Durch den schlechten Zustand vieler älterer Brücken und Änderungen in den Regelwerken ergeben sich häufig Defizite bei der Nachrechnung von Bestandsbrücken nach Nachrechnungsrichtlinie. Für den Fall, dass die erforderliche Bauwerkssicherheit nicht nachgewiesen werden kann, können Bauwerksmessungen zeitlich begrenzt oder als Dauermonitoring durchgeführt werden, um Erkenntnisse über die zeitlich veränderliche Beanspruchung zu gewinnen. Zentral hierfür ist die Ableitung von Zustandsindikatoren für das Bauwerk, die letztendlich den Handlungsbedarf für Betreiber und Ingenieure anzeigen. Im einfachsten Fall wird hierfür z. B. ein Ausnutzungsgrad ermittelt, der allerdings keinen Rückschluss auf das Risiko ermöglicht und streng genommen nur eine binäre Bewertung zulässt. In diesem Beitrag wird daher eine Vorgehensweise erläutert und am Beispiel der Hamburger Köhlbrandbrücke umgesetzt, die es erlaubt, einen Zuverlässigkeitsindex als zeitlich veränderlichen Zustandsindikator bezogen auf den Beulnachweis aus den dynamischen Monitoringdaten abzuleiten.

Structural reliability assessment by structural monitoring - probabilistic buckling check of the Hamburg Köhlbrand bridge
The bad condition of many older bridges and changes in the code provisions often result in deficits after recalculation according to the recalculation guidelines. In case the necessary structural safety is not provided, temporary or permanent structural monitoring can be employed in order to gain knowledge about the time variant actions. For this, the derivation of condition indicators is key, since they indicate a need for action for the owners and the engineers. In the simplest case, a utilization will be derived which, however, does not allow for an assessment of the risk and strictly speaking only enables a binary assessment. In this paper, a method is described and demonstrated on the Hamburg Köhlbrand bridge which allows for the calculation of a reliability index as a time variant condition indicator on the basis of the dynamic monitoring data with regard to the buckling check.

Neue Anforderungen beim Ersatzneubau von Brücken haben starke Innovationen bei der Gestaltung, Bemessung und Bautechnik von Betonbrücken ausgelöst. Es ergeben sich sehr interessante neue Lösungsmöglichkeiten. Im Beitrag wird über den Bearbeitungsstand dieser Entwicklungen berichtet, insbesondere für den erweiterten Einsatz von Fertigteilen aus Beton, die Verwendung von Hochleistungsbeton, die Rahmenbedingungen für Spannglieder in Stegen von Überbauten mit Kastenquerschnitt und für Quervorspannung von Fahrbahnplatten sowie für die Bemessungsregeln bei Dekompressionsnachweis und Mindestbewehrung für beschleunigtes Bauen.

Innovations in concrete bridges
New requirements, when it comes to bridge reconstruction, lead to significant innovations concerning design, calculation and construction technology of concrete bridges. Consequently, interesting solution possibilities arise. Therefore, this paper refers to the progress of these solution possibilities, specifically to the extended use of precast concrete members, the use of high-strength concrete and the definition of determining factors for the use of tendons within webs of superstructures with box cross section as well as transversal tendons within slabs. Moreover, design rules for the decompression limit of prestressed concrete bridges and the minimum reinforcement for an acceleration of construction process are pointed out.

Die Karte der spektralen elastischen Antwortbodenbeschleunigungen zum Entwurf des neuen Nationalen Anhangs zum EC 8 (E DIN EN 1998-1/NA:2018-10) hat in Anwenderkreisen einige Diskussionen ausgelöst. Diese bezogen sich insbesondere auf den Vergleich zur Erdbebenzonenkarte des bisherigen Nationalen Anhangs (DIN EN 1998-1/NA:2011-01). Grundsätzlich ist zu betonen, dass ein direkter Zusammenhang zwischen den beiden Karten nicht hergestellt werden kann, da diese auf sehr unterschiedlichen Parametrisierungen basieren. Um für weitere Diskussionen eine sachliche Grundlage zu schaffen, werden in diesem Beitrag die grundlegenden Charakteristika beider Berechnungsmodelle, d. h. zu den Erdbebenkarten des bisherigen und des neuen NA, gegenübergestellt. Des Weiteren werden vier Varianten vorgestellt, wie zumindest auf indirektem Wege die beiden unterschiedlichen Kartentypen in Beziehung gesetzt werden können. Im Ergebnis zeigen die Varianten, dass sie einem gemeinsamen Trend folgen.

