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CPC (Carbon Prestressed Concrete)-Platten sind mit Carbonfasersträngen armiert und vorgespannt. Diese neuentwickelten Platten sind bei gleicher Biegetragfähigkeit deutlich schlanker als herkömmliche Stahlbetonplatten. Dadurch werden das Gewicht und der Materialverbrauch gegenüber herkömmlichen Stahlbetonlösungen deutlich reduziert. Die Tragwirkung von CPC-Platten ist analog derjenigen von vorgespanntem Stahlbeton. Die Bemessung erfolgt anhand der bauaufsichtlichen Zulassung Z-71.3-42 des Deutschen Instituts für Bautechnik. Insbesondere bei Brückenbelägen wird rechnerisch häufig der Nachweis der Einzellast (Unterhaltsfahrzeug) maßgebend. In diversen Versuchen an der TU Graz sowie an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) konnte gezeigt werden, dass die Einzellasten deutlich besser abgetragen werden können, als in der Zulassung rechnerisch angesetzt. Die mitwirkende Breite spielt dabei eine entscheidende Rolle.

Large load-bearing reserves for point loads on CPC panels
CPC (carbon prestressed concrete) panels are reinforced and prestressed with carbon fibre strands. Thanks to the high strength of the carbon reinforcement, the prestressing and its corrosion resistance, structural components in CPC design can be made significantly slimmer and lighter with the same bending load capacity. This significantly reduces the weight and material consumption compared to conventional solutions. The load-bearing behaviour of CPC panels is analogous to prestressed reinforced concrete. The design is carried out based on the technical approval Z-71.3-42 of the DIBt (Deutschen Instituts für Bautechnik). Especially in the case of bridge decks the point load (maintenance vehicle) is often decisive for the static verification. In various tests at the Graz University of Technology, as well as at the ZHAW (Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften), it could be shown that the point loads can be transferred much better than calculated according to the approval. The effective width plays a decisive role in this matter.

Der Ablauf der tatsächlichen Schädigungsentwicklung unter Berücksichtigung von Spannungsumlagerungen an ermüdungsbeanspruchten großformatigen Bauteilen wird unter Anwendung von neuen experimentellen Bauteilprüfverfahren und Messmethoden untersucht und durch numerische Simulationen validiert. Mit zunehmender Lastwechselzahl kommt es zu Veränderungen der gemessenen Dehnungen im Querschnitt. Im höchstbelasteten Bereich der Betondruckzone konnte die Degradation durch Anwendung von Ultraschalllaufzeitmessungen beobachtet werden. In der numerischen Simulation wurden Spannungsumlagerungen nachgewiesen. Durch das Resonanzprüfverfahren können Ermüdungsuntersuchungen an großen Bauteilen in hohen Lastwechselzahlbereichen sehr effektiv und effizient durchgeführt und dabei präzise Prüflasten aufgebracht werden, wodurch sich ein umfangreiches neues Untersuchungsfeld erschließen lässt. Die Ultraschalllaufzeitmessung zeigt sich als geeignete Messmethode zur Untersuchung der Betondegradation auch bei starken Erschütterungen während des Versuchs und könnte daher auch bei Versuchen an realen Bauwerken Anwendung finden.

Fatigue tests on large scale concrete specimens using the resonant test principle
The process of the actual degradation development under regard of stress redistribution on fatigue effected large scale components will be investigated using new experimental testing and measurement methods and will be validated using numerical simulations. During the increasing number of load cycles the measured strain has changed along the cross-sectional height. In the concrete compression area with the highest stress the degradation was observed using an ultrasonic time-of-flight measurement system. The stress redistribution was also proven in the numerical simulation. By means of the resonant test principle the fatigue tests have been realized very effective and efficient on large scale components at high number of load cycles while a high accuracy of the test load was achieved. This opens a wide field of research, which will be investigated further. The ultrasonic measurements have been proven a suitable measurement method which have been carried out under the strong vibrations during the test and could be applied to measurements on real civil structures for the same purpose.

