Clemens; Hofmann, ArneHyundai Motorstudio GoyangStahlbau3/2019223-233Berichte

Kurzfassung

Der Entwurf von Delugan Meissl Associated Architects aus Wien für das Hyundai Automotive Motorstudio ging 2011 als Wettbewerbssieger hervor und dient künftig als Vorbild für internationale Standorte der Automobilmarke. Es wurde ein polygonal geformter, scheinbar schwebender Baukörper mit einer großzügig transparenten Fassade im Erdgeschoss entworfen, der sich in die Hauptelemente “Landscape” - eine urbane begehbare Fläche, “Vertical Green” - vertikale erschließende Verbindungselemente und “Shaped Sky” - ein großes Volumen, welches das Dach bildet, gliedert.
Das Tragwerk stellt bis auf die Gebäudekerne aus Stahlbeton eine räumliche Fachwerksstruktur dar. Besondere Tragwerkselemente, wie z. B. die Stützencluster, Gruppen sehr schlanker Stützen in Anlehnung an einen Bambuswald, stellen einen integrativen Bestandteil der architektonischen Gestaltung dar. Bei der Entwicklung der architektonischen Form und der Tragwerksgeometrie wurde ein integrativer und weitestgehend parametrischer Prozess entwickelt, der, basierend auf selbst entwickelten Programmen wie Karamba3D und Octopus, erst die Umsetzung des Projekts unter den gegebenen Rahmenbedingungen und Qualitätsanforderungen ermöglichte.
Besonderes Augenmerk wurde auf die Entwicklung der großzügigen und transparenten Fassade gelegt, welche den höchsten technischen und ästhetischen Anforderungen gerecht werden musste.

Hyundai Motorstudio Goyang
The design for the Hyundai Automotive Motorstudio by Delugan Meissl Associated Architects from Vienna won the competition in 2011 and will serve as role model for international locations of the automotive brand in the future. A polygonally shaped, floating building with a large transparent façade floor has been conceived. The building is structured by the main elements “Landscape” - an urban walkable area, “Vertical Green” - vertical connecting elements and “Shaped Sky” - a large volume that forms the roof.
With the exception of the reinforced concrete cores, the supporting structure represents a spatial truss structure. Special structural elements, such as the column-clusters, groups of very slender columns, referring to a bamboo forest, are integrative components of the architectural design. An integrative and mainly parametric process was developed during the architectural and structural design phase based on self-developed programs such as Karamba3D and Octopus which enabled the implementation of the project under the given boundary conditions and quality requirements.
Special attention was paid to the development of the generous and transparent façade, which had to meet the highest technical and aesthetic requirements.

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Pfenning, Samuel; Brunkhorst, Sven; Mensinger, Martin; Zehfuß, JochenMindestverdübelung von Verbundträgern im BrandfallStahlbau3/2019234-246Aufsätze

Kurzfassung

Im Rahmen des Forschungsvorhabens “Mindestverdübelung von Verbundträgern bei Brand” [1] wurden auf der Grundlage von numerischen und experimentellen Untersuchungen ein Bemessungsansatz und Anwendungsgrenzen für die sichere Anwendung einer teilweisen Verdübelung von Verbundträgern im Brandfall geschaffen.
In diesem Beitrag werden die durchgeführten Untersuchungen sowie die wichtigsten Einflüsse von erhöhten Temperaturen auf Verbundträger und insbesondere die Verbundfuge vorgestellt. Der Schlupf in der Verbundfuge und dessen unterschiedliche Ursachen werden anhand eines Verbundeinfeldträgers im Brand untersucht.
Es zeigt sich, dass unter Einhaltung eines Mindestverdübelungsgrads zur Begrenzung der maximalen Verformungen der Verbundfuge die Verdübelung eines Verbundträgers keinen Einfluss auf dessen Tragfähigkeit im Brand hat. Durch die schnell ansteigende Temperatur des Stahlprofils nimmt die Streckgrenze schneller ab als die Tragfähigkeit der Verbundfuge, sodass sich mit steigender Temperatur der Verdübelungsgrad erhöht.
Im Weiteren wird ein Bemessungsansatz zur sicheren Anwendung der Teilverbundtheorie im Brandfall auf Grundlage des Verdübelungsgrads sowie auf Grundlage des Verhältnisses zwischen der Betonzugfestigkeit und der Schubtragfähigkeit der Verbundfuge vorgestellt.

