Beim Studium historischer Erläuterungsberichte, wie bspw. zum Bau des Erfurter Flutgrabens in den Jahren 1890-1898, stößt man immer wieder auf die sog. “Kuttersche Formel” und damit auf die Frage, wer eigentlich der Namensgeber dieser hydraulischen Abflussformel war. In den allgemeinen, frei zugänglichen Quellen findet man hierzu nur begrenzte Hinweise, welche im Wesentlichen den wissenschaftlich-technischen Hintergrund erläutern. Unterzieht man sich aber der Mühe, die familiären Beziehungen über vier Generationen hinweg zu recherchieren, und hat man dabei noch das Glück, mit Samuel Kutter einen promovierten Physiker als Ururenkel zu finden, so kann man auch heute noch ein beeindruckendes Portrait von Wilhelm Rudolf Kutter nachzeichnen.

Wilhelm Rudolf Kutter - portrait of a hydraulic engineer
When studying historical explanatory reports, such as the construction of the Erfurt flood ditch between 1890 and 1898, one repeatedly comes across the so-called “Kuttersche Formula” and thus the question of who actually gave this hydraulic discharge formula its name. In the general, freely accessible sources, there are only limited references to this, which essentially explain the scientific and technical background. But if you take the effort to research family relationships over four generations and if you are lucky enough to find a doctorate in physics as a great-great-grandson in Samuel Kutter, you can still trace an impressive portrait of Wilhelm Rudolf Kutter today.

Bodenplatten werden i. d. R. mit dem Bettungsmodulverfahren berechnet. Dessen wesentlicher Vorteil liegt in der Einfachheit der Modellbildung. Die Defizite des Verfahrens sind aber auch hinlänglich bekannt. In den im konstruktiven Ingenieurbau verwendeten Finite-Element-Programmen stehen heute durchaus mechanisch konsistentere Verfahren wie das Steifemodulverfahren oder die Modellierung des Baugrunds mit Volumenelementen zur Verfügung. Anhand einer Parameterstudie mit einer rechteckförmigen Bodenplatte werden die Ergebnisse des Bettungsmodulverfahrens mit denjenigen des Steifemodulverfahrens für typische Belastungsarten und Bodenarten verglichen und bewertet. Es zeigt sich, dass die Ergebnisse des Bettungsmodulverfahrens i. d. R. auf der sicheren Seite liegen, d. h. die Biegemomente in der Bodenplatte überschätzen. Dies ist aber nicht immer - insbesondere nicht bei Flächenlasten - der Fall.
Anhand des Beispiels einer Bodenplatte mit linienartigen Wandlasten und Einzellasten durch Stützen werden Effekte, die sich bei der Überlagerung von Lastfällen einstellen, untersucht. Dabei wird deutlich, dass bei der Überlagerung von Biegemomenten mit unterschiedlichen Vorzeichen, die sich beispielsweise bei positiven Momenten unter Stützen mit negativen Momenten aus Wandlasten an den Plattenrändern ergeben, sich beim Bettungsmodulverfahren Ergebnisse auf der unsicheren Seite einstellen können. In solchen Fällen wird bei Berechnungen nach dem Bettungsmodulverfahren empfohlen, die abmindernden Biegemomente aus Wandlasten nicht in voller Größe anzusetzen oder die Bodenplatte mit dem Steifemodulverfahren zu berechnen. Alternativ kann eine geeignete, dem Steifemodulverfahren entsprechende Bettungsmodulverteilung iterativ bestimmt werden.

Modeling of soil-structure interaction in the finite element analysis of foundation plates
In the finite element analysis of mat foundations soil is generally modelled by the subgrade reaction modulus method (Winkler springs). In practice this model is chosen mainly due to its simplicity. The shortcomings of this simplifying soil model are well known. Today's finite element software for structural engineering include mechanically consistent models for soil as e. g. the constrained modulus method which represents soil as an elastic half-space or the modelling of soil by 3-D solid finite elements. In a parametric study of a rectangular foundation mat for typical types of loadings and soils the results obtained by the subgrade modulus method and the constrained modulus method are compared. It is shown that the results of the subgrade modulus method are generally “on the safe side” compared to the constrained modulus method, i. e. the results of the subgrade modulus method overestimate the bending moments in the slab. However this does not apply for areal loads.
For a foundation mat with line loads applied by walls and point loads applied by columns effects are investigated which result from the superposition of both load cases. The superposition of bending moments with different signs resulting from positive moments under columns and negative moments due to walls at the edges of the foundation is examined. It is shown that in the case of the subgrade reaction method the overestimation of the negative bending moments due to the walls by the subgrade reaction method results in an underestimation of the superposed positive moments under the columns, i. e. the results of the subgrade reaction method are no more “on the safe side”. It is recommended to reduce the bending moments due to walls obtained by the subgrade reaction method for superposition or to model soil as elastic half-space by the constrained modulus method. Alternatively a subgrade modulus distribution under the slab corresponding to an elastic half-space can be determined iteratively.

