Flatness tolerances for bolted steel flanges in wind turbine support structures are a much discussed topic. The tolerances that are currently used in the industry and provided in relevant codes and standards were devised around 10-15 years ago, and their application for the significantly larger dimensions of current towers and flanges is frequently questioned. In this paper, these tolerance requirements are presented together with their historical background, and a methodology for adapting them based on a determination of gap-closing behaviour is proposed.

Herstellungstoleranzen von Flanschverbindungen für Tragstrukturen von Windenergieanlagen.
Ebenheitstoleranzen geschraubter Ringflanschverbindungen sind oftmals Gegenstand technischer Diskussionen. Die derzeit verwendeten Grenzwerte wurden vor etwa 10-15 Jahren festgelegt und die Anwendung derselben Werte für deutlich größere Abmessungen aktueller Flanschverbindungen wird häufig in Frage gestellt. In diesem Beitrag werden die aktuellen Werte vor ihrem historischen Hintergrund dargestellt und eine Methode zur Anpassung der Werte basierend auf den die Klaffung schließenden Spannungen wird vorgeschlagen.

Tolerance is defined as the permissible deviation from the specified dimensions, since dimensions cannot be produced exactly. This is particularly relevant in tunnelling, where refurbishment contracts requiring the breaking out of the inner lining of the tunnel and the construction of a new lining will be of increasing significance in the future. Adding the upper and the lower limiting deviations gives the dimensional tolerance (tolerance range), by which the tunnel cross-section has to be over-excavated in order to maintain the structure gauge. The Austrian standards ÖNORM B 2203-1:2001, 2203-2:2005 and 2110:2009 provide for the tolerances to be specified, but do not define the areas of responsibility. Details of dimensional tolerances (± values) for tunnelling are defined in the RVS 09.01.43 (9.34) “Construction of inner lining concrete”. Under the currently valid regulations, careful attention should be paid in design and tendering to clear provisions and the demarcation of the spheres of responsibility of client and contractor. When existing inner linings are broken out and tolerances are taken into account, attention also needs to be paid to the structural stability of the remaining inner lining.
Als Toleranz wird die zulässige Abweichung von vorgeschrieben Maßen definiert, da sich Abmessungen nicht genau erzeugen lassen. Gerade im Tunnelbau werden in Zukunft vermehrt Sanierungen in Angriff genommen, bei denen zunächst die Tunnelinnenschale abzutragen und im Anschluss eine neue Innenschale einzubauen ist. Addiert man die obere und die untere Grenzabweichung, resultiert die Maßtoleranz (Toleranzbereich), um die der Tunnelquerschnitt größer ausgebrochen werden muss, um das Lichtraumprofil einzuhalten. Die ÖNORMEN B 2203-1:2001, 2203-2:2005 und 2110:2009 sehen vor, dass Maßtoleranzen anzugeben sind; die Verantwortungsbereiche werden jedoch nicht definiert. Angaben bezüglich der Maßtoleranzen (± Werte) für den Tunnelbau sind in der RVS 09.01.43 (9.34) “Konstruktive Ausführung Innenschalenbeton” definiert. Aufgrund der vorliegenden Regelungen ist in der Projektierungsphase und bei der Ausschreibung besonders darauf zu achten, Begrifflichkeiten sorgfältig zu verwenden, Maßabweichungen festzulegen und den Verantwortungsbereich zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer abzugrenzen. Beim Abtrag von bestehenden Innenschalen und der Berücksichtigung der Toleranzen ist in der Planungsphase zusätzlich auf die Standsicherheit der verbleibenden, bestehenden Innenschale zu achten.

Die “wichtigste Vorsorgemaßnahme gegen Schlossschäden” ist gemäß EAU 2012 die lagetreue Einbringung der Tragelemente von kombinierten Spundwänden. Toleranzen für kombinierte Spundwände sind nicht allgemein festgelegt und für jede Baumaßnahme gesondert zu vereinbaren.
Heutige Konstruktionen mit kombinierten Spundwänden unterliegen zunehmend erhöhten Anforderungen in Form von großen Geländesprüngen und hohen Wasserüberdrücken. Gerade im Hinblick auf die damit verbundenen Profillängen und die erhöhten Beanspruchungen der Spundwandschlösser während der Herstellung sind die derzeitigen Toleranzangaben und Bewertungskriterien zum Einbau der Zwischenbohlen oftmals unzureichend.
In diesem Beitrag wird die beschriebene Problematik dargestellt und im Hinblick auf Überwachung, Ausführungskontrollen und Lösungsansätze diskutiert.