Differences, relationships and similarities between the earthquake maps according to the previous and the new National Annex to Eurocode 8 - Earthquake zone map according to DIN EN 1998-1/NA:2011-01 and map of spectral response ground accelerations according to E DIN EN 1998-1/NA:2018-10
The map of the spectral elastic response ground accelerations for the draft of the new National Annex to EC 8 (E DIN EN 1998-1/NA:2018-10) has triggered some discussion. These were related to the comparison with the earthquake zone map of the previous National Annex (DIN EN 1998 1/NA:2011-01). Basically, it has to be emphasized that a direct connection between the two maps cannot be established, since they are based on very different parameterizations. In order to provide a factual basis for further discussions, this article compares the basic characteristics of both calculation models, i.e. the earthquake maps of the previous and the new NA. In addition, four variants are presented to show how the two different map types can be related, at least indirectly. For this purpose, basic limitations associated with such relationships are described. As a result, the variants show that they follow a common trend, apart from a few systematic deviations, both to smaller and to larger values.

Der Vergleich der neuen Erdbebengefährdungskarten für die Schweiz, Deutschland, Österreich und für Frankreich, die für die Nationalen Anhänge zum Eurocode 8 entwickelt wurden, ist Gegenstand dieser Studie. Die vorgestellte gemeinsame Karte überdeckt den südlichen Teil Deutschlands samt angrenzender Gebiete der genannten Nachbarländer. Die Parametrisierung der Karte erfolgt für die Spitzenbodenbeschleunigung, für eine mittlere Wiederholungsperiode von 475 Jahren, für Medianwerte und für einen Untergrund mit einer mittleren Scherwellengeschwindigkeit der obersten 30 m von 800 m/s. Entlang des Grenzverlaufs zwischen Deutschland und den südlichen Nachbarländern zeigen die Konturlinien der unabhängig voneinander berechneten Erdbebengefährdungskarten insgesamt eine erstaunlich gute Übereinstimmung. Das gilt insbesondere für Gebiete relativ erhöhter Erdbebengefährdung. Diese gute bis sehr gute Übereinstimmung kann als Indiz für die Belastbarkeit der Einschätzungen angesehen werden.

Comparison of the new seismic hazard maps of Switzerland, Germany, Austria and France for the National Annexes to Eurocode 8
The comparison of the new seismic hazard maps for Switzerland, Germany, Austria and France, which were developed for the National Annexes to Eurocode 8, is the subject of this study. The presented common map covers the southern part of Germany together with adjacent areas of the mentioned neighbouring countries. The map is parameterised for peak soil acceleration (PGA), for a mean return period of 475 years, for median values and for a subsoil with a mean shear wave velocity of the uppermost 30 m of 800 m/s. Along the boundary between Germany and its southern neighbours, the contour lines of the independently calculated seismic hazard maps show an astonishingly good overall agreement. Slightly more significant deviations are only observed for areas with lower seismic hazard. This good to very good agreement can be seen as an indication of the resilience and thus realistic assessments.

Zeitweise fließfähige selbstverdichtende Verfüllbaustoffe (ZFSV) sind Verfüllbaustoffe aus Böden und Baustoffen, die nur unter dem Einfluss der Schwerkraft in Hohlräume fließen und nach einem definierten Zeitraum den Anwendungen entsprechende physikalische Eigenschaften aufweisen. Im Leitungsbau kommen ZFSV zum Einsatz, um bei der offenen Bauweise den Graben zu verfüllen. Vorbehalte gegenüber der Übertragbarkeit vorhandener Berechnungsmethoden für die Rohrstatik und die dauerhafte Gewährleistung der Wiederaushubfestigkeit führten zu einem bis heute andauernden Akzeptanzproblem dieser Verlegemethode im Fernwärmeleitungsbau. Da sich Fernwärmeleitungen nach der Installation infolge eines thermischen Belastungskollektivs im Betrieb ausdehnen, interagieren diese Leitungen immer mit dem anstehenden Bettungsmaterial. Mit dem vorliegenden Aufsatz wird ein Einblick in den Stand des Wissens gegeben und ein vereinfachter Berechnungsansatz vorgeschlagen, der neben deutlich komplexeren Modellen steht und daher die Möglichkeit bietet, aufgrund der Einfachheit Akzeptanzprobleme zu überwinden.

