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Die Gradierung von Betonbauteilen durch eine kontinuierliche Veränderung von Materialeigenschaften wie Porosität, Festigkeit oder Steifigkeit in bis zu drei Raumrichtungen ermöglicht eine Anpassung des Bauteilinneren an das vorherrschende statische oder bauphysikalische Anforderungsprofil. Diese Anpassung kann zur Massenminimierung und zur Erzielung multifunktionaler Eigenschaften eingesetzt werden. Numerische Entwurfsmethoden liefern das Gradientenlayout, welches als digitaler Bauplan für diese Bauteile dient.
Im vorliegenden Artikel werden Versuche an gradierten Balken im Originalmaßstab beschrieben. Sie erlauben eine Aussage über das Tragverhalten sowie das Masseneinsparpotenzial gradierter Betonbauteile im Vergleich zu Bauteilen aus Normalbeton. Anschließend werden die Versuchsergebnisse mithilfe numerischer Simulationen nachvollzogen. Die so kalibrierten Modelle bilden die Ausgangsbasis für die Entwicklung numerischer Entwurfsmethoden, die auf einem Topologieoptimierungsansatz basieren.

Functionally Graded Concrete - Numerical Design Methods and experimental studies on mass minimized components
Functional gradation of precast elements makes it possible to align the internal composition of structural components with the specified structural and thermal performance requirements by continuously altering the characteristics of the material, including its porosity, strength or rigidity, in up to three spatial dimensions. This principle can be applied to minimise the mass of the element and to create multi-functional properties. Numerical design methods are used to develop the gradation layout that serves as a digital blueprint for such components.
This paper describes true-to-scale tests performed on functionally graded beams. These tests make it possible to derive conclusions with respect to the elements' structural behaviour as well as weight savings that can potentially be achieved compared to structural components made from normal concrete. Test results are subsequently replicated by numerical simulations. The models calibrated in this step establish the basis to develop numerical design methods that rely on the principle of topology optimization.

In Deckenknoten können Kräfte aus hochfesten Stützen durch normalfeste Flachdecken hindurchgeleitet werden, wenn die Knoten hierfür bemessen und ausgelegt werden. Zurzeit liegen jedoch weder in den in Deutschland eingeführten technischen Baubestimmungen noch in den mit Einschränkung von der Bauaufsicht ebenfalls akzeptierten Eurocoderegelungen direkte Bemessungsansätze für solche Deckenknoten vor. Im vorliegenden Aufsatz wird daher ein Bemessungsmodell für hochbelastete Deckenknoten vorgestellt, welches Regelungen zu Stabwerken, Teilflächenbelastung und mehraxialen Druckspannungszuständen nach DIN EN 1992-1-1 kombiniert. Dieses Bemessungsmodell wird an ausgewählten Laborversuchen validiert und soll es ggf. nach weiteren Validierungen ermöglichen, hochbelastete Deckenknoten sicher und bauordnungskonform ohne Zulassungen oder Zustimmung im Einzelfall zu bemessen.

Transmission of forces of high strength concrete columns through normal strength flat slabs - design according to EN 1992-1-1
A specially designed slab column joint can transmit forces of high strength columns trough normal strength flat slabs. Presently none of the in Germany officially acknowledged codes for structural engineering (including the Eurocodes) provide with direct design rules for those slab column joints. Hence, this article presents a design method for highly loaded slab column joints which combines rules for strut and tie models, partially loaded areas and confined concrete according to DIN EN 1992-1-1. This design method is validated with selected tests and could enable the engineer to design highly loaded slab column joints on the basis of officially acknowledged codes.

An vielen Stellen im Tragwerk herrschen mehraxiale Spannungszustände. Ob sich die Tragfähigkeit von Hochleistungsleichtbetonen unter mehraxialer Druckbeanspruchung ebenso erhöht wie bei Normalbetonen, wurde in zwei- und dreiaxialen Tests untersucht. Es wurde ein Bruchkriterium für Leichtbetone abgeleitet und Parallelen und Unterschiede zu Normalbeton aufgezeigt.

High Performance Lightweight Aggregate Concrete under Multiaxial Compression
There are multiaxial stress conditions at many points in a structure. Whether the strength of high performance lightweight concrete under multiaxial compression increases as well as the strength of normal concrete, was verified in bi- and triaxial tests. A failure criterion for lightweight concrete was derived and analogies and differences to normal oncrete were pointed out.

Der 2,3 Mrd. Euro teure Abschnitt der zweigleisigen Zulaufstrecke zum Brennerbasistunnel im Unterinntal wird fast zur Gänze unterirdisch errichtet. Die seichte Lage der Tunnel in einem inneralpinen Tal führt dazu, dass bei der Bauausführung fast alle im Spezialtiefbau bekannten Verfahren zur Anwendung kommen. Diese werden sogar in Kombinationen verwendet, die weltweit noch nie zusammen eingesetzt wurden. Der Bericht gibt einen Einblick in die einzelnen Baulose dieses schwierigen 41 km langen Abschnitts der europäischen TEN Achse Nr.1 zwischen Berlin und Palermo.