Tolerance requirements for long combined sheet pile walls
According to EAU 2012 the true positioning of the king piles is the most important precautionary measure against declutching of combined sheet pile walls. Tolerances for combined sheet pile walls are not generally specified and are to be agreed separately for each construction project.
Today combined sheet pile walls challenge an increase in water depth and high water pressure respectively. In association with an increase in profile lengths and in loads on the sheet pile locks during installation, the current tolerances and evaluation criteria regarding the installation of the intermediate piles are often insufficient.
This article presents the problems described and discusses monitoring measures and possible solutions.

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Bezüglich des konstruktiven Brandschutznachweises von Stahl- und Spannbetonbauteilen ist die Betondeckung der Bewehrung eine der entscheidensten Einflussgrößen. Seit Längerem steht immer wieder die Frage im Raum, wie hinsichtlich dieses relevanten Parameters eine Gleichstellung zwischen Neu- und Bestandsbauten beim Nachweis der Feuerwiderstandsdauer erzielt werden kann. Während für Neubauten die Verwendung des Nennmaßes normativ eindeutig zugelassen ist, besteht im Bestand nicht selten die Notwendigkeit, den rechnerisch ansetzbaren Wert auf Basis von Betondeckungsmessungen zu definieren.
Mit dem Ziel, künftig ein vergleichbares Sicherheitsniveau zwischen neuen und bestehenden Bauwerken im Brandfall erreichen zu können, werden in diesem Beitrag sowohl Überlegungen zur Durchführung als auch zur statistischen Auswertung von Betondeckungsmessungen angestellt. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die bauseitig unvermeidbaren Streuungen der Betondeckung und deren Auswirkungen auf die Feuerwiderstandsdauer verschiedener Bauteilarten gelegt. Beispiele aus der Praxis verdeutlichen die behandelte Thematik. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse wird abschließend eine neue Vorgehensweise zur Festlegung der rechnerisch ansetzbaren Betondeckung für den Nachweis der Feuerwiderstandsdauer im Massivbau formuliert.

Concrete cover tolerances and allowance with regard to the fire resistance design of concrete structures
Regarding the fire resistance design of reinforced and prestressed concrete members the cover of reinforcement is one of the most important parameters. With reference to the chargeable concrete cover, the problem of how to ensure the same standards for new and existing buildings hasn't been solved so far. In contrast to historical buildings the use of the nominal dimension is undoubtedly normatively admitted for new constructions. However, the first-mentioned often require the interpretation of concrete cover measurements.
To guarantee a comparable safety level in future in case of fire between new and existing structures, this article deals with the realization and probabilistic assessment of the named measurements. Specific attention is given to the unavoidable statistical scattering and its effects on the fire safety of various structural member types. Practical examples visualize the treated subject. Based on the results gained from these investigations, a new approach is established to define the chargeable cover of reinforcement for the fire resistance design.

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Diese Veröffentlichung entstand während der laufenden Forschungsarbeit am Lehrstuhl für Holzkonstruktionen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne und am Fachgebiet Holzbau der Technischen Universität München. Sie repräsentiert den Stand der Forschung und soll anhand einer zu Versuchszwecken errichteten Holztonne in Kreuzrippenbauweise das Konstruktionsprinzip, die mathematische Formbeschreibung der Konstruktionsbauteile von Tonnen in dieser Bauweise und die Möglichkeit der Berechnung gemäß E DIN 1052, Anhang F aufzeigen. Voranzustellen ist, daß der Anhang F eine leicht zu handhabende Berechnungsmethode mit guter Näherung an die mathematisch exakte Differentiallösung repräsentiert. Dieser Aufsatz versteht sich als die Fortsetzung der Veröffentlichungen, welche das Berechnungsverfahren nach der E DIN 1052, Anhang F vorstellen. In dieser Bauweise wurden bereits einige Schalen ausgeführt. Ein herausragendes Beispiel sind die Schalen des EXPO-Dachs in Hannover.