On the use of ZFSV in district heating pipeline construction
Temporarily flowable self-compacting backfill materials (ZFSV) are backfill materials made of soils and building materials that only flow into cavities under the influence of gravity and after a defined period of time exhibit the physical properties appropriate to the application. In pipeline construction, ZFSV are used to backfill the trench. Reservations regarding the transferability of existing calculation methods for pipe statics and the reliability of the ability for re-excavation led to a problem of acceptance of this installation method in district heating pipeline construction that continues until today. As district heating pipes expand during operation after installation due to thermal loads, these pipes always interact with the bedding material. In this paper an overview of the state of the art is given and a simplified calculation approach is proposed, which stands next to much more complex models and therefore offers the possibility to overcome acceptance problems due to its simplicity.

Die öffentliche Diskussion zur Energiewende findet oftmals ausschließlich im Kontext elektrischer Energie statt. Gerade im Industriesektor spielt jedoch auch die thermische Energie eine wesentliche Rolle. Entgegen einem rein dogmatischen Ansatz Energie zu “sparen”, geht es darum, das Energiesystem als Ganzes zu verstehen und energetische Abhängigkeiten zu erkennen. Leitidee des Forschungsprojekts ETA-Fabrik ist es, die richtige Energieform (Primärenergiebedarf) in der notwendigen Menge (Endenergiebedarf) zur richtigen Zeit (energieflexibel) am richtigen Ort (effiziente Infrastruktur) einzusetzen. Dabei wurde über die bisher stets isoliert betrachtete Optimierung von Einzelkomponenten (z. B. Maschine, Kühlsystem, Gebäudedämmung) hinaus das gesamte System einer Produktionsfabrik betrachtet und auf dem Campus der TU Darmstadt eine Modellfabrik errichtet, in der Gebäude, Haustechnik und Maschinen durch die drei Ebenen der Gebäudeautomation synergetisch miteinander verknüpft wurden. Einen wesentlichen Beitrag zur Energieeffizienzsteigerung liefert hierfür die durch oberflächennahe, wasserführende, kapillarähnliche Rohrleitungsnetze thermisch aktivierte Gebäudehülle aus Beton. Diese multifunktionalen Wand- und Dachelemente vereinen die Funktionen des Tragens, des Dämmens, des Begrenzens und der thermischen Interaktion und fungieren somit als riesige Heiz- und Kühlflächen. Der Aufsatz ist eine inhaltliche Fortsetzung des Beitrags aus der Bautechnik 03/2014 und stellt die erzielten Projektergebnisse mit Fokus auf der baulichen Umsetzung vor. Hintergründe und Zielstellungen des Projekts werden aufgegriffen, Forschungsrandbedingungen dargelegt und die Energieeinsparpotenziale vorgestellt. Neben der kurzen Beschreibung der umgesetzten thermischen Vernetzung und der dafür gebauten Gebäudehüllelemente als Fortschreibung der bereits vorgestellten Konzepte werden die thermische Leistungsfähigkeit der Gebäudehülle sowie deren Beitrag zur Behaglichkeit in der Produktionshalle erläutert. Das architektonische Konzept sowie eine kritische Würdigung der interdisziplinären Zusammenarbeit im Planungsprozess einer vernetzten Fabrik schließen diese Reihe ab.

Energy efficiency thought further: the energy activated building envelope as part of the process chain
Public discussion on energy system transformation often takes place exclusively in the context of electrical energy. In the industrial sector in particular, thermal energy plays another important role. Rather than following the purely dogmatic approach of ‘saving’ energy, our intent is to truly comprehend the energy system and to identify the energetic dependencies within it. The guiding principle and the ETA factory concepts derived from it are targeted toward using the necessary quantity (ultimate energy demand) of the appropriate form of energy (primary energy demand) at the right time (flexible energy supply) and the right location (efficient infrastructure). In practice, instead of the previously isolated optimization of individual components (e. g. machine tools, cooling systems, building insulation), the system of a production factory was considered as a whole and a model factory was built on the TU Darmstadt campus, in which building, building services and machinery were synergetically linked to one another through the three level of building automation system. A significant contribution to increase energy efficiency is made by the thermally activated building envelope made from concrete, which includes a water-bearing capillary-like piping network close to the surface. These multifunctional wall and roof elements combine the functions load-bearing, insulating, enclosing and thermally interacting and act as large heating and cooling surfaces. The paper is a continuation of the article from Bautechnik 03/2014 and presents the results achieved in the research project ETA-Fabrik with focus on the constructional implementation. Background and objectives of the project are taken up from the previous article, the research boundary conditions are described and the results of the energy saving potentials are presented. In addition to a brief description of the implemented thermal networking and the building envelope, the thermal performance of façade and roof elements and their contribution to achieve comfort criteria in the production hall are explained. The architectural concept and a critical appraisal of the interdisciplinary cooperation within a networked factory round off this series on the subject of the ETA model factory.

