Für die Zustandsüberwachung werden Ingenieurbauwerke zunehmend durch Monitoringsysteme ausgestattet. Besonders deutlich wird dies bei Infrastrukturbauwerken des Straßenverkehrsnetzes, da entsprechende Brücken durch die gestiegene Verkehrsstärke und Lastintensität häufig höher beansprucht werden, als das im ursprünglichen Planungsprozess berücksichtigt werden konnte. Zukünftig werden durch Sensorsysteme ausgestattete “intelligente Bauwerke” verstärkt dazu beitragen, ein besseres Verständnis zum Tragverhalten und zum Bauwerkszustand zu gewinnen. Die sachgerechte Interpretation der Monitoringdaten sowie deren Berücksichtigung bei der Bemessung von Tragwerken sind stets anspruchsvoll und mit Herausforderungen verbunden. Dieser Thematik widmet sich der vorliegende Beitrag. Es wird gezeigt, wie das Tragverhalten einer Struktur durch Sensordaten und mithilfe eines Bayesschen Ansatzes präzisiert und dies im semiprobabilistischen Sicherheitskonzept des Eurocode berücksichtigt werden kann.

Sensor-based identification of structural stiffness for the design of steel structures
Engineering structures are increasingly equipped with sensors for health monitoring. This is particularly evident in the case of infrastructure of the road traffic network, since the bridges are often subjected to higher stresses due to increased traffic volume and load intensity than considered in the original design process. In the future, “intelligent structures” equipped with sensor systems will increasingly contribute to gaining a better understanding of the load-bearing behavior and the condition of structures. The proper interpretation of monitoring data and their consideration in the design of structures is always demanding and associated with challenges, to which this article is dedicated. In this study, it is shown how sensor data can be utilized to specify the load-bearing behavior of a structure using a Bayesian approach, and how this integration can be taken into account in the semi-probabilistic safety concept of the Eurocode.

Im Rahmen des Forschungsprojekts “Half Monocoque Structures - Raumbildende Tragstrukturen aus Sandwichelementen” wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Tragverhalten selbsttragender Konstruktionen aus Sandwichelementen unter axialer Druckbeanspruchung durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens war es, vorhandene Berechnungsansätze zur Trag- und Gebrauchstauglichkeit und die Detaillösungen zur Lasteinleitung und -verteilung zu validieren und ggf. weiterzuentwickeln. Es wurde zunächst eine selbsttragende Konstruktion aus Sandwichelementen ohne eine tragende Unterkonstruktion als Beispielobjekt entworfen. Hierzu wurden alle notwendigen Konstruktionszeichnungen und Detaillösungen zur Ausbildung der Lasteinleitungsstellen und Stoßpunkte ausgearbeitet und für diese Anwendung festgelegt. Außerdem wurde eine wirtschaftliche und ökologische Betrachtung der Bauweise anhand des Beispielobjekts vorgenommen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus der ganzheitlichen Betrachtung der Bauweise sollen dann als Grundlage für den Erwerb einer bauaufsichtlichen Zulassung dienen. In diesem Aufsatz werden die wesentlichen Forschungsergebnisse präsentiert und die Vorzüge der Bauweise selbsttragender Konstruktionen aus Sandwichelementen ohne eine tragende Unterkonstruktion verdeutlicht.

Half monocoque structures - space-forming load-bearing structures made of sandwich panels
In the process of the research project called, “Half Monocoque Structures - Space-forming and load-bearing structures made of sandwich panels ”, theoretical and experimental investigations were carried out into the load-bearing behavior of self-supporting structures made of sandwich panels under axial compressive loading. The aim of the research project was to validate and, if necessary, further develop existing calculation approaches for load-bearing and serviceability and design detailed solutions for load introduction and distribution areas. A self-supporting structure made of sandwich panels was first designed as an example object. For this purpose, all necessary design drawings and detailed solutions for the formation of the load application points and impact points were worked out and defined for this application. In addition, an economic and ecological analysis of the construction method was carried out on the basis of the example object. The results gained from the holistic consideration of the construction method is then to serve as the basis for the acquisition of a building authority approval. In this article, the main research results are presented and the advantages of the construction method of self-supporting sandwich panels structures without a supporting substructure are presented.