Das Verbundverhalten von Betonschrauben mit großem Durchmesser wird mittels Auszugsversuchen mit enger Stützung untersucht. Durch das Eindrehen von Betonschrauben in das erstellte Bohrloch wird eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt, über deren Verhalten wenig bekannt ist. Zusätzlich zur konventionellen Installation auf Basis des Hinterschnitts wurde eine Variante mit zusätzlichem Verbundmörtel untersucht. In ersten Versuchen wird der Einfluss der Verbundlänge der Schrauben auf das Tragverhalten durch Variation der Anzahl an Gewindegängen für verschiedene Betondruckfestigkeiten betrachtet. Um genauere Auskunft über die Spannungsverteilung im Kraftübertragungsbereich zu erhalten, wurden anschließend zwei Arten von Messschrauben mit Dehnmessstreifen im Verbundbereich entwickelt. Aus den Erkenntnissen, die mit diesen Messschrauben gewonnen wurden, wird eine Ansatzfunktion abgeleitet, mit welcher die Verteilung der Längsspannung beschrieben werden kann. Aus dieser Verteilung kann anschließend analytisch auf die Verbundspannungsverteilung rückgerechnet werden. Abschließend wird ein Vergleich mit dem gängigen Ansatz einer konstanten Verbundspannung untersucht.

Bond properties of concrete screws with large diameter
Pullout tests with close support were performed to achieve information about the bond behaviour of concrete screws with large diameter. Concrete screws are screwed in drilled holes in the concrete and cut themselves into the drill hole wall. There is little information about the properties of this force-locked connection. Therefore, tests with different bond-lengths and different concrete compressive strengths were performed. An additional type of installation with bond mortar was investigated too. After this test series two types of measurement screws with several strain gauges in the bond area were developed to get information on the strains in this area. Out of this strains an initial function was determined to characterize the axial stress distribution in the bond area. From this function, the distribution of the bond stresses can be determined. In the end, a comparison between the common approach of a constant bond stress to the new initial function was made.

Zur Verankerung von Querkraftzulagen und offenen Bügeln im Brandfall mit 90°-Winkelhaken gibt es bisher nur wenige, teilweise widersprüchliche Informationen. Während beispielsweise gemäß Heft 525 des DAfStB (2010) 90°-Winkelhaken bei Querkraftzulagen und Anforderungen an die Feuerwiderstandsdauer ≥ R90 nicht auf einer brandbeanspruchten Plattenseite angeordnet sein sollen, wird im Heft 600 des DAfStB (2012) die Verankerung von Querkraftzulagen allgemein und von Schenkeln offener Hutbügel in der Druckzone mit 90°-Winkelhaken auch bei einer Feuerwiderstandsdauer ≥ R90 als ausreichend bezeichnet. Um zu dieser Frage weitere Erkenntnisse zu gewinnen, wurden an der TU Kaiserslautern Tastversuche zum Tragverhalten von 90°-Winkelhaken und 135°-Haken unter Brandbeanspruchung durchgeführt. Hierbei wurde sowohl das Tragverhalten im gerissenen als auch im ungerissenen Querschnitt untersucht. Kam es während des Brandversuchs innerhalb von 120 Minuten nicht zum Versagen der Haken, wurde die Resttragfähigkeit in einem Auszugversuch ermittelt. Es konnten signifikante Unterschiede im Tragverhalten der untersuchten Hakenformen gezeigt und Empfehlungen für die Praxis abgeleitet werden.

Anchorage of links in slabs under fire conditions
There are only a few contradictory statements concerning anchorage of links with 90°-standard bends in case of fire. Booklet 525 of the DAfStB (2010) recommends not to use these bends for a fire resistance class ≥ R90 on the fire stressed site of a plate. In booklet 600 of the DAStB (2012) anchorage of links and hat-shaped shear reinforcement in the compressive zone with 90°-bends is described also as sufficient. In order to gain further experience tests with 90°-bends and 135°-hooks under fire stress were carried out at TU Kaiserslautern. Load behavior of the bends in cracked and noncracked section was investigated. If failure did not occur during the 120 min test period the remaining load capacity was determined in a pull-out test. Significant differences between the load behaviors of the analyzed bending molds were found and recommendations for practice have been worked out.

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Seit 1997 wurden weltweit ca. 30 Brücken aus UHFB (Ultrahochfester Beton) gebaut. Wegen der hohen Leistungsfähigkeit von UHFB, vor allem in Bezug auf seine Festigkeits- und Dauerhaftigkeitseigenschaften, ist er geradezu prädestiniert für Ingenieurbauwerke und damit auch für Brücken. Übliche Konstruktionsprinzipien des Betonbaus lassen sich jedoch nicht einfach auf den neuen Werkstoff übertragen. Die konsequente Einbeziehung der Eigenschaften und Besonderheiten des neuen Werkstoffes sowie die Berücksichtigung der Forderungen der Nachhaltigkeit führen zu filigranen, modularen und flexiblen Bauweisen, die sich ihrem Konstruktionsprinzip nach zwischen Beton- und Stahlkonstruktionen einordnen lassen. Bei Betrachtung der gesamten Lebenszykluskosten sind mit solchen Bauweisen wirtschaftliche Bauwerke mit eminentem Nutzen für die Volkswirtschaft möglich. Nach einer allgemeinen Betrachtung werden anhand der Erfahrungen bei Konstruktion, Bemessung und Ausführung von drei verschiedenen Pilotprojekten in Österreich die Besonderheiten und neuen Erkenntnisse beispielhaft erläutert.