Im Aufsatz wird die Effektivität eines passiven Festkörperschwingungsdämpfers zur Reduktion der infolge dynamischer Einwirkungen ausgelösten erzwungenen Schwingungen von turmartigen Ingenieurkonstruktionen wie z. B. Windenergieanlagen experimentell an einem Modellversuchsstand untersucht und bewertet. Der Modellversuchsstand besteht aus einem mit geringer Strukturdämpfung ausgeführten eingeschossigen Stockwerkrahmen, dessen Grundeigenfrequenz auf ca. 1 Hz abgestimmt wird. Zu Vergleichszwecken wird im Modellversuchsstand auch die Effektivität eines konventionellen passiven Flüssigkeitsdämpfers untersucht und die erzielten Ergebnisse miteinander verglichen. Der Festkörperschwingungsdämpfer besteht aus einer halbkreisförmigen Bahn, in der eine zylindrische Walze eine reibungsbehaftete Rollbewegung ausführt. Der untersuchte Schwingungsdämpfer weist somit eine Analogie zum konventionellen Pendeldämpfer auf. Zu Beginn werden die theoretischen Grundlagen und die optimale Abstimmung der im Modellversuchsstand untersuchten Schwingungsdämpfertypen dargelegt. Es werden freie Schwingversuche des Stockwerkrahmens ohne und mit aktivierten Schwingungsdämpfern durchgeführt und die in den Versuchen erzielte Schwingungsdämpfungseffektivität wird für den Festkörperschwingungsdämpfer und für den Flüssigkeitsdämpfer dargelegt.

Experimental investigation of a passive solid body vibration damper for engineering structures
This paper deals with the effectivity of a solid body damper for tower like constructions such as wind turbines. To research and evaluate the effectivity, a small-scale model of the damper and a single level frame with a low resonant frequency of 1 Hz are combined. In addition, the model of the solid body damper is compared to the model of a liquid column damper. The solid body damper consists of a semicircle track in which a cylinder is performing a rolling movement influenced by friction. This type of damper has similarities to a conventional pendulum damper. At first, the theory of both damper types and their optimal parameters are explained. Next, the oscillation of the frame without and with the two activated damper types is measured and evaluated in terms of their effectivity. The results are described and discussed.

Ein parametererregter Festkörperschwingungsdämpfer wird für die Anwendung zur Schwingungsdämpfung von biaxial angeregten Ingenieurkonstruktionen vorgestellt. Zu Beginn werden die gekoppelten nichtlinearen Bewegungsdifferenzialgleichungen hergeleitet und das Phänomen der Parameterresonanz bei Festkörperschwingungsdämpfern analysiert. Bei Übereinstimmung der vertikalen Schwingfrequenz des Hauptsystems mit einer Parameterresonanzfrequenz wird der Festkörperschwingungsdämpfer zu instabilen parametererregten Schwingungen angeregt. Die Auswirkungen dieser parametererregten Schwingungen auf die erzielbare Dämpfungswirkung werden im ersten Teil des Aufsatzes an einem eingeschossigen Stockwerkrahmen untersucht. Es wird ein Kriterium zur Vermeidung von Parameterresonanz angegeben. Im zweiten Teil des Aufsatzes wird eine Methode zur gezielten Nutzung der Parameterresonanz bei Festkörperschwingungsdämpfern zur Reduktion der vertikalen Schwingungen von Ingenieurkonstruktionen dargelegt und anhand einer biaxial angeregten Fußgängerbrücke verifiziert. Es wird gezeigt, dass sich bei passender Wahl der Dämpferparameter trotz des Auftretens der Parameterresonanz eine über den Schwingungsverlauf stabile Bewegung des Festkörperschwingungsdämpfers ausbildet und dass die max. vertikalen Schwingungsamplituden des Hauptsystems durch gezielte Nutzung des Parameterresonanzeffekts signifikant reduziert werden können.

