Dieser Fachaufsatz befasst sich mit der Fragestellung der Bestimmung der Eigenfrequenz von mehrgeschossigen Konstruktionen aus Holzrahmenelementen und Brettsperrholzelementen im Hinblick auf eine Erdbebenberechnung. Geeignete Methoden für die Eigenfrequenzberechnung für Holzkonstruktionen werden vorgestellt. Im Mittelpunkt steht vor allem die Festlegung der Steifigkeit. Es werden Ansätze für die Ermittlung der Steifigkeit von Wandelementen vorgestellt und mit Steifigkeiten aus Versuchen an Wandelementen verglichen. Im Allgemeinen ergibt sich die Steifigkeit des Wandelements aus unterschiedlichen Verformungsanteilen. Es wird gezeigt, wie sich aus den Verformungsanteilen Steifigkeitskennwerte für eine Berechnung mit einem Ersatzstab ableiten lassen und welchen Einfluss die unterschiedlichen Verformungsanteile auf die Steifigkeit von Mehrmassenschwingern mit zwei, vier, sechs und acht Geschossen haben. Aus den Erkenntnissen einer Parameterstudie werden Empfehlungen zur Bestimmung von Eigenfrequenzen mithilfe eines Ersatzstabmodells gegeben.

Stiffness and eigenfrequencies of multi-storey timber structures
This paper deals with the issue of the eigenfrequency of multi-storey structures of light-frame and CLT-elements with respect to seismic design. Appropriate methods for the determination of eigenfrequencies will be provided. The paper focuses on the predefinition of the stiffness. Approaches to determine the frequency of wall elements from different contributions of deformation will be given. The analytical determined flexibilities respectively stiffness will be compared with the stiffness obtained by wall element testing. It will be shown how stiffness parameters for an equivalent cantilever beam model can be derived from the contributions of deformation. Furthermore, the influence of the different flexibilities on the stiffness of the equivalent model with two, four, six and eight storeys will be investigated. From the findings of a parametric study recommendations to the determination of eigenfrequencies will be given.

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Mit Hilfe des Prinzips der virtuellen Kräfte werden für ein Fachwerkmodell die theoretischen Ansätze sowohl der spezifischen Verdrehung als auch der Krümmung von Stahl- und Spannbetonbalken im gerissenen Zustand hergeleitet. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit können Steifigkeiten und damit Verformungen von Stahlbeton-und Spannbetonbalken bestimmt werden.

Die Optimierung des Verhaltens von Tragwerken unter starken dynamischen Beanspruchungen, wie Erdbeben, erfolgt zunehmend durch eine gezielte Steuerung ihrer Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften. Um eine größere Freiheit in der Gestaltung der Kontrolle von Aussteifungen aus Stabwerken zu erreichen, wird ein neuartiger Anschluß vorgeschlagen, der die Momentenübertragung zwischen den Stäben "filtrieren" kann. Demzufolge ist die Steifigkeit des Systems nicht mehr allein von den geometrischen Verhältnissen der angeschlossenen Stäbe abhängig. Danach wird der Anschluß in einem Rahmen implementiert, wobei die Verformungskontrolle über einen Zugdiagonalen-Mechanismus mit geschlossenem Kreislauf und Hysteresedämpfung ausgeübt wird. Am Beispiel eines Einmassenschwingers wird schließlich das dynamische Verhalten des Systems untersucht.

Messungen an Eisenbahnbrücken zeigen regelmäßig, dass rechnerische Prognosen der Steifigkeit und Eigenfrequenz oftmals nicht zutreffen. Zusätzlich zum tragenden Überbau leisten auch Elemente des Oberbaus, wie z. B. Schotterbett und Gleise, einen Beitrag zum dynamischen Verhalten der Brücken. Der vorliegende Aufsatz beschäftigt sich detailliert mit dem Beitrag des Eisenbahnschotters, wobei der Fokus auf der Interaktionswirkung zwischen zwei durch eine Längsfuge getrennten Überbauten infolge der darüber liegenden, durchgängigen Schotterschicht liegt. Zunächst werden die Ergebnisse durchgeführter Laborversuche vorgestellt, aus denen anschließend mechanische Kenngrößen zur Beschreibung der Koppelwirkung zwischen zwei Überbauten, verursacht über die Schotterschicht hergeleitet werden. Die vorliegenden Versuchsergebnisse sind weiterhin Ausgangspunkt für weitergehende Versuche in größerem Maßstab an einem neuen “Außenversuchsstand”.