Special Features of Material and Structure in the Application of UHPC for Bridge Construction exemplified by three Pilot Projects
Since 1997 nearly 30 bridges have been built worldwide using UHPC (Ultra High Performance Concrete). Due to the high performance of UHPC, especially owing to its strength and durability properties, this material is predestined for engineering structures and as a result also for bridges. Common design philosophies in concrete construction can not easily be adapted to this new material. The consistent incorporation of the properties and special features of this new material as well as the demands for sustainability lead to filigree, flexible and modular buildings. Therefore the design philosophy can be classified between concrete and steel constructions. Considering the complete life-cycle costs, such constructions permit economical buildings with an eminent benefit for the national economy. After general consideration, the special properties and the new insights gained are exemplified based on experiences during construction, dimensioning and implementation of three different pilot projects in Austria.

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During a shield TBM excavation in hard rock, the immediate backfill of the crown immediately behind the shield is technically difficult to realize. With the advance of the cutter head a relocation process of pea gravel within the annular gap is triggered, leading to an insufficient bedding distribution of the first segments behind the shield tail and to an ovalization of the segmental lining at a certain load level. During a test application as part of an “TBM research initiative” of the Austrian Federal Railways geotextile tubes were integrated into the exterior surface of the segments. Immediately after leaving the shield tail, the geotextile tube, which is placed all around one ring of segments, is expanded by injection with grout. As a result, an immediate bedding between the rock mass and segmental lining is established, also preventing the rearrangement of pea gravel within the annular gap when the shield is moved forward. The displacement measurements have shown that the ring of segments equipped with geotextile tubes experiences a more rigid body motion like behaviour after leaving the shield tail with a minimal ovalization only. Numerical simulations show the influence of bedding improvement on the ovalization of the ring of segments after leaving the shield tail.
Während eines Schildvortriebs im Festgestein ist die sofortige Herstellung einer vollständigen Bettung des Tübbingrings im Firstbereich unmittelbar nach Verlassen des Schilds technisch schwer realisierbar. Bei fortschreitendem Vortrieb kommt es zu einer Umlagerung von Perlkies im Ringspalt, wodurch die Tübbinge unmittelbar hinter dem Schildschwanz unzureichend gebettet sind und es bei entsprechendem Lastniveau zu einer Ovalisierung des Tübbingrings kommen kann. Bei einem Testeinsatz im Rahmen einer “ÖBB-TVM Forschungsinitiative” wurden Geotextilschläuche an der Außenseite der Tübbinge integriert. Unmittelbar nach dem Ausschieben des Tübbingrings aus dem Schildschwanz wird der ringsum laufende Geotextilschlauch durch Verpressen mit einer Mörtelsuspension expandiert. Hierdurch wird eine sofortige Bettung zwischen Gebirge und Tübbingausbau hergestellt und die Umlagerung von Perlkies im Ringspalt beim Nachziehen des Gripperschilds verhindert. Verformungsmessungen haben gezeigt, dass sich der mit Geotextilschläuchen ausgestattete Tübbingring nach Verlassen des Schildschwanzes annähernd als Starrkörper verhält und es nur zu geringfügigen Ovalisierungen kommt. Durch numerische Simulationen kann der Einfluss der Bettungsverbesserung auf die Ovalisierung des Tübbingrings unmittelbar nach Verlassen des Schildschwanzes belegt werden.