Parametric forced tuned solid body vibration damper for biaxial excited engineering structures
A parametric forced tuned solid body vibration damper is presented for the application to biaxial excited engineering structures. At first the coupled nonlinear equations of motion are derived and the phenomenon of parametric resonance in solid body dampers is analysed. If the vertical vibration frequency of the main system agrees with a parameter resonance frequency the solid body damper is excited to unstable forced vibrations. The influence of parametric forcing to the vibration damping effectiveness of a single storey framed structure equipped with a tuned solid body damper is investigated in the first part of this paper. A cut-off damping value is presented to avoid parametric resonance in the damper. The second part of the paper deals with the targeted use of parametric resonance in solid body dampers to reduce the vertical vibrations of engineering structures and a biaxial pedestrian excited footbridge with parametric forced tuned solid body dampers attached is investigated. It is shown that the initially unstable vibrations of the solid body damper become stable and that the maximum forced vertical vibrations of the footbridge under biaxial resonance excitation can be reduced significantly.

Das Bauen in Städten und Ballungsräumen gehört weltweit zu den größten Ressourcenverbrauchern. Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) in Deutschland stellt Anforderungen an den energetischen Standard für den Neubau. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Reduktion des Primärenergiebedarfs für die Wärmeversorgung im Betrieb. Die erforderliche nicht erneuerbare Primärenergie (graue Energie) der in Gebäuden eingesetzten Materialien und der damit einhergehende Ressourcenverbrauch ist jedoch zusätzlich zu beachten. Die bei der Errichtung von Gebäuden umgesetzte graue Energie wurde bereits vielfach untersucht und beschrieben. Dieser Beitrag befasst sich mit der anfallenden grauen Energie über den gesamten Lebenszyklus von Immobilien. Insbesondere werden die Aufwendungen nach der Errichtung für Instandsetzung und Entsorgung untersucht. Hierzu wird ein Prognosemodell auf Basis der Methodik der Standardraumstrukturen von Kornblum und Greitemann entwickelt und auf das Beispiel einer Wohnimmobilie angewandt.

Prediction of consumed embodied energy over the life cycle of buildings
Building in cities and metropolitan areas is one of the largest resource consumers worldwide. The Building Energy Act (GEG) in Germany places demands on the energy standard for new buildings. The focus is on reducing the primary energy requirement for HVAC during operation. However, the required non-renewable primary energy ('Graue Energie' - embodied energy) of the materials used in buildings and the associated resource consumption needs also to be taken into account. The embodied energy consumed in the construction of buildings had already been examined and described many times. This article deals with the Embodied Energy accumulated over the entire life cycle of real estate. In particular, the expenses for repair and disposal after the erection of a building will be investigated. For this purpose, a forecast model, based on the methodology of the standardized room structures by Kornblum and Greitemann, is developed and applied using the example of a residential property.

Objektbasierte, digitale 3-D-Bauwerksmodelle dienen bei Anwendung der Methode Building Information Modeling als zentrale Informationsquelle für alle Projektbeteiligten und stehen damit auch im Besprechungswesen von Bauprojekten immer mehr im Mittelpunkt. Für die Durchführung modellbasierter Planungsbesprechungen gibt es jedoch kaum Orientierungsmöglichkeiten und Standards, welche eindeutige Ablaufstrukturen, Rollenverteilungen sowie grundlegende IT-Anforderungen der Räume für digitale Besprechungskonzepte betreffen. Die Potenziale der modellbasierten Kollaboration durch die Einführung der Methode BIM bleiben somit oft ungenutzt. Der vorliegende Aufsatz greift die Prozess- und Randbedingungen der BIM-Methodik und Einflussgrößen des Besprechungswesens auf, stellt die Erprobung digitaler Planungsbesprechungen in Projektszenarien anhand von drei Praxisbeispielen dar und zeigt als Ergebnis der Analyse dieser Szenarien ein phasenorientiertes innovatives Ablaufkonzept zur integralen Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung einer modellbasierten Planungsbesprechung inkl. eindeutiger Rollenverteilung sowie Empfehlungen zu Anforderungen an Datenmanagement, Raumausstattung und IT.

BIM-based collaboration - a phase-oriented process concept for virtual design reviews
Object-based, digital 3-D building models are used as a central source of information for all project participants when Building Information Modeling is applied and are thus increasingly becoming the focus of meetings in construction projects. However, there are hardly any orientations or standards for the implementation of virtual design reviews, which concern clear process structures, role distributions as well as basic IT requirements for the rooms of digital meetings. The potentials of model-based collaboration through the introduction of BIM therefore often remain unused. The present article takes up the process conditions of the BIM methodology and influencing variables of meeting processes, describes the implementation of virtual design reviews in three real projects and, as a result of the analysis of these three scenarios, shows a phase-oriented innovative process concept for the integral preparation, realisation and post-processing of a virtual design review, including a clear distribution of roles as well as recommendations on requirements for data management, room equipment and IT.