Stiffness contribution of continuous ballast beds on railway bridges with longitudinal gaps - Interaction between structurally separated superstructures via a shared ballast bed.
Measurements conducted on railway bridges repeatedly point out, that their respective calculations have very often space for optimization. In addition to load-bearing bridge decks, other bridge elements, e. g. ballast bed or rails, contribute to the dynamic behavior of bridges as well. This article discusses the contribution of railway ballast, with its focus on interaction effects between bridge decks, separated by longitudinal gaps but with joint ballast beds. First, the authors present results from laboratory tests, from which mechanical parameters are conducted describing the coupling effect between two decks via the joint ballast bed. The test results are furthermore basis for developing a new “outdoor” test setup for conducting higher scale experiments.

Herrn Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Herbert Schmidt zur Vollendung seines 80. Lebensjahres gewidmet
Nach wie vor herrscht bei der Angabe bzw. Annahme von geeigneten Steifigkeitskennwerten für Gewebemembranen für die textile Architektur und den Zeltbau Unsicherheit unter den Materialherstellern und Tragwerksplanern. Der vorliegende Beitrag diskutiert mögliche Methoden für eine standardisierte Bestimmung von Steifigkeitskennwerten und für eine bauwerksspezifische Bestimmung für die Konstruktion. Des Weiteren werden stichprobenhaft für PVC-beschichtete Polyestergewebe dreier Festigkeitsklassen untersucht, inwieweit sich diese hinsichtlich ihrer Steifigkeitskennwerte klassifizieren lassen. Eine Klassifizierung würde eine Tabellierung ermöglichen, die dem Tragwerksplaner eine große Hilfe für die geeignete Annahme von Steifigkeitskennwerten bei der statischen Berechnung von Gewebemembrantragwerken wäre. Die vorliegenden Ergebnisse legen die Klassifizierbarkeit für die untersuchten Materialien nahe.

Stiffness parameters of fabrics - Standardized for products and project oriented for design.
For fabrics used in the field of textile architecture or tent structures, the declaration of stiffness parameters by the material supplier as well as the assumption of appropriate stiffness parameters by the design engineer is still a matter of uncertainty. The present contribution discusses possible methods for a standardized determination of stiffness parameters and for a tailored determination for specific structures. Moreover, for PVC-coated polyester fabrics of three strength classes an investigation at random is conducted analyzing whether they can be classified regarding their stiffness parameters. A classification would make a tabulation possible. This would be of great help for the design engineer for choosing appropriate stiffness parameters as input for the structural analysis of fabric structures. The presented results indicate the possibility of a classification for the investigated materials.

Beim Einsatz der Bettungsmodultheorie zur Erstellung von Standsicherheitsnachweisen im Tunnelbau kommt dem in Stabrichtung gebetteten Stab grosse Bedeutung zu. Der Aufsatz behandelt die Lösung der Differentialgleichung des tangential kontinuierlich gebetteten Stabes. Die exakten Steifigkeitswerte werden ermittelt und den mit den Näherungslösungen erhaltenen gegenübergestellt.

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Die Steifigkeitsmatrix elastisch gebetteter Balken für die Anwendung der finite-Element-Methode.

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Ausgehend von der Analyse der tödlichen Arbeitsunfälle infolge einbrechender Erd- und Felsmassen, werden Berechnungsansätze für eine Sicherung gegen abrutschende Erdschollen abgeleitet und eine Sicherungstechnik mit kurzen Bodennägeln entwickelt, die mit geringem maschinellem Aufwand hergestellt werden können. Dazu wurden Belastungsversuche an einer 5 m hohen, unter 80 ° geneigten Böschung durchgeführt, die die Brauchbarkeit der vorgeschlagenen Sicherung belegen.