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Reaktive Brandschutzsysteme finden im baulichen Brandschutz Anwendung zur Erhöhung des Feuerwiderstands von Stahlkonstruktionen. Neben den Anforderungen an die Feuerwiderstandsdauer können damit auch Ansprüche an die Ästhetik erfüllt werden. Die profilfolgende Applikation und die geringen Trockenschichtdicken der Produkte ermöglichen es, das filigrane Erscheinungsbild von Stahlkonstruktionen aufrechtzuerhalten. Neben der thermischen Schutzwirkung muss auch die Dauerhaftigkeit der Brandschutzbeschichtung sichergestellt werden. Die Bewertungsmethoden, die auf europäischer Ebene durch das EAD 350402-00-1106 zur Verfügung stehen, zielen auf eine Nutzungsdauer von zehn Jahren ab. Prüfverfahren für einen darüber hinausgehenden Zeitraum sind nicht beschrieben. In diesem Beitrag werden experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Bewitterung auf das Expansionsverhalten, zur thermischen Schutzwirkung und zu den während des Aufschäumens im Brandfall stattfindenden Reaktionen vorgestellt. Die Versuche wurden an einem wasserbasierten und einem epoxidharzbasierten reaktiven Brandschutzsystem durchgeführt. Die Ergebnisse wurden im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens 20470 N erzielt.

Experimental investigations on the durability of intumescent coatings
Intumescent coatings are used in structural fire protection to improve the fire resistance of steel structures. Beside structural fire resistance also aesthetic demands can be fulfilled. The profile-following application and the low dry film thickness of the products make it possible to maintain the filigree appearance of steel structures. In addition to the thermal protection effect, the durability of the coating must also be ensured. The assessment methods available at European level by EAD 350402-00-1106 aim to a service life of ten years. Test methods for a longer period are not described. This paper presents experimental investigations on the influence of weathering on the expansion behaviour, the thermal performance and the reactions taking place during foaming in case of fire. The tests were carried out on a water-based and an epoxy resin-based intumescent coating. The research results were obtained in the IGF research project 20470 N.

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Aktuelles:
Erzeugerpreisindex Stahl (2015 = 100)
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland

Persönliches:
Jacqueline Pauli auf Lehrstuhl Tragwerksentwurf an der ETH Zürich berufen
Johannes Naumes ist Professor für Stahl-, Holz- und Verbundbau an der Hochschule Trier
Zum 175. Geburtstag von Friedrich Engesser

Tagungen & Veranstaltungen:
Save the date: Hochfester Stahl im Stahl- und Anlagenbau am 16. und 17. Mai 2023

SZS steel news:
steelacademy 01/23 - Weiterbildungskurs “Verbindungen im Stahl- und Verbundbau”

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Stub column compression test of a cold-formed C-shaped steel-section used for the validation of a new design approach which combines the AISI S100-16 Direct Strength Method with EN 1993-1-3. Failure mode of the test specimen: distortional buckling (s. paper: Ungermann, D.; Lemaski, T.; Brune, B., pp. 78-92). Copyright: TU Dortmund Lehrstuhl Stahlbau

This paper reports an experimental investigation on the behaviour and strength of cold-formed high-strength steel (G450-G500) lipped channel beams susceptible to local-distortional interaction. The experimental campaign comprised 36 tests involving simply supported beams bent about the major axis, exhibiting various ratios between their distortional and local critical buckling moments (from 1.09 to 1.46) and acted by either uniform (20 tests) or non-uniform (trapezoidal: 16 tests) bending diagrams. The results presented and discussed consist of equilibrium paths, photos providing the evolution of the beam deformed configurations and failure moments. The paper also includes a few remarks on the design, using the Direct Strength Method, of the beams under consideration.

A Eurocode-compliant design approach was developed for the design of thin-walled cold-formed steel sections which combines the AISI S100-16-Direct Strength Method (DSM) with the design provisions of EN 1993-1-3. The new design approach transfers the cross-sectional resistance determined acc. to DSM based on numerical elastic buckling analyses on the gross cross-section into the global member verification acc. to EN 1993-1-3. Additional factors were introduced to optimize the new approach, e.g., to account for the effects of the nonlinear stress distribution in cross-sections subject to local and/or distortional buckling. Within the framework of the German research project FOSTA P1328/IGF 19964, an extensive series of tests on differently shaped, perforated, and unperforated cold-formed sections in compression and bending were conducted which serve to analyze the buckling phenomena and the load-bearing capacity and to validate the new design approach. In addition, a numerical model was developed, calibrated to the tests, and used for further parametric analyses on the load-bearing capacity of cold-formed sections.