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Im FOSTA-Forschungsprojekt P 1392 “Selbsterrichtende Onshore WEA mit Nabenhöhe größer 120 m - Hybridturm mit Hebevorrichtung zum Selbstaufbau” wurde eine selbsterrichtende Windenergieanlage mit Stahl-Hybridturm für Schwachwindstandorte entwickelt, welche beim Aufbau ohne den Einsatz von Spezialraupenkranen auskommt. Der Turm der Beispielanlage besteht aus einem 80 m hohen Gittermastturm mit speziellem Übergangsstück, durch welches der 100 m hohe Stahlrohrturm inkl. Gondel und Rotor mithilfe eines Litzenhubsystems in seine Endposition angehoben wird. Zur Stabilisierung des Stahlrohrturms während des Hubs kommt ein eigens entwickeltes Stabilisierungssystem zum Einsatz, welches das Turmbiegemoment über umlaufende, nachgeführte Zylinder aufnimmt. Diese sind im Übergangsstück in zwei Ebenen angeordnet und halten den Rohrturm in der Lotrechten. Entwurf und Bemessung des Stahlrohrturms, des Gittermastturms sowie des Übergangsstücks erfolgten für den Endzustand, für den Entwurf des Gittermastturms kam eine eigens entwickelte Software zum Einsatz, welche die Gittermaststruktur auf Basis probabilistischer Methoden gewichtsoptimiert. Für den Stahlrohrturm konnte gezeigt werden, dass die aus den Hydraulikzylindern einwirkenden Querlasten aufgenommen werden können. Anhand der untersuchten Beispielanlage konnte gezeigt werden, dass Errichtung und Betrieb der selbsterrichtenden Windenergieanlage ökonomisch möglich sind.

Self-erecting wind energy plant with hub height of 180 m
Within the FOSTA research project P1392 “Self-erecting onshore wind energy plants with hub heights greater than 120 m - hybrid tower with lifting device for self-erection”, a self-erecting wind energy plant with steel hybrid tower for low-wind sites was developed, which does not require the use of special crawler cranes. The tower of the example plant consists of an 80 m high lattice tower with a special transition piece, through which the 100 m high tubular steel tower including nacelle and rotor is lifted into its final position with the help of a strand lifting system. To stabilise the tubular steel tower during the lift, a specially developed stabilisation system is used, which takes up the tower bending moment via revolving, guided cylinders, which are arranged in two levels in the transition piece and keep the tubular tower in the vertical position. The design and dimensioning of the tubular steel tower, the lattice tower and the transition piece were carried out for the final state. For the optimisation of the lattice tower, a specially developed software was used, which designs a weight-optimised lattice tower structure on the basis of probabilistic methods. For the tubular steel tower, it was shown that the transverse loads acting from the hydraulic cylinders can be carried. On the basis of the investigated example plant, it could be shown that construction and operation of the self-erecting wind energy plant are economically possible.

Der vorliegende Artikel gibt einen Überblick über einige laufende und abgeschlossene Forschungsprojekte auf dem Gebiet des Membranbaus an der Hochschule für Technik (HFT) Stuttgart. Eine zentrale Herausforderung im Membranbau ist die Beeinflussung des radiativen Wärmeeintrags bzw. des Wärmeverlustes durch die Gebäudehülle zur energieeffizienten Gewährleistung einer komfortablen Raumtemperierung für die Nutzer ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Tageslichtqualität. An der HFT wurde diese Fragestellung mit unterschiedlichen Ansätzen im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte messtechnisch und numerisch behandelt. Im Projekt SoFt wurde die Vereinbarkeit von Dämmwirkung und Lichtdurchlässigkeit untersucht und mit der Dachkonstruktion einer Sporthalle realisiert. Im Rahmen des Projekts FMESG wurde eine statische, winkelselektive Verschattungseinheit nach dem Vorbild eines Sheddachs entworfen, numerisch untersucht und bis zum Prototypenstadium entwickelt. Der Einfluss von Oberflächenbeschichtung niedriger Emissivität auf die Wärmeströme durch ETFE-Gebäudehüllenelemente wurde im Projekt Follow-e2 adressiert und mit den Mitteln der dynamischen Gebäudesimulation numerisch untersucht. Das Potenzial zur Reduzierung des Energiebedarfs von Gebäuden durch dynamische Verschattung mittels elektrochromer Elemente wurde im Projekt FLEX-G mit den Mitteln numerischer Gebäudesimulation und heuristischer Optimierungsverfahren untersucht.

Research activities with regard to membrane construction at HFT Stuttgart
In the presented article we give an overview to some of the recent and ongoing research projects at Hochschule für Technik Stuttgart (HFT) in the context of membrane buildings. One of the major challenges in the context of membrane building is the regulation of the radiative heat flux entering the building as well as thermal losses across the building envelope while still providing comfortable room temperature and daylight use for the inhabitants. The accomplishment of this task, investigated by means of measurements and numerical simulation was the scope of several research projects at HFT Stuttgart. Within the research project “SoFt” the compatibility of insulation and translucency was investigated and realized within the roof construction of a sports center in Germany. One of the objects of the research project “FMESG” was the realization and numerical simulation of an angle-selective static solution for partial shading, analogous to a miniature saw tooth roof configuration, up to the point of a working prototype. The project “Follow-e2” tackled the influence of low emissivity surface coatings on the energy balance of membrane constructions by means of numerical simulation. Within the project “FLEX-G” the potential for reduction of energy demand by dynamic shading with electrochromic elements was investigated by means of dynamic building simulation and heuristic optimization.

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Dieser Beitrag befaßt sich aus der Sicht einer Planungs- und Beratungsfirma mit dem Brückenbau und der damit im Zusammenhang stehenden Modernisierung des auf dem Gebiet der Tschechischen Republik liegenden Teils des Eisenbahnkorridors Berlin-Prag-Wien. Der Brückenbau ist in das gesamte Investitionsvorhaben "Ausbau des Korridors" eingegliedert. Es werden Gesichtpunkte zur Entscheidungsfindung einzelner Brückenobjekte dargelegt, d. h. reparieren, sanieren oder insgesamt umbauen. Beschrieben werden die am meisten angewandten Sanierungsmethoden und die am häufigsten vorgesehenen Konstruktionen für den Umbau solcher Objekte. Die größte Aufmerksamkeit wird Brücken in Stahl- oder Verbundbauweise gewidmet.