Seit der Veröffentlichung normativer Vorschriften zur Bemessung von Stahlfaserbeton in Deutschland und Europa gewinnt dessen Einsatz für tragende Konstruktionen des Hoch- und Ingenieurbaus stetig an Bedeutung. Nach Eintreten der Rissbildung im Beton ermöglichen Makrofasern aus Stahl eine effektive Übertragung von Zugspannungen über den Riss hinweg, was sich in Bezug auf das Durchstanztragverhalten als besonders vorteilhaft erweist. Während für die Durchstanztragfähigkeit stahlfaserbewehrter Flachdecken mit Plattendicken bis 150 mm zahlreiche Versuchsergebnisse vorliegen, fehlen Untersuchungen an praxisrelevanten Plattenstärken von 200 mm bis 300 mm nahezu gänzlich. Zudem versprechen Fortschritte in der Leistungsfähigkeit moderner Stahldrahtfasern ein verbessertes Trag- und Verformungsverhalten des Stahlfaserbetons.
Zur Untersuchung des Durchstanztragverhaltens stahlfaserbewehrter Flachdecken mit praxisrelevanten Plattendicken wurden acht Durchstanzversuche an Flachdeckenausschnitten mit unterschiedlichen Plattenstärken durchgeführt. Als weitere Einflussparameter standen der Stahlfasertyp und insbesondere der Stahlfasergehalt im Vordergrund. Der vorliegende Beitrag liefert einen Überblick über die durchgeführten Versuche und diskutiert die gewonnenen Ergebnisse. Anhand eines Vergleichs der experimentell gewonnenen Versagenslasten mit den rechnerischen Durchstanztragfähigkeiten nach der Richtlinie “Stahlfaserbeton” des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) sowie nach fib Model Code 2010 erfolgt eine Bewertung der Bemessungsansätze.

Increase of the punching shear capacity and structural ductility achieved through utilisation of modern high-performance steel fibres
Since the introduction of normative regulations for the design of steel fibre reinforced concrete in Germany and Europe, the application is recently growing in concrete engineering. After crack formation has occurred in the concrete, macro fibres made of steel allow an effective transfer of tensile stresses across the crack, which proves to be particularly advantageous regarding punching shear failure. While there are numerous test results available for the punching shear capacity of steel fibre reinforced concrete slabs with slab thicknesses of up to 150 mm, there is an almost complete lack of tests on practically relevant slab thicknesses. In addition, advances in the performance of modern steel fibres promise improved load-bearing and deformation behaviour of the steel fibre concrete.
Eight punching shear tests were carried out on flat slab specimens with different slab thicknesses to investigate the punching shear behaviour of steel fibre reinforced flat slabs with practically relevant slab thicknesses. Further investigated influencing parameters were the steel fibre type and in particular the steel fibre content. This article provides an overview of the tests carried out and discusses the results obtained. Based on a comparison of the experimentally obtained failure loads with the calculated punching shear capacities according to the DAfStb-Guideline “Steel fibre reinforced concrete” of the German Committee for Structural Concrete (DAfStb) as well as according to fib Model Code 2010, an evaluation of the design approaches will be provided.

Zur Nutzung der oberflächennahen Geothermie stehen geschlossene und offene Systeme zur Verfügung. In geschlossenen Systemen wird bei Fehlen einer Grundwasserströmung die Wärme im Boden durch Wärmeleitung transportiert. Dieses ist ein langsamer Vorgang und schränkt die Entzugsleistung von Erdwärmeanlagen ein. Es wird eine patentierte Methode vorgestellt, in der ein geschlossenes Erdwärmesystem mit Grundwasserzirkulationsverfahren kombiniert wird. Dadurch wird eine Zirkulationsströmung künstlich in Gang gesetzt, die zur Erhöhung des konvektiven Wärmetransports und der Leistung der Erdwärmeanlage führt. In diesem Beitrag wird eine mit Luftinjektionsbrunnen kombinierte Erdwärmesonde dreidimensional numerisch abgebildet. Die durch Luftinjektion erzeugte Grundwasserzirkulation sowie die Wärmeausbreitung im Boden werden sequenziell simuliert. Die Entzugsleistung dieser Anlage wird mit der einer üblichen Erdwärmeanlage verglichen. Weiterhin werden Variationsberechnungen durchgeführt, um den Einfluss der Dichte des Wasser- Luft-Gemisches im Brunnen, der Wärmeleitfähigkeit und der Durchlässigkeit des Bodens zu untersuchen. Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse vervollständigt diesen Beitrag.

Increasing the efficiency of downhole heat exchangers by air sparging in locations without groundwater flow.
Closed and open systems are available for the exploitation of shallow geothermal energy. If there is no groundwater flow, heat in closed systems can only be transferred by conduction. Unfortunately, heat conduction is a relatively slow heat transfer mechanism, which limits the heating capacity of geothermal systems. A patented method is presented, in which a closed system is combined with groundwater circulation technology. In this system, a groundwater circulation is created artificially, which increases the convective heat transfer in the soil and therefore the heat capacity of the geothermal system. In this paper a downhole heat exchanger combined with an air sparging well is numerically simulated. The groundwater circulation induced by air sparging and the heat propagation are calculated sequentially. The heat capacity of this system is compared with a normal downhole heat exchanger. Furthermore, variation calculations are performed to investigate the influence of the density of the water-air mixture in the well, permeability and conductivity of the soil. A profitability analysis rounds off the paper.