Der Arbeitskreis Geotechnik der Deponiebauwerke hat in den Empfehlungsgruppen E1 bis E5 bisher 76 Empfehlungen veröffentlicht. Die jährliche Publikation wird fortgesetzt durch eine grundlegend überarbeitete Fassung der zuletzt im Jahre 2001 erschienenen Empfehlung E2-36 “Oberflächenabdichtungssysteme mit Tondichtungsbahnen”. In die Überarbeitung sind die jüngsten Forschungsergebnisse, Erfahrungen mit der Planung, dem Bau und der messtechnischen Überwachung von Maßnahmen eingeflossen.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit bietet es sich bei einigen Bauteilen an, konventionelle Betonstahlbewehrung durch Bewehrungselemente aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) zu ersetzen. Hierbei sind in der Vergangenheit im wesentlichen Bewehrungselemente mit Glas- oder Carbonfasern eingesetzt worden. An der FH Kiel wurde in den letzten zwei Jahren das Tragverhalten von Betonbauteilen mit Basaltfaserstabbewehrung untersucht und konkrete Anwendungen entwickelt. Der Beitrag fasst die Erkenntnisse zusammen.

Load-bearing capacity and applications of concrete components with reinforcement made of basalt fiber-reinforced polymers
To improve the durability of some components, it is advisable to replace conventional reinforcing steel with reinforcement elements made of fiber-reinforced plastic (FRP). In the past, reinforcement elements with glass or carbon fibers were mainly used for this purpose. At Kiel UAS, the load-bearing behavior of concrete components with basalt fiber reinforcement has been investigated and specific applications have been developed over the past two years.

Aus ultrahochfestem Beton (UHPC) lassen sich extrem filigrane Strukturen errichten. Strukturoptimiert sind diese material- und ressourceneffizient. Die Querschnitte sind nicht mehr zwangsläufig massige Vollquerschnitte, sondern können beliebige Formen annehmen. Durch geometrische Ungenauigkeiten, die für bewehrte Bauteile aus Normalbeton inhärent im Teilsicherheitskonzept berücksichtigt werden, können bei sehr schlanken UHPC-Querschnitten die tatsächlichen Tragfähigkeiten überschätzt werden. Für eine Bemessung gegen Biegung (M) mit Längskraft (N) werden dazu M-N-Interaktionsdiagramme hergeleitet, welche die Materialmodelle der in Entstehung befindlichen DAfStb-Richtlinie “Ultrahochfester Beton” adaptieren. Es zeigt sich, dass in biege- und druckdominanten Dehnungsbereichen der Einfluss von geometrischen Ungenauigkeiten maßgeblichen Einfluss auf die Tragfähigkeit besitzt. Daher müssen bei der Herstellung von schlanken UHPC-Bauteilen die Anforderungen an die Qualitätssicherung höher ausfallen, z. B. durch eine qualitätsgesicherte automatisierte Vorfertigung. Alternativ sind konservativ reduzierte Querschnitte anzusetzen. Für hochbewehrte Bauteile wird zusätzlich der Ansatz von Nettoquerschnittswerten empfohlen.

M-N design for slender UHPC sections
Ultra-high performance concrete (UHPC) allows for extremely slender structures to be built. Due to structural optimization, these are material- as well as resource-efficient. Cross-sections are no longer solid and heavy, but become freely formable. Due to geometric inaccuracies - inherently considered by the partial safety factor concept for components made of normal strength reinforced concrete, the actual load-bearing capacities might be overestimated for very slender cross-sections made of UHPC. To design sections subjected to combined bending (M) and axial forces (N), M-N design charts are derived, which adapt the material models of the DAfStb guideline “Ultra-High-Strength Concrete” being currently developed. In bending- and compression-dominant strain regions, geometric inaccuracies decide on the load-bearing capacity. Therefore, the requirements for quality assurance, e.g. in lean production for fabrication of slender UHPC components must be higher. Alternatively, conservatively reduced cross-sections should be used. For highly reinforced components, the use of net sectional properties is strongly recommended.