Die Digitalisierung zählt zu den wichtigsten Veränderungsprozessen in diesem Jahrhundert und betrifft alle Bereiche unserer Gesellschaft. Im Bereich des Bauingenieurwesens bietet die Digitalisierung viele Potenziale für alle Phasen des Lebenszyklus von Bauwerken, die durch Verfügbarmachung von Daten und die Definition neuer Wege der Zusammenarbeit ausgebaut werden können. Digitale Methoden, insbesondere Building Information Modeling (BIM) und Structural Health Monitoring (SHM), bieten für Ingenieurbauwerke der Infrastruktur hervorragende Ansätze, diesem Gedanken gerecht zu werden und können einen Beitrag leisten, den Bauwerksbetrieb effizienter zu gestalten. Der Prozess der Bauwerksprüfung von Infrastrukturbauwerken folgt heute festgelegten Regelinspektionsfristen. Mithilfe des vorgestellten Konzepts soll durch die Verzahnung von BIM und SHM eine digital gestützte Instandhaltung von Eisenbahnbrücken entwickelt werden, um ein prädiktives Instandhaltungsmanagement zu ermöglichen und damit die Zuverlässigkeit von Ingenieurbauwerken über die Lebensdauer hinweg zu verbessern. Im Rahmen der Konzeptentwicklung werden die erforderlichen Methoden und Prozesse definiert, erklärt und harmonisiert.

Concept for BIM-based maintenance of engineering structures with monitoring systems
Digitalization is one of the most important change processes in this century and affects all areas of our society. In the field of civil engineering, digitalization offers many potentials for all phases of the life cycle of structures, which can be expanded by making data available and defining new ways of working with them. Digital methods, in particular building information modeling (BIM) and structural health monitoring (SHM), offer excellent approaches to satisfy this idea, especially for infrastructure engineering structures and can contribute to make the structure operation more efficient. The process of inspection of infrastructure structures follows fixed deadlines. With the help of the presented concept a digitally supported maintenance of railway bridges shall be developed by the interlocking of BIM and SHM in order to enable a predictive maintenance management and thus to improve the reliability of engineering structures over the lifetime. Within the framework of concept development, the required methods and processes are defined, explained and harmonized.

In diesem Aufsatz wird der nichtlineare bzw. instationäre Zusammenhang zwischen Luft- und Bauwerkstemperatur über ein Machine-Learning-Modell abgebildet. Anhand dieser Problemstellung werden verschiedene Anwendungsfälle für Methoden des maschinellen Lernens (Regression) auf Monitoringdaten dargestellt, die aus in der Praxis aufgetretenen Fragestellungen resultieren. Dazu wird auf neuronale Netze als Methode des Machine Learnings spezifisch eingegangen, die im Kontext von Langzeitmonitoringdaten an Talbrücken der VDE 8 angewandt werden. Es wird bspw. gezeigt, dass mithilfe dieser Methoden Messfehler erkannt und kompensiert werden können oder das Bauwerksverhalten vorhergesagt werden kann. Im Ergebnis wird festgehalten, dass diese Methoden ein großes Potenzial für die automatisierte Auswertung großer Datenmengen aufweisen, da keine komplexen physikalischen Modelle benötigt werden. Der Aufsatz legt dabei den Fokus stärker auf die Anwendung von KI-Methoden als auf den mathematischen bzw. theoretischen Hintergrund der Methoden.

Prediction of the bridge temperature using monitoring data and machine learning
In this paper, the nonlinear or rather transient relationship between the air temperature and the building temperature is simulated by a machine learning model. Based on this modelling, different use cases for the application of machine learning regression methods to monitoring data are presented, which resulted from practical questions. Basic knowledge of neural networks will be given and for the calculations, long-term monitoring data of valley bridges from VDE 8 are used. It is shown, for example, that these methods can be used to detect and compensate measurement errors or to predict the behaviour of structures. The results show that these methods, have a great potential for the evaluation of large amounts of data since no physical models are required. The paper focuses more on the application of AI methods rather than on the mathematical or theoretical background of the methods.