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Stütz- und Schutzkonstruktionen aus Naturstein zählen zu Standardbauwerken im Straßen- und Eisenbahnbau sowie im angrenzenden Ingenieurbau. Dabei wird zwischen unvermörtelten und vermörtelten Steinkonstruktionen unterschieden, wobei bei Letzteren die Fugenausbildung mittels Betonmörtel erfolgt. Diese Ausbildung der Fuge dient zur Verbesserung der Kraftübertragung zwischen den einzelnen Steinen, führt zu einer Reduzierung von Bauwerksverformungen und bringt gegenüber unvermörtelten Konstruktionen insgesamt eine Erhöhung der inneren Standsicherheit mit sich. Durch die Interaktion zwischen Stein und Betonmörtel können Schubkräfte übertragen bzw. aufgenommen werden, die insbesondere einem auftretenden Erddruck entgegenwirken: die Scherparameter Kohäsion (Haftfestigkeit) und Reibungswinkel bauen einen Widerstand gegen mögliche Schubbeanspruchung auf und spielen eine wesentliche Rolle hinsichtlich der Tragfähigkeit derartiger Bauwerke. In dieser Studie wird versucht, mittels experimenteller Laborversuche eine quantitative Abschätzung von Werten für Haftfestigkeit und Reibungswinkel abzuleiten. Darüber hinaus sollen die Eigenschaften von üblicherweise verwendeten Betonmörteln erfasst werden. Übergeordnetes Ziel ist es, Rückschlüsse auf die innere Stabilität derartiger Steinstützkörper zu ziehen und so Grundlagen für die Bemessung von Steinstützkörpern darzulegen.

Rock-mortar-interaction in mortared natural stone structures
Support and protection structures made of natural stones are now among the standard applications in road and railroad construction and related civil engineering works. A distinction is made between non-mortared and mortared constructions, with the latter using concrete mortar to form the joints crease in inner stability of the structures. Concrete mortar improves the adhesive bond between the individual rocks reducing the tendency of deformations. Shear parameters (adhesion between stone and mortar as well as the friction angle) build up resistance to possible shear stresses from occurring earth pressure and play an essential role with regard to the load-bearing capacity of such structures. In this study, attempts are made to experimentally deduce characteristic values for adhesion strength and friction angle by means of laboratory tests. In addition, the properties of the concrete mortar itself have to be recorded. The final goal is to draw conclusions about the inner stability of supportive stone constructions.

Stütz- und Schutzkonstruktionen aus Naturstein zählen zu Standardbauwerken im Straßen- und Eisenbahnbau sowie im angrenzenden Ingenieurbau. Dabei wird zwischen unvermörtelten und vermörtelten Steinkonstruktionen unterschieden, wobei bei Letzteren die Fugenausbildung mittels Betonmörtel erfolgt. Diese Ausbildung der Fuge dient zur Verbesserung der Kraftübertragung zwischen den einzelnen Steinen, führt zu einer Reduzierung von Bauwerksverformungen und bringt gegenüber unvermörtelten Konstruktionen insgesamt eine Erhöhung der inneren Standsicherheit mit sich. Durch die Interaktion zwischen Stein und Betonmörtel können Schubkräfte übertragen bzw. aufgenommen werden, die insbesondere einem auftretenden Erddruck entgegenwirken: die Scherparameter Kohäsion (Haftfestigkeit) und Reibungswinkel bauen einen Widerstand gegen mögliche Schubbeanspruchung auf und spielen eine wesentliche Rolle hinsichtlich der Tragfähigkeit derartiger Bauwerke. In dieser Studie wird versucht, mittels experimenteller Laborversuche eine quantitative Abschätzung von Werten für Haftfestigkeit und Reibungswinkel abzuleiten. Darüber hinaus sollen die Eigenschaften von üblicherweise verwendeten Betonmörteln erfasst werden. Übergeordnetes Ziel ist es, Rückschlüsse auf die innere Stabilität derartiger Steinstützkörper zu ziehen und so Grundlagen für die Bemessung von Steinstützkörpern darzulegen.

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