Die 45 m weit spannende Gitterschale des Academy Museum of Motion Pictures in Los Angeles, entworfen von Renzo Piano Building Workshop (Genua) in Zusammenarbeit mit Knippers Helbig (Stuttgart, New York), ist das Herzstück des im Frühjahr 2021 fertiggestellten Filmmuseums. Die Konstruktion versteht sich einerseits geometrisch als Fortsetzung des kugelförmigen Neubaus aus Stahlbeton, setzt sich jedoch andererseits aufgrund der filigranen Stahlrundrohr- und Vollprofile, diagonalen Seilverspannung und schindelartigen Glaseindeckung als hochtransparenter, architektonischer Kontrast vom restlichen Baukörper ab. Die Kuppel überdacht die sogenannte “Dolby”-Terrasse, ein Ort für besondere Ausstellungen und Veranstaltungen, und ist das Ergebnis einer komplexen Komposition vielfältiger tragender und nicht tragender Bauteile: Stahltragwerk, Beschattungssysteme, Belichtung, Elektrizitätsleitungen, Sprinklerrohre, Wartungszugänge. In der Ausarbeitung der zur Schau gestellten Funktionalität des Tragwerks, bei gleichzeitiger Bewahrung der visuellen Leichtigkeit, lag das Hauptaugenmerk des mehrjährigen Entwurfsprozesses in Zusammenarbeit mit den Architekten. Der vorliegende Aufsatz beschreibt wichtige Meilensteine im Entwurfs- und Berechnungsprozess, von strategischen Weichenstellungen in der grundlegenden Konzeption der Gitterschale bis zur Detaillierung des Stahl-Leichtbaus.

Design and analysis of the steel and glass dome of the Academy Museum of Motion Pictures
The 45-m-wide spanning grid shell of the Academy Museum of Motion Pictures, designed by Renzo Piano Building Workshop (Genoa) in collaboration with Knippers Helbig (Stuttgart, New York), is the centerpiece of the museum, which was completed in spring 2021. On the one hand, the construction is geometrically a continuation of the spherical new building made of reinforced concrete, but on the other hand sets itself apart from the rest of the building as a highly transparent, architectural contrast due to the filigree round HSS and solid profiles, diagonal cable bracing and shingle-like glazing. The dome covers the so-called “Dolby” terrace, a place for special exhibitions and events, and is the result of a complex composition of a variety of load-bearing and non-load-bearing components: primary steel structure, shading systems, lighting, electricity conduits, sprinkler pipes, maintenance catwalks. The main focus of the multi-year design process in collaboration with the architects lay in the elaboration of the showcased functionality of the structure, while at the same time maintaining the visual lightness. The article describes important milestones in the design and analysis process, from strategic decisions with regards to the basic conception of the grid shell to the detailing of the lightweight steel structure.

Der Tragfähigkeitsnachweis von Augenstäben an Bolzenverbindungen ist seit Jahrzehnten in vielen Normen und Regelwerken zu finden. Dies trifft jedoch nur auf statische Lasten zu, während Betriebsfestigkeitsnachweise kaum zu finden sind. Im Kranbau spielen jedoch Bolzenverbindungen eine herausragende Rolle, so dass Betriebsfestigkeitsnachweise bemessungsrelevant erscheinen. In diesem Beitrag soll eine Verfahrensweise beziehungsweise Nachweisform dargestellt werden, die im Besonderen auf die Erfordernisse des Kranbaus abgestimmt ist.

About the creep strength of eyebars in the crane construction depending on time - a practical application example.
Since decades the ultimate limit state of eyebars of pin joints is present in rules and standards. But this applies only to static loads and not for fatigue proofs. Pin joints play a decisive role in crane construction and due to fatigue proofs appear to be reasonable. In this contribution a procedure is presented which agrees with particular requirements of crane construction.

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Bei vorhandenen stählernen Stabbogenbrücken mit freistehenden Bögen werden häufig seitliche Bogenschwingungen festgestellt. Diese resultieren aus kritischen Achsfolgeimpulsen überfahrender Lkw und Resonanz. Vielfach wird ein langes Nachschwingen beobachtet. Hieraus folgt eine große Ermüdungsbeanspruchung für den Bogen und die angrenzenden Bauteile, welche mit den Ermüdungslastmodellen aus den aktuell gültigen DIN-Fachberichten unzureichend erfasst wird. Um bei Neuplanungen solcher Brücken die große Ermüdungsbeanspruchung zu berücksichtigen, wird hier ein erweitertes Ermüdungslastmodell zur Bemessung vorgeschlagen. Dieses wird ELM 3a genannt und in Anlehnung an die DIN-Fachberichte aufgestellt. Für das ELM 3a werden ein anpassbarer Achsabstand und eine anpassbare Geschwindigkeit eingeführt, um die Bogenschwingung zu maximieren. In diesem Zusammenhang wird eine vereinfachte Impulsform für die Radlasten angegeben, die z. B. in einer FEM-Berechnung verwendet werden kann.