In Zeiten, in denen der Klimawandel und der Naturschutz allgegenwärtige Themen sind, muss sich das Bauwesen die Frage stellen, durch welche Maßnahmen die Bauwerke der Zukunft ressourcenschonend und nachhaltig gebaut werden können. In dieser Hinsicht besitzen einige Disziplinen des Bauingenieurwesens, wie bspw. die Bauphysik und die Materialforschung, offensichtliches Optimierungspotenzial. Der konstruktive Ingenieurbau besitzt bei dem Entwurf und der Bemessung von Tragwerken ebenfalls ein großes Potenzial zur Optimierung, allerdings sind hier die Optimierungsmethoden hochgradig nichtlinear, komplex und zeitintensiv, weshalb sie nur selten angewendet werden. An dieser Problemstellung setzt eine neu entwickelte Methode zur Visualisierung und Verifizierung von Optimierungsergebnissen an. Die Visualisierung liefert durch die räumliche Darstellung nichtlinearer Zusammenhänge Erkenntnisse, die bei der Einordnung und Verifizierung von Optimierungsergebnissen helfen. Die neue Methode wurde anhand von Benchmark-Testproblemen getestet und erweist sich als leistungsstarkes Tool zur schnelleren und unkomplizierteren Lösung von nichtlinearen Optimierungsproblemen.

Solving non-linear optimization tasks in structural engineering - from visualization to verification of optimization results
In times when climate change and nature conservation are omnipresent issues, the building industry must ask itself which measures can be used to build the structures of the future in a resource-saving and sustainable manner. In this regard, some engineering disciplines, such as building physics and materials research, have obvious potential for optimization. Structural engineering also has great potential for optimization in the design and dimensioning of supporting structures, but the optimization methods here are highly non-linear, complex and time-consuming, which is why they are rarely used. A newly developed method for the visualization and verification of optimization results addresses this problem. Through the spatial representation of non-linear relationships, the visualization provides insights that help with the classification and verification of optimization results. The new method has been tested on benchmark test problems and has proven to be a powerful tool for faster and less complicated solving of non-linear optimization problems.

An der Ostseeküste Mecklenburg-Vorpommerns und Schleswig-Holsteins wird die Küstenlinie häufig durch Landesküstenschutzdünen geschützt. Im aktuellen Bericht des IPCC werden für die Zukunft ein deutlicher Anstieg des Meeresspiegels und eine Zunahme von Sturmfluten prognostiziert. Dünenbauwerke sind von dieser Entwicklung direkt betroffen. Im BMBF-Forschungsprojekt PADO untersuchten Wissenschaftler der Professur Geotechnik und Küstenwasserbau (Universität Rostock) zusammen mit verschiedenen Partnern, wie Dünen im Ernstfall in Längsrichtung versagen, wie Polderflächen durch eine Dünenbresche geflutet werden und wie sie sich nach Absinken der Hochwasserwelle wieder entleeren. Für die Untersuchung der Dünendynamik bei Hochwasserereignissen wurde ein großmaßstäbliches Dünenbauwerk an der Ostseeküste in Rostock-Warnemünde errichtet. Durch eine umfangreiche Instrumentierung des Bauwerks und ein neu entwickeltes innovatives Messsystem konnten alle relevanten Prozesse im Hochwasserfall erfasst werden. Die so gewonnenen Daten dienen u. a. als Grundlage für die Kalibrierung numerischer Modelle, weiterführende Untersuchungen zur Hydrologie im Hinterland und zur umwelt- und sozioökonomischen Bewertung der möglichen Auswirkungen. Mit den Ergebnissen des Projekts konnten neue relevante Erkenntnisse zur Dünendynamik generiert und die Bemessungsansätze für Dünen und kombinierte Küstenschutzsysteme mit Dünen und Deichen weiterentwickelt werden.

Investigation, analysis and evaluation of dune erosion at the German Baltic Sea coast
The coastline at the Baltic Sea in Mecklenburg-Vorpommern and Schleswig-Holstein is often protected by coastal protection dunes. The latest IPCC report predicts a significant sea level rise and an increase in storm surges in the future. Dune constructions are directly affected by this development. In the BMBF research project PADO, scientists from the Chair for Geotechnics and Coastal Engineering (University of Rostock) investigated in cooperation with various partners how dunes fail during a storm surge, how polders are flooded through a dune breach and how they empty when sea level falls again. For the investigation of the dune dynamics during storm surges, a large-scale dune construction was built on the Baltic Sea coast in Rostock-Warnemünde. Through complex instrumentation of the construction and a new innovative measurement system, all relevant processes during the storm surge could be measured. The obtained knowledge was the base for the calibration of numerical models, further investigations of the hydrology in the hinterland and for the environmental and socio-economic evaluation of the possible consequences. With the results of the project new relevant knowledge on dune dynamics could be generated. The design approaches for dunes and combined coastal protection systems with dunes and dikes could be approved.