Minimum degree of shear connection of composite beams in fire
In the scope of the research project “Mindestverdübelung von Verbundträgern bei Brand” (Minimum degree of shear connection of composite beams in fire) numerical and experimental investigations were conducted to derive design rules and limitations for the use for the partial connection theory in fire.
In this paper, the conducted investigations as well as the most important influences of the elevated temperatures on the composite beam and especially on the composite joint are presented. The slip in the composite joint and its reasons are discussed for a single span beam in a fire situation.
It is shown that with the use of a minimum degree of shear connection for the limitation of the maximum slip of the composite joint, there is no influence of the degree of shear connection on the load carrying capacity of a composite beam in case of fire. Due to the quickly rising temperatures of a composite beam in fire, the resistance of the composite joint quickly exceeds the tensile resistance of the steel section.
The derived design rules for a safe use of the partial connection theory in fire situations based on the degree of shear connection as well as on the relation between the concrete tensile capacity and the shear capacity of the composite joint are presented.

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Reintjes, Karl-Heinz; Wagner, PeterQualitative Evaluierung der Effizienz von Konstruktionstypen im VerbundbrückenbauStahlbau3/2019247-269Aufsätze

Kurzfassung

Für Balkenbrücken in Verbundbauweise wurden bis zum heutigen Tage im Wesentlichen vier unterschiedliche Konstruktionsformen ausgeführt, ohne dass für den einzelnen Entwurfsfall systematische Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit, zur technischen Qualität und zur Nachhaltigkeit dieser Bauweisen angestellt wurden. In diesem Beitrag wird daher der Versuch unternommen, eine allgemein gültige Bewertung der Effizienz der am häufigsten eingesetzten Konstruktionstypen im Verbundbrückenbau vorzunehmen. Als wichtigstes Kriterium für die Effizienz einer bestimmten Bauweise wird hierbei der Einheitspreis für die Lieferung und Montage der Stahlkonstruktion definiert und dessen Struktur genauer untersucht. Die durchschnittliche Relation dieses Einheitspreises wird hierbei für die beiden bisher bevorzugten Bauweisen, nämlich die des einzelligen Großkastens auf der einen Seite und der dualen Kleinkastenbauweise auf der anderen Seite, am Beispiel einer durchschnittlichen Balkenbrücke konkret untersucht.
Unter Berücksichtigung der verfügbaren Erfahrungswerte bezüglich des Stahlgewichts bei ausgeführten Verbundbrücken wird im zweiten Schritt die Gesamtrelation des Preises der Stahlkonstruktion für diese beiden Konstruktionstypen ermittelt. Nicht in der gleichen Tiefe, jedoch in ausreichender Genauigkeit erfolgt dann die Ausdehnung dieser Untersuchung auf die weiteren bekannten Verbundbauweisen, sodass als erstes Hauptergebnis eine Evaluierung der Effizienz der Stahlkonstruktion aller wichtigen Verbundbauweisen vorgenommen werden kann. Da mit dieser Bewertung jedoch noch keine Aussage über die Gesamteffizienz einer Verbundbauweise getroffen werden kann, folgt abschließend noch die Evaluierung der restlichen wichtigen Kosten- und Leistungsbereiche wie der Ausführung der Betonfahrbahn, des Gesamtkomplexes Korrosionsschutz, Innenbegehung und Brückenunterhaltung sowie des Redundanzverhaltens. Mit diesen weiteren Kriterien kann als Gesamtergebnis eine Evaluierungsmatrix aller untersuchten Bauweisen erstellt werden.

Qualitative evaluation of the efficiency of composite bridge designs
Four different bridge designs have mainly been adopted up to now for composite girder bridges without that there has been performed a systematic analysis of the economy, of the technical quality and of the sustainability of each design approach. This paper will therefore try to develop a generally valid evaluation of the efficiency of the mostly used composite bridge designs. As most important criterion for the efficiency of the different bridge designs the specific rate for the fabrication and erection of the steel structure is defined and its composition analysed in detail. The relation of this specific rate between the two mostly used designs, namely the spacious single cell box-girder on the one hand and the dual box-girder design with two smaller box-girders on the other hand, will be investigated for the example of a common girder bridge.
Under the consideration of the available empirical data for the steel weights of executed composite bridges it then will be possible to obtain the relation of the total price for the steel structure of the two different bridge designs. These results will then be extended - not in the same profundity, but still with sufficient accuracy - to the further well known composite bridge designs. This enables the full evaluation of the efficiency of the steel structure for all important composite bridge designs. In order to be able to evaluate the overall efficiency of each composite bridge design it also will be necessary to evaluate the other important cost- and performance areas of a composite bridge like the construction of the concrete carriageway, the complex of corrosion protection, inside accesssibility and bridge maintenance as well as the structural redundancy. Only then it will be possible to generate an overall evaluation scheme for all investigated composite bridge designs.