The “General Method” according to chapter 6.3.4 of EN1993-1-1 or 8.3.4 of prEN1993-1-1 deals with the verification of stability problems of frame and beam structures with loadings in-plane. The “General method” according to Eurocode is intended for the general case of a combined moment and normal force. For the choice of the reduction factor &khgr;op, there are two options for applying the reduction curve, either the minimum of lateral torsional buckling (LTB) and flexural buckling (FB) or a weighted combination of both. With the use of analytical derivations, it can be shown that this approach leads to inconsistencies which can possibly lead to incorrect results. In this paper an alternative approach is presented which leads to unification and fully mechanical justification in verification. The approach allows e.g. the verification of stability of an entire frame system directly and without interaction factors (as in the equivalent member method). In addition, the issue of a consistent equivalent imperfection is addressed. With the use of this method, geometrical non-linear analyses of structures showing out-of-plane instability can be omitted; only an in-plane calculation and a determination of a linear buckling analysis is necessary. Finally, examples are presented in this paper that demonstrate the application of the approach shown.

Web holes are commonly seen in cold-formed steel channel sections to accommodate the technical services. The presence of the web holes has resulted in the reduction of the sectional capacities of the cold-formed steel sections and has been considered in the design according to the American Specification AISI S100-16 using a new approach in the design called the Direct Strength Method (DSM). This article, therefore, will use this design method to investigate the sectional capacities of perforated channel sections under compression or bending with the variation of hole sizes in relation to those of gross channel sections. Elastic buckling analysis - a compulsory requirement for application of the DSM - can be conducted using a module CUFSM software program recently developed by the American Iron and Steel Institute. The investigated channel sections are taken from the availably commercial sections. The obtained sectional capacities are seen as the opposite trends for local and distortional buckling modes, although a downtrend of the sectional capacities is found in general with the increase of hole dimensions. It was found that perforated channel sections with smaller hole height and longer hole lengths were recommended to obtain the optimum section capacities in terms of the same web hole area, but the opposite trend was seen for these sections under bending with long hole lengths.

Wind turbine towers and their flange connections are highly fatigue loaded structures. Previous investigations have shown that initial parallel gaps between L-flange connections, which are resulting from their respective flatness of the contact surfaces, can increase fatigue loads of the connecting fasteners significantly. Flange flatness and/or gap sizes in between flanges must comply with limitations given in relevant standards and therefore must be measured after the manufacturing process and/or during installation. More than 1900 flatness measurements of several offshore wind projects were collected and used to determine initial gaps between flanges analytically. A statistical evaluation allows to determine the distribution of expected gap sizes. The increase of gap height with increasing gap length can be described with linear correlations. Furthermore, the distributions of gap heights are approximated with log-normal distributions. Parameters for generic log-normal distributions are derived considering all performed mating simulations. Following the described methodology, gaps can be determined from any large number of flatness measurements. It is proposed to consider the results for flange design.

Sinusoidal corrugated profile webs have been popularly used in steel structural designs to replace the flat webs in conventional welded beams, while there are better performances in corrugated web beams (CWBs) regarding more stability and less material used to against beam failures caused by buckling. Previous studies have provided that CWBs enabled numerous favourable benefits to be recognised as alternatives to the traditional weld beams in designing structures. Furthermore, as CWBs are proposed as the major load-carrying elements, the maximum deflection in the elastic range is one of the important beam properties that should be precisely estimated and calculated. To find an appropriate method in computing the maximum deflection of CWBs based on the first yield for civil communities in Australia, proposed equations based on other standards will be employed to calculate the theoretical results for the comparisons with simulation-based results. While applying the linear analysis simulations provided by SAP 2000, ultimate limit state design theory has also been used with requirements stated by AS 4100. In this study, the results in theoretical calculations and numerical simulations have been compared to conclude that the highly defined equations by ASTM [37] and Sause et al. [38] could precisely estimate the maximum deflections of CWBs based on the first yield in conjunction with requirements and limitations in Australian standards, which could be adequate for the structural design calculations in Australian design fields.