Der Opalinuston ist ein prominenter Vertreter der organikhaltigen Tonsteine oder Schiefertone, die in der Schichtenfolge aus Trias und Jura regional ein mehrere Zehnermeter mächtiges, relativ homogenes Schichtpaket bildet. In Abhängigkeit vom Verfestigungsgrad der Pelitgesteine variieren die geomechanischen Parameter Scherfestigkeit, Zugfestigkeit und Durchlässigkeit, die bei einer zu diskutierenden Nutzung als Wirtsgestein für die Lagerung radioaktiver Abfälle auch bautechnische Bedeutung erlangen. Ein Tunnelvortrieb im Opalinuston bot die eher seltene Gelegenheit, Proben aus unverwittert frischen Schiefertonen in größerem Umfang als bei üblichen Bohrungen zu gewinnen. Es werden geomechanische Laborversuche, insbesondere mehrstufige, triaxiale Kompressionsversuche und Hydraulic-Fracturing-Versuche an definiert räumlich eingespannten Quaderproben ausgewertet, um Scherfestigkeit, hydraulische Zugfestigkeit sowie Durchlässigkeits- bzw. Abdichtungseigenschaften des Opalinustons zu charakterisieren. Einführend wird in diesem Kontext die Bedeutung des Sättigungszustands und dessen Veränderlichkeit diskutiert. Die ermittelten geomechanischen Parameter werden verglichen mit vormals höher und mit ähnlich beanspruchten, äußerlich gleich erscheinenden Pelitgesteinen aus Japan und aus der Schweiz.

Clay shale as host rock:
a geomechanical contribution about Opalinus clay. The Opalinuston is a prominent rock representing the type of organic clay shales or clay stones within the sequence of Triassic and Jurassic marine sediments in Southern Germany. The rock forms a homogenous unit some ten meters thick. The degree of consolidation of this type of pelitic rock depends mainly on the former load conditions, but is also dependent on the long-term weathering and even on the present exposition. The geomechanical parameters such as shear strength, tensional strength and permeability vary with the state of consolidation and become important when the use is discussed of such rocks for radioactive waste disposal.
A tunneling project at the northern escarpment of the Swabian Alb (Southwest Germany) within the Opalinus clay offered the rare opportunity to obtain fresh unweathered rock samples in greater amounts compared to fresh drilling cores from which geomechanical investigations are usually undertaken. Consequently, the results of geomechanical laboratory testings are presented in order to compare here the results of multistep triaxial compression tests, of hydraulic fracturing laboratory tests and of some other tests for rock characterization with the corresponding results of Opalinus clay sites in Switzerland that were investigated by the Swiss Nagra Company for host rock characterization.
After a discussion of the relevant state of fresh Opalinus clay, especially of suction pressure conditions and saturation state, the results of triaxial shear tests are presented. Increasing shear deformation at increasing pressure and unchanged water saturation do not result in a significant strength reduction of the Opalinus clay. The rock shows increasing cohesion and stiffness, if multiple loading has repeatedly reached the failure point. Thus there is no increased permeability with continued shearing. Only at the beginning of the shearing process is a temporarily increased permeability to be expected due to dilatation processes. An increased permeability, however, is generated by hydraulically injected water when fracturing may occur. Such fracturing depends on the injection rate: Low injection rates lead to local structural disintegration, higher injection rates result in single crack propagation as is known from hydraulic fracturing tests. Such hydraulically formed fractures later tend to close with an increase of surrounding stress. This closure increase is comparable to a healing process because new hydraulic fractures can be generated consequently at higher stress levels. Such laboratory test results seem to be favorable when using fresh Opalinus clay as a host rock, but they are difficult to verify at standard in-situ-conditions with weathered or partly deconsolidated rocks.
Similar organic-rich and differently overconsolidated pelitic rock types display a wide spectrum of geomechanical behaviors despite the fact that no visible or physical differences can be provided. A direct comparison of the Opalinus clay parameters from the Swabian Alb, as investigated here, and from Switzerland, as determined by the Nagra Company, show differences in the effective shear strength. Nevertheless, the scatter is much smaller than that occurring for undrained shear stress differences as a function of water content.
Consequently, for each project one must define exactly the relevant conditions within the different pelitic rocks in order to determine the useful geomechanical parameters. Additionally, it can be an advantage to use great depths because of the favorable geomechanical characteristics of Opalinus clay at high pressure. In this way some of the construction problems in Opalinus clay may be reduced if not avoided by using deep boreholes for waste deposition.

For underground construction projects in the United States and Canada it is standard procedure to use a Geotechnical Baseline Report (GBR) to contractually define subsoil conditions. The GBR sets baselines based on which tunneling contractors develop bids and plan the works. Baseline values for soil abrasiveness are a focus especially where drives with pressurized-face Tunnel Boring Machines (TBM) beneath the groundwater table and in unstable face conditions require changing the cutterhead tools under hyperbaric conditions or in pre-constructed safe havens.
Several laboratory procedures exist that can be used for providing soil abrasiveness baselines in the context of the GBR. However, none of them cover all the soil characteristics that are relevant in causing tool wear. Also, other factors need to be considered for wear rate prediction. Analyzing the performance of previous TBM drives is a proven way to gain insight into the wear system behavior. This paper presents correlation analyses of geotechnical conditions, TBM operational data, and tool wear measurements from several TBM drives in the metropolitan areas of Seattle and Vancouver, B.C. These drives with earth pressure balance and slurry TBMs include various tool types and were conducted in glacial and interglacial deposits that are considered highly abrasive.