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Geißler, KarstenSicherheit, Robustheit, Duktilität, Ermüdungssicherheit und Dauerhaftigkeit der Tragwerke - eine GrundsatzdiskussionStahlbau3/2019270-293Aufsätze

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Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Graße zur Vollendung des 80. Lebensjahres gewidmet
Wissenschaftler und Ingenieure bauen immer auf Wissen und Erfahrungen vorheriger Generationen auf. Deshalb ist es ein großes Glück, wenn man ein wichtiges Stück auf dem oft schwierigen Weg der Erkenntnis geführt wurde. Dies verpflichtet zu großem Dank.
Robustheit, Duktilität und Dauerhaftigkeit sollte der Ingenieur neben der Zuverlässigkeit immer im Hinterkopf haben, wenn er ein Tragwerk entwirft. Deshalb werden die Grundlagen des Sicherheitskonzepts für Tragwerke in Verbindung mit diesen wichtigen Einflussgrößen werkstoffübergreifend diskutiert. Hauptziel des Aufsatzes ist, die im Titel angesprochenen und oft unabhängig voneinander diskutierten Aspekte qualitativ aus Sicht des Bauingenieurs darzustellen und quantitative Verknüpfungen herauszuarbeiten.
Es wird erläutert, wie die erforderliche Bauteil-Zuverlässigkeit - als Zielwert der Bemessung sowie aktuell häufig auch der Nachrechnung - innerhalb eines Tragsystems, abhängig von dessen Redundanzen und der Duktilität der Bauteile, ohne Minderung der Ziel-Zuverlässigkeit des Tragwerks rechnerisch modifiziert werden kann. Die Theorie zur Berechnung der Wahrscheinlichkeit der vorhandenen Duktilität eines Bauteils wird für den allgemeinen Fall hybrider Bauteile angegeben und damit die Grundlage beschrieben, wie duktiles Verhalten gegenüber verformungsarmem Verhalten hinsichtlich der erforderlichen Sicherheitsbeiwerte abzustufen ist. Weiterhin wird dargelegt, wie ausreichende Duktilität der Bauteile als notwendige Bedingung für die Ausnutzung von Umlagerungsvermögen innerhalb des Tragsystems direkt in die Berechnung der Versagenswahrscheinlichkeit des Tragsystems einfließen kann.

Safety, robustness, ductility, fatigue safety and durability of building structures - a basic discussion
Robustness, ductility and durability should always be kept in mind by the engineer in addition to safety during designing a structure. Therefore, the basics of the reliability concept for structures in connection with these important influencing factors are discussed across materials. The main aim is to qualitatively discuss the aspects presented in the title, often discussed independently of each other, from the point of view of the civil engineer and to work out quantitative links.
It is explained how the required reliability of the member - as a target value of the design as well as the recalculation - within the structure, depending on its redundancies and the ductility of the members, can be modified without reducing the target reliability of the structure. The theory for the direct reliability calculation of the ductility is given for the general case of hybrid members, which is the basis to regrade ductile against deformation-poor behavior. Furthermore, it is explained how sufficient ductility of the members as a necessary condition for the utilization of rearrangement within the system can be yielded directly into the calculation of probability of failure of the structure.

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Rubin, HelmutLösung und Gewinner der Weihnachtspreisaufgabe 2018Stahlbau3/2019294-299Weihnachtspreisaufgabe

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Stahlbau aktuell 3/2019Stahlbau3/2019300-311Stahlbau aktuell

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Im Gespräch:
Dietmar Feichtinger

Aktuell: BIM-Leitfaden für den Mittelstand. Wie viel BIM verträgt ein Mittelstandsprojekt?
Konzert für Ingenieure ohne Grenzen - Band Baulärm am 4. Mai in München

Veranstaltungen: Rückblick: Die BAU 2019 in München

Rezension: Über Konstruktionen und architektonische Formen - eine Neuauflage der Dissertation von Dietmar Grötzebach von 1963

Einen Besuch wert: Klimahaus Bremerhaven 8° Ost
Bauforumstahl News

Termin: 40. Deutscher Stahlbautag

Bauforumstahl News
Wirtschaftsbericht Stahlbau III. Quartal 2018
Kalkulationshilfe Kosten im Stahlbau in 6. Auflage erschienen
Umwelt-Produktdeklaration (EPD) für Baustähle erneuert