ECCS News:
Save the Date: Webinar on “Fire Design of Steel Structures”
Eurosteel 2023 conference - the most recent developments in steel structures
NewSkin Project 1/04/2020 - 31/03/2024
In Memoriam

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Zum Titelbild:
Der dreigeschossige Holzwohnbau “Kastanienhof” im Stiftungsdorf Ellener Hof in Bremen-Osterholz (KAHRS Architekten) mit 18 Wohneinheiten ist Teil eines sozial-ökologischen Modell-Quartiers. Die Außen- und Innenwände, die Geschoss- und Zimmerdecken, das Dachtragwerk, die Bekleidung der Fassade, die Treppenhauswände und sogar der Aufzugsschacht sind als Holzkonstruktionen ausgeführt - der Naturbaustoff-Anteil beträgt 92 %. Lediglich die Treppenläufe bestehen aus Stahlbeton. Siehe Meldung S. 61 (Foto: © KAHRS Architekten, Bremen)

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U-Wert-Messungen vor Ort eigenen sich für opake Bauteile unbekannter Konstruktion, bei denen eine zerstörungsfreie Aussage zu den thermischen Eigenschaften, z. B. für Sanierungsmaßnahmen erforderlich ist. In-situ U-Wert-Messungen sind Gegenstand zweier abgeschlossener Forschungsprojekte aus Deutschland und der Schweiz. Im vorliegenden Teil 1 werden die Ergebnisse des Projektes “LivingLab - Gebäudeperformance” an der Bergischen Universität Wuppertal vorgestellt. Ziel dieses Teilprojektes ist, Einflüsse auf in-situ U-Wert-Messverfahren für Mauerwerkskonstruktionen in einem Heizkammerverfahren unter kontrollierten Bedingungen herauszuarbeiten. Es kann gezeigt werden, dass bei Wärmeflussverfahren mit langer Messdauer die Größe der Platten und ihre Positionierung in Bezug auf ein Fugenraster keine messbaren Unterschiede ergeben. Bei ungedämmten Konstruktionen werden mit diesem Verfahren tendenziell geringere U-Werte, bei gedämmten Konstruktionen höhere U-Werte gemessen als bei bekanntem Materialaufbau berechnet. Vergleichend werden Kurzzeitmessungen mit der sog. “Rapid U-Value-Messtechnik (Rapid-U)” durchgeführt. Es zeigen sich größere Streuungen der Ergebnisse und höhere U-Werte als beim Wärmeflussverfahren. In Teil 2 wird ein Forschungsprojekt aus der Schweiz vorgestellt, in dessen Rahmen eine praxisorientierte Anwendungshilfe für in-situ U-Wert-Messungen erstellt wird. Als Basis dienen In-situ-Messungen mit drei unterschiedlichen Geräten und vergleichende Labormessungen.

In-situ measurement of massive building components - Part 1: Comparison of test methods and influences in heating chamber tests
In-situ U-value measurements are suitable for opaque constructions where a non-destructive testing of thermal properties is required, e.g. for renovation. In-situ U-value measurements are the subject of two research projects from Germany and Switzerland. This Part 1 presents results of the project “LivingLab - Building Performance” at the University of Wuppertal. The aim is to investigate influences on in-situ U-value measurement methods for masonry structures in a hot box. It is shown, that in heat flux methods with long measurement periods, size of the heat flux plates and their positioning with respect to mortar joints do not show measurable differences. For uninsulated constructions, this method tends to show lower U-values, for insulated constructions higher U-values than calculated. In comparison, short-term measurements are performed using so-called “Rapid-U-Value Technique (Rapid-U)”. Larger scattering of the results and higher U-values than with the heat flow method are shown. In Part 2, a research project from Switzerland is presented, in the context of which a practice-oriented application aid for in-situ U-value measurement is being developed. In-situ U-value measurements using three different instruments and comparative measurements in the laboratory serve as a basis.

U-Wert-Messungen vor Ort (in situ) eignen sich für Gebäude, bei denen die Konstruktion unbekannt ist und eine zerstörungsfreie, sichere Aussage zu den thermischen Eigenschaften getroffen werden soll. In-situ U-Wert-Messungen sind der Gegenstand von zwei kürzlich abgeschlossenen Forschungsprojekten aus Deutschland und der Schweiz. Die Grundlagen zur U-Wert-Messung, die möglichen Messverfahren, sowie Messungen mit der Wärmeflussmethode und der Rapid U-Value-Messtechnik (Rapid-U) im Labor als Bestandteil des Forschungsprojektes aus Deutschland wurden in Teil 1 dieser zweiteiligen Veröffentlichung dargestellt. Teil 2 der Veröffentlichung berichtet von einem Forschungsprojekt aus der Schweiz, in dessen Rahmen eine Anwendungshilfe für die in situ U-Wert-Messung erstellt wird. Grundlage sind U-Wert-Messungen mit am Markt erhältlichen Messgeräten, die auf eine breite Anwendung zielen. Es wurde mit zwei Messgeräten, die auf der Wärmeflussmethode basieren, und einem temperaturbasierten Messgerät gemessen. Die In-situ-Messungen werden durch vergleichende Messungen im Labor und Simulationen ergänzt. Zusätzlich werden Kontakt- und Haftmittel zur Befestigung der Sensoren an den zu messenden Bauteilen getestet. Untersucht werden schwere, homogene Bauteile, damit beziehen sich die Erkenntnisse hauptsächlich auf diesen Bauteiltyp.