An adjustable fatigue load model for steel bowstring bridges with free standing arches.
Lateral arch vibrations are frequently observed at existing steel bowstring bridges. These result from critical axle arrangement loads of crossing trucks and resonance. A long post oscillation is often detected. Hence, a large fatigue load for the arch and the adjacent construction components exists, which is included in the actual standards insufficiently. An extended fatigue load model for structural design is presented to incorporate the large fatigue load while planning such bridges. It is called ELM 3a and is based on the fatigue load model 3 given in DIN Fachbericht 101. An adjustable distance between axles and an adjustable speed are introduced for the ELM 3a to maximize the lateral arch vibrations. A simplified impulse form is given for the wheel loads in this context, which can be used in an FEM calculation for example.

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• Auszeichnung des Deutschen Stahlbaues 2010 für Joachim Naumann
• kestnerdialoge: Architekt Christoph Ingenhoven im Interview
• Lehrinstitut in Rosenheim hat neuen Geschäftsführer
• Zeitschrift geotechnik ab 2011 bei Ernst & Sohn

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Hybride Turmkonstruktionen für Windenergieanlagen haben sich in den letzten Jahren vor allem für Anlagen mit großen Nabenhöhen etabliert. Der obere Teil derartiger Türme besteht aus Stahlsektionen, wohingegen sich der untere Teil aus vorgespannten Betonfertigteilringen zusammensetzt. Die zwangsläufig zwischen den Betonfertigteilen entstehenden Horizontalfugen werden üblicherweise als Trockenfugen ausgeführt. Aufgrund der fehlenden Ausgleichsschicht in der Fuge entstehen erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit der Fugenoberflächen. Aus Messdaten von realen Segmenten von Windenergieanlagen konnte abgeleitet werden, dass die Fugenoberflächen Ungenauigkeiten hinsichtlich der Querschnittsform und Ebenheit aufweisen. Mittels numerischer Simulationen wurde der Einfluss dieser Imperfektionen auf das Fugentragverhalten unter kombinierter Belastung aus Vorspannung, Biegung und Torsion untersucht. Es zeigt sich, dass in Abhängigkeit von der Imperfektionsart und vom Vorspanngrad Imperfektionen das Fugentragverhalten erheblich beeinflussen können.

Effects of imperfections on joint bearing capacity of segmented tower structures
Hybrid tower structures for wind turbines have become established in recent years, especially for turbines with large hub heights. The upper part of these towers consists of steel sections, whereas the lower part is made up of prestressed precast concrete rings. The horizontal joints between the precast concrete elements are usually designed as dry joints. Due to the lack of a compensation layer in the joint, increased demands are made on the accuracy of the joint surfaces. From measurement data of real segments of wind turbines, it could be deduced that the joint surfaces show imperfections with respect to the cross-sectional shape and flatness. Numerical simulations were used to investigate the influence of these imperfections on the joint support behaviour under combined loading of prestressing, bending and torsion. It is shown that, depending on the type of imperfection and the degree of prestressing, imperfections can have a considerable influence on the joint load-bearing behaviour.

Zur Realisierung von leichten, zweiachsig gespannten Decken werden Hohlkörpersysteme vermehrt eingesetzt, was zu einer wirtschaftlichen und ressourcenschonenden Bauweise führt. Bei der Bemessung und Konstruktion muss das besondere Tragverhalten dieser Systeme berücksichtigt werden. Es werden experimentelle Untersuchungen notwendig, um ein abgesichertes Bemessungsmodell aufstellen zu können. Mittels numerischer Untersuchungen können die Versuche nachgerechnet und Parameterstudien durchgeführt werden. Vereinfachungen und Bemessungshilfen ermöglichen den Tragwerksplanern eine einfache Bemessung und Konstruktion analog der massiven Flachdecke. Bei Berücksichtigung der Bemessungs- und Konstruktionsregeln können zweiachsig gespannte Stahlbetondecken mit abgeflachten rotationssymmetrischen Hohlkörpern auf dem bauaufsichtlich geforderten Sicherheitsniveau hergestellt werden.

Design and construction of two-way spanning reinforced concrete slabs with flattened rotationally symmetrical void formers
For the realization of lightweight, two-way spanning concrete slabs, hollow body systems are increasingly used, resulting in economic and resource-efficient constructions. In the design and construction, the special structural behavior of these systems must be considered. In order to establish a safe design model, experimental investigations are required. By numerical investigations, the tests can be modeled and parametric studies can be carried out. Simplifications and design tools allow a simple design and construction similar to the conventional reinforced concrete slabs. By considering the design and detailing rules of two-way spanning concrete slabs with flattened rotationally symmetrical void formers, the safety level required by the building authority is met.