Persönliches
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Graße zum 80. Geburtstag
Zum 80. von Prof. Graße: Ein Rückblick von Thomas Klähne

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenStahlbau3/2019311-312Veranstaltungskalender

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Content: Steel Construction 3/2019Steel Construction3/2019Contents

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Cover Picture: Steel Construction 3/2019Steel Construction3/20191Cover Pictures

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The new intercity line Toluca - Mexico City has a length of 57.7 km. The daily passenger estimate is about 230,000 to 300,000. The investment volume amounts to 2.5 bn US$. Its special feature is the MAURER seismic protection system for two long viaducts. The company installs for this purpose so-called guided cross-ties, the first absolutely earthquake-proof railroad bridge expansion joints. Together with a complex system consisting of bearings, dampers and elastomeric spring isolators they ensure structural stability, function and safety for various load cases: from braking and acceleration forces in normal operation to the Maximum Considered Earthquake (MCE). MAURER startet to work for this project in 2016. The last step scheduled is the installation of the guided cross-ties at viaduct 4 in the third quarter of 2020. (© MAURER SE)

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Jönsson, JeppeNordic Steel 2019 CopenhagenSteel Construction3/2019173Editorials

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Samyn, PhilippeStructural engineering and embodied energySteel Construction3/2019174-175Editorials

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Müller, Andreas; Taras, AndreasOn the post-buckling rotational capacity of square hollow sections in uniform bending - An initial study of the impact of initial imperfections on deformation pathsSteel Construction3/2019176-183Articles

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Nominated for the Bernt Johansson Outstanding Paper Awards at Nordic Steel 2019
The growing popularity of high-strength steel grades leads to the need for more accurate design specifications, with the aim of fully exploiting the material benefits and creating economic advantages. According to Eurocode 3, the maximum rotational capacity of a section is limited and linked to the definition of cross-sectional classes. For class 1, the rotational limit &thgr; is assumed to be “infinite”, whereas it drops significantly for classes 2 and 3 to a maximum rotation of &phgr;pl and &phgr;el, respectively. In reality, despite their lower hardening capacity and ultimate strains, high-strength steel sections exhibit a non-negligible rotational capacity that exceeds these code predictions, which were developed for mild steel and with a level of analysis in mind that is suitable for hand calculations. In order to achieve greater use of high-strength steel sections, it is thus very important to understand and be able to predict a section's deformation and rotational capacity more accurately, with the aim of implementing the findings in tools for advanced, FEM-based design by analysis (DbA) approaches. As an initial step in this direction, this paper shows the results from numerical calculations of the rotational capacity of HSS rectangular hollow sections. The numerical results were calibrated against laboratory tests. Consequently, different rectangular cross-section dimensions and variations of the steel grade and thickness were chosen and analysed in the ABAQUS finite element software.

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Vigneri, Valentino; Odenbreit, Christoph; Lam, DennisDifferent load bearing mechanisms in headed stud shear connectors for composite beams with profiled steel sheetingSteel Construction3/2019184-190Articles

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Nominated for the Bernt Johansson Outstanding Paper Awards at Nordic Steel 2019
The current design rules of EN 1994-1-1 covering headed stud shear connectors for composite beams with profiled sheeting lead, in some cases, to an overestimation of the load bearing capacity. Owing to their empirical nature, these equations are not able to capture the real behaviour of the connector. Therefore, the load bearing mechanisms of the shear connection are identified in this work with the support of experimental and numerical results. According to the static system proposed, the concrete rib is modelled as a system of diagonal struts in combination with the stud in bending. It was observed that at 1-4 mm slip, a “strut and beam” mechanism prevails, where the resistance of the connector depends on the activation of the plastic hinges in the stud and on the capacity of the diagonal strut in front of it. By increasing the slip (approx. 4-10 mm), the surrounding concrete gradually crushes, while the tensile stresses at the edge of the rib reach the tensile strength of the material. Because of this loss of rotational stiffness, the bending moment in the stud decreases and the upper plastic hinge gradually moves towards the slab. At higher displacements (approx. 20-40 mm), high tensile forces develop in the stud due to non-linear geometric effects and the load is carried through a “strut and tie” resistance mechanism, provided that the embedment of the stud is sufficient to prevent the rotation of the rib. As the slip increases further, failure occurs either in the form of concrete pull-out or stud rupture.