In-situ measurement of massive building components - Part 2: Comparison of measuring devices and application on site
U-value measurements on site (in-situ) are suitable for buildings where the construction is unknown and a non-destructive, reliable statement on the thermal properties is to be made. In-situ U-value measurements are the subject of two recently completed research projects from Germany and Switzerland. The basics of U-value measurement, possible measurement methods, as well as measurements with the heat flow method and the Rapid-U-Value Measurement Technique (Rapid-U) in-laboratory conditions as part of the research project from Germany were presented in Part 1 of this two-part publication. The second part of the publication reports on a research project from Switzerland, which provides guidelines for practitioners for in-situ U-value measurements. These are derived from in-situ U-value measurements with devices that are available on the market and intended for a broad application. Measurements were made with two measuring devices based on the heat flow method and one temperature-based measuring device. The in-situ measurements are complemented by comparative measurements in the laboratory and simulations. In addition, contact and adhesive materials for attaching the sensors to the component are tested. Heavy, homogeneous walls are examined, so the findings mainly relate to this type of component.

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Die Ermittlung und Bewertung der Schalldämmung eines Trennbauteils anhand einer Messgröße muss sich immer am tatsächlich erreichten Schallschutz zwischen den Wohneinheiten messen. Hieraus ergibt sich die Frage nach einer geeigneten Einzahlbewertung, die mit dem übertragenen Pegel üblicher Wohngeräusche korreliert. Soll diese Frage beantwortet werden, ist zunächst zu klären, welche Spektren übliche Wohngeräusche aufweisen. Der übertragene Pegel dieser Wohngeräusche kann anschließend anhand der Schalldämmung des Trennbauteils frequenzabhängig berechnet und gehörrichtig bewertet werden. Durch die Korrelation zwischen dem übertragenen Wohngeräuschpegel und dem Einzahlwert der Schalldämmung wird nun die Eignung der Beurteilungsgröße ersichtlich. Die beschriebene Vorgehensweise wird in der vorliegenden Veröffentlichung auf die Schalldämmung verschiedener Haustrennwände von Doppel- und Reihenhäusern angewendet, da diese bei den Mindestanforderungen nach DIN 4109-1 und den erhöhten Anforderungen nach DIN 4109-5 eine Sonderposition in Bezug auf die Anforderungshöhe einnehmen. Es werden unterschiedliche Haustrennwandtypen in Massiv- und Holzbauweise untersucht, deren Schalldämmung aus Baumessungen vorliegen. Vorschläge alternativer Bewertungsverfahren zur DIN EN ISO 717-1 und übliche Wohngeräusche konnten der Literatur entnommen und durch aktuelle Daten ergänzt werden. Neben der Eignung der Beurteilungsgrößen werden auch Zielwerte für die Schalldämmung diskutiert, die eine sichere Planung von Haustrennwänden ermöglichen sollen.

Suitable assessment parameters for the airborne sound insulation of building partition walls
If the sound insulation of a partitioning component is determined and evaluated based on a measured quantity, the question arises how well the result corresponds to the actual sound insulation between the residential units. This raises the question of a suitable single-number rating that correlates with the transmitted level of common residential noise. To answer this question, it has to be clarified first which spectra represent common residential noises. The transmitted level of residential noises based on the sound insulation of the separating component was calculated in a frequency-dependent manner and evaluated the noises aurally correct. Furthermore, the suitability of the assessment parameter was determined by using the correlation between the transmitted residential noise level and the single-number value of the sound insulation. The present publication considers the sound insulation of various house partition walls of semi-detached and terraced houses, since these occupy a special position with respect to the minimum requirements according to DIN 4109-1 and the increased requirements according to DIN 4109-5. Different types of house partition walls in solid and timber construction, for which the sound insulation was available from measurements, were examined. Suggestions of alternative assessment methods and common residential noise levels were taken from the literature and supplemented by current data. In addition to the suitability of the assessment parameter, target values for sound insulation were also discussed to enable reliable planning.