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.

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.

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.

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.

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.

Holz ist ein Werkstoff mit langer Tradition und breitem Anwendungsspektrum. Der Beitrag gibt einen Einblick in die Methodenentwicklung für die numerische Simulation historischer Kulturgüter aus Holz mit der Finite-Elemente-Methode. Die vorgestellten Ansätze sind konsistent auf alle Klassen von Holzstrukturen übertragbar. Die Materialeigenschaften von Holz sind grundsätzlich nichtlinear, skalen-, richtungs-, klima- und zeitabhängig. In Holzstrukturen tragen u. a. auch Klebfugen, Lackierungen und Furniere wesentlich zum klimaabhängigen Strukturverhalten bei. An Strukturbeispielen werden die Einflüsse des Materials, der mechanischen und insbesondere der klimatischen Beanspruchungen auf das zeitabhängige Strukturverhalten sowie die Ansätze der numerischen Simulation zur Bewertung des Tragverhaltens von Holzstrukturen mit aktuellen Modellen verdeutlicht. Der vorliegende Beitrag wurde am 18. Oktober 2019 im Rahmen des 23. Dresdner Baustatik Seminars präsentiert.

New numeric simulation for old wooden structures
Wood is a construction material with a long tradition and a wide area of application. This contribution gives insight into the numerical simulation of historical wooden cultural heritage objects by means of the Finite Element Method. The material properties of wood are mutually non-linear, scale-, direction-, climate- and time-dependent. Within wood or timber structures, also glued joints, varnishes and veneers contribute to the climate-dependent structural behaviour. The influence of the material, the mechanical and the climate loadings on the time-dependent structural behaviour and the approaches of the numerical simulation for the evaluation of the wooden structures' load-bearing behaviour are represented by current models on structural examples. This contribution has been presented on 18 October 2019 at the “23. Dresdner Baustatik Seminar”.

Dieser Aufsatz beschreibt ein neuartiges Konzept für den Einsatz von Dünnglas im Glas- und Fassadenbau. Einleitend werden grundlegende Eigenschaften von Dünnglas vorgestellt und Konsequenzen für den Einsatz im Bauwesen abgeleitet. Im Weiteren wird die Idee einer möglichen innovativen Anwendung von Dünnglas präsentiert. Vielversprechend erscheint der Einsatz in Dünnglaspaneelen mit 3-D-gedruckten, eingeklebten und aussteifenden Kunststoffkernen. Erste kleinmaßstäbliche Prototypen und Designstudien wurden in einer Reihe von Masterarbeiten an der TU Delft untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse bestätigten das Potenzial von Dünnglas im Bauwesen. Aktuelle Untersuchungen am Institut für Baukonstruktion der TU Dresden beinhalten die Fortführung und Weiterentwicklung dieser Arbeiten. Auszugsweise werden hier erste Ergebnisse für 3-D-gedruckte Kunststoffkerne im Hinblick auf Material- und drucktechnische Eigenschaften sowie Anforderungen vorgestellt. Erkenntnisse zur reproduzierbaren Druckqualität und Formfindung ergänzen anschaulich die Ausführungen. Die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass Dünnglaspaneele mit eingeklebten, 3-D-gedruckten Kernen ein vielversprechendes Konzept für den Bau von leichten Fassadenelementen darstellen.

Material testings of 3-D printed cores for thin glass panels
This paper describes the use of thin glass in a new concept for glass and facade construction. First of all, the basic properties of thin glass are presented and consequences for its use in building construction are identified. Then, the concept of using thin glass facade panels with 3-D printed, adhesively bonded and stiffening polymer cores is presented. Small-scale prototypes and design studies were performed in a series of master theses at the TU Delft. The insights gained from these studies confirmed the potential of thin glass in building construction. Current investigations at the Institute of Building Construction at TU Dresden include the continued and further development of this work. First results for 3-D printed polymer cores with regard to their material and printing properties as well as the requirements are presented. Findings on reproducible printing quality and form finding supplement the designs in a clear manner. From the here presented studies, it is concluded that thin glass panels with adhesively bonded 3-D printed cores are a feasible and promising concept for the construction of lightweight façade panels.