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Richards, PaulA repairable connection for earthquake-resisting moment framesSteel Construction3/2019191-197Articles

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Nominated for the Bernt Johansson Outstanding Paper Awards at Nordic Steel 2019
Most steel moment frames are designed so that the beams act as structural fuses during earthquake loading. This approach, while good for saving lives, has poor resilience because it is difficult to replace damaged beams in a building. A repairable steel moment-frame connection has been developed that may be attractive to engineers and building contractors. The connection has a fuse plate bolted to the beam bottom flange which experiences shear yielding during severe earthquakes, protecting both the column and the beam. After an earthquake, the fuse plates can be removed and replaced to unlock residual frame deformations and prepare the building for another event.
Full-scale experiments were conducted to validate the performance of this repairable connection. Two tests were performed with a W690 × 125 beam and W530 × 196 column. The tests demonstrated rotation capacities of at least 0.05 rad, which exceeds AISC requirements for special moment frames. The fuse plate was effective in preventing beam damage in each test, and the second test demonstrated that the connection could be repaired by replacing the fuse plate.

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Röscher, Stefanie; Knobloch, MarkusTowards a prognosis of fatigue life using a Two-Stage-Model - Application to butt weldsSteel Construction3/2019198-208Articles

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Nominated for the Bernt Johansson Outstanding Paper Awards at Nordic Steel 2019
This paper presents a Two-Stage-Model for determining the fatigue life of steel structures. The model follows the distinction between crack initiation and crack propagation according to the phenomenological background. The first stage uses the local strain-life approach to predict the number of cycles for crack initiation Ni considering the cyclic material behaviour as well as the load-time history. The second stage calculates the crack propagation based on a linear-elastic fracture mechanics approach. Using X-FEM in combination with cyclic loading, an arbitrary, solution-dependent crack path is achieved to determine the number of cycles for propagation Np. The Two-Stage-Model was applied to butt welds to determine their total fatigue life Nf in terms of a proof-of-concept study. The study investigated the ability of the model to consider the influence of the weld geometry, i.e. plate thickness and weld imperfections (excess and vertical offset). The results are presented by means of S-N curves for initiation life, propagation life and total fatigue life. A comparison with experimental results provided in the literature shows that the Two-Stage-Model can reflect the weld quality of butt welds in terms of fatigue life.

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High hopes - why BIM does not pay off (yet)Steel Construction3/2019208Editor's Recommendations

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Nielsen, Martin Bjerre; Jensen, Jacob Fisker; Harper, Christopher; Knudsen, Lennart Skovbjerg; Pedersen, Ronnie RefstrupState-of-the-art framework for design of offshore wind jacket foundationsSteel Construction3/2019209-214Articles

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Nominated for the Bernt Johansson Outstanding Paper Awards at Nordic Steel 2019
A state-of-the-art framework for the design of jacket foundations for offshore wind turbines is presented here. The article illustrates how an efficient, yet highly accurate, structural model can be achieved through a combination of a comprehensive beam finite element model and detailed shell/solid finite element models, where the former suffices for representing the overall global behaviour and the latter improves the representation of non-trivial structural details such as the transition piece and tubular joints. This approach allows the verification of standard structural elements according to various design codes to be automated on beam element level, while the fatigue performance via the hot-spot method as well as detailed stress and buckling analyses of relevant joints and details can be performed based on the detailed shell/solid finite element models readily available for stiffness representation. The computational framework ensures full consistency between the local and global description levels and an efficient cloud interface facilitates the thousands of design load cases that typically require consideration in order that a full detailed design can be simulated within a reasonable timeframe.

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Vales, Pedro Casariego; Ribera, Miquel Casafont; Ballester, Miquel Ferrer; Carvajal, Frederic MarimónCompression behaviour of trapezoidal steel sheets with transverse corrugationsSteel Construction3/2019215-221Articles

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Nominated for the Bernt Johansson Outstanding Paper Awards at Nordic Steel 2019
Over the past few decades, the cold-formed steel industry has developed a manufacturing technique for producing self-supporting arches from trapezoidal steel sheets. The press-forming procedure is based on introducing transverse corrugations into the main direction of the flat profile in order to bend it. The main problem is that these indentations, which are essential to curve the profile, change the effective properties of the original steel sheet. Currently, there is no design code or standardized test procedure that can be used to obtain the effective properties of the corrugated profile. This research project analyses the behaviour of the corrugated profile when it is subjected to pure compression and compares it with the behaviour of the flat profile.

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