Herrn Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. E.h. mult. Dr. h.c. Stefan Polónyi zum neunzigsten Geburtstag gewidmet
Die Stahlbetonbauweise wurde in ihren Anfängen mit ingeniösen, materialsparenden Konstruktionen verbunden, entworfen aus dem Verständnis des kongenialen Zusammenwirkens der beiden Werkstoffe Beton und Stahl. Heutzutage ist Stahlbeton das am meisten eingesetzte Material im Bauwesen. Durch den Einsatz von Systemschalungen und einfach zu verlegenden Flächenbewehrungen werden Baukonstruktionen gefördert, die in Bezug auf Lohnkosten optimiert sind, aber oftmals eine ineffiziente Materialausnutzung aufweisen. Stefan Polónyi hat in diesem Zusammenhang immer wieder das mangelnde Verständnis der Ingenieure für das Zusammenwirken von Beton und Bewehrung kritisiert. Mit dem Beton-3D-Druck steht eine digitale Fertigungstechnologie bereit, die eine neue Gestaltungsfreiheit im Betonbau ermöglicht bei gleichzeitig ressourceneffizientem Materialeinsatz. Für die Integration der Bewehrung besteht die Chance für eine kraftflussgesteuerte Führung in den zugbeanspruchten Bereichen. Dies erfordert neue Strategien für die kombinierte Additive Fertigung von Beton und Bewehrung.

Strategies for the reinforcement for 3D-concrete-printing
The ingenious bridge, hall and shell structures of the last century were designed from the understanding of the congenial interaction of the two materials concrete and steel. Nowadays, reinforced concrete is the most widley used material in construction. The use of system formwork and easy-to-install reinforcement support structures that are optimized in terms of labor costs, but often have an inefficient use of material. In this context, Stefan Polónyi has repeatedly criticised the engineers' lost understanding of the interaction of concrete and reinforcement. With Additive Manufacturing, an innovative digital manufacturing technology is now available that allows new freedom in concrete design while at the same time making resource-efficient use of materials. With regard to practical application, the integration of reinforcement represents a central challenge in 3D-concrete-printing. The authors see here the future chance of a force-flow controlled reinforcement layout. The paper shows new strategies for the combined additive manufacturing of concrete and reinforcement and presents first 3D-printed reinforced concrete elements.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Bei Spannbetonbrücken steigt mit zunehmender Nutzungsdauer die Bedeutung der Dauerhaftigkeit. Mit numerischen Berechnungen und Bauwerksprüfungen gemäß DIN 1076 wird versucht, ein mögliches Versagen der Bauwerke rechtzeitig erkennen und verhindern zu können sowie das Restrisiko für den Bauherrn zu minimieren. Besonders ältere Spannbetonbrücken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl sind hinsichtlich ihres Ankündigungsverhaltens nach dem Riss-vor-Bruch-Kriterium rechnerisch zu untersuchen und zu bewerten. Ausgehend von diesen numerischen Ergebnissen und ergänzenden Berechnungen lässt sich das bestehende Restrisiko für den Bauherrn hinsichtlich eines Bauwerksversagens beurteilen. Die konstruktive Durchbildung betreffender Bauwerke wird diskutiert. Aufgrund der durchgeführten Untersuchungen werden Vorschläge zur weiteren Vorgehensweise bei älteren gefährdeten Brücken und zur Eingrenzung des Restrisikos erarbeitet. Bei jüngeren Brücken stellt der Nachweis nach dem Riss-vor-Bruch-Kriterium ein Maß für eine ausreichende Robustheit dar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Der folgende Beitrag befasst sich mit der Tragwerkskonzeption sowie mit der Ausführung des Stahldachs der BCF-Arena im schweizerischen Fribourg. Das Tragwerk überspannt eine Gesamtfläche von etwa 8 500 m2 und wird aus einem Netz sich kreuzender, unterspannter Stahlträger mit veränderlicher Höhe gebildet. Diese verlaufen tangential um den ovalen Zentralring. Ihre geometrische Anordnung folgt dem Prinzip der Spannungstrajektorien. Zur Optimierung der Spanngliedgeometrie kam ein Formfindungsprozess unter Ansatz der dynamischen Relaxation zum Einsatz. Aufgrund der vielen verschiedenen Einflussparameter und in Anbetracht der komplexen Geometrie wurde das Dachtragwerk komplett parametrisch modelliert. Dies ermöglichte die schnelle Studie verschiedener Varianten sowie einen äußerst effizienten Austausch zwischen Geometrie- und Rechenmodellen bis hin zur Fabrikation der Einzelkomponenten. Mithilfe dieses Werkzeugs war es möglich, den sehr ambitiösen Terminplan einzuhalten.

The steel roof of the BCF-Arena in Fribourg, Switzerland
The following article is dealing with the structural concept and the execution of a steel roof spanning a total area of about 8 500 m2. The structural part is made up of a network of intersecting, underspanned steel beams with variable height, running tangentially around the oval shaped central ring. Their geometrical layout follows the principle of the stress trajectories. In order to optimise tendon geometry, a form-finding process based on dynamic relaxation was applied. In consideration of the multiple influencing parameters and in the view of the complex geometry, the bearing structure was completely modelled by means of parametrical tools. This enabled a quick study of variants and a very efficient exchange between geometry and computational models. With the help of this tool we were able to meet the very ambitious time schedule.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.