In hard rock TBM drilling, wear issues play a crucial role in the success of a tunnelling project. Thus, excavation tools must be selected carefully and be adapted to ground conditions. Wear-related changes in the tools that occur over the course of the tools' operating lives must also be taken into account. This paper presents five basic types of macroscopic wear for cutter rings: (1) abrasive/normal wear, (2) tapering, (3) mushrooming, (4) brittle fracture of the cutter ring (special wear type 1) and (5) blockade of the roller bearing (special wear type 2). These basic wear types lead to distinct cutter ring shapes which allow deriving some fundamental characteristics of the interacting rock types. In addition, a microscopic analysis of the surfaces and associated metallographic sections from worn cutter tools has been performed. As a result, the tribological processes under the cutter, leading to tool wear, can be better understood. In summary, the investigations may contribute to a better understanding to make it easier to choose the proper TBM disc cutter for a distinct rock type in order to minimize the risk of tool-related downtimes.

Optimization of rock grouting procedures during construction is necessitated when sparse data sets and incomplete geologic understanding form the basis of initial design. Relying on geologic investigation findings that often have limited budgets, initial designs typically consider data from only a small volume of the entire rock mass to be grouted. During construction, thousands of production boreholes may be drilled and grouted, and each of these boreholes has the potential to provide valuable information for modifying the injection materials and construction means/methods. Implementation of procedural changes is greatly facilitated by the ability to efficiently assemble, query, visualize and interpret vast amounts of 3D data in near real-time.
This contribution summarizes the main targets of rock mass characterization in the context of grouting works, along with investigative tools that provide valuable information: (1) regarding the distribution and properties of in situ permeability features; (2) for modifying and optimizing grouting procedures; and (3) for verifying grouting results in situ. Three dimensional modeling approaches that are amenable to data visualization are reviewed, including the workflow for near real-time model updating as construction proceeds.

Entsprechend der Ankündigung in Bautechnik 79 (2002), H. 2, S. 84-90 wird im folgenden dargelegt, welche Unklarheiten es noch bei der Bemessung von Gummitopflagern gibt. Auch für diese Lagerart würde es sich lohnen, wissenschaftliche Untersuchungen anzustellen, die uns der Wahrheit ein Stück näherbringen.

Die Anwendung von Strukturoptimierung im Bereich der Geotechnik wird in diesem Artikel vorgestellt. Der generelle strukturelle Aufbau (Topologie) eines Streifenfundaments wird hinsichtlich des Verformungsverhaltens optimiert. Zur Topologieoptimierung wird die Solid-Isotropic-Material-with-Penalization-(SIMP)-Methode angewendet. In diesem Artikel wird dafür eine Finite-Elemente-Analyse mit einem entsprechendem Optimierungsalgorithmus gekoppelt. Für die FE-Analyse wird ein hypoplastisches Stoffmodell zur Modellierung von Materialübergängen angewendet. Untersucht werden vier ebene Lastfälle. In einer anschließenden Validierung mit physikalischen 1-g-Modellversuchen werden nachgebildete optimierte Gründungsstrukturen belastet und mit alternativen volumengleichen Fundamenten hinsichtlich ihres Last-Verformungs-Verhaltens verglichen. Die präsentierte Untersuchung zeigt sowohl die Anwendbarkeit als auch das Potenzial der Topologieoptimierung in der Geotechnik.

Topology optimization in geotechnical engineering: application to foundations and validation.
This article presents the application of structural optimization in geotechnical engineering. The general design (topology) of a foundation strip is optimized with respect to its deformation behaviour within the service limit state. The SIMP-method is applied for the topology optimization. Hence, a finite element analysis with Abaqus is combined with an adequate optimization algorithm. A hypoplastic constitutive model for modeling material transitions is used for finite element analysis. Four load cases will be examined. The optimized topology design will be reproduced for the following validation with 1 g physical models. A comparison of the load deformation behavior with non optimized foundations with equal volume is carried out. The presented study shows the applicability and potential of topology optimization in geotechnical engineering.

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Torfmoos (Sphagnum) ist ein von alters her vielfach eingesetztes Dicht-, Füll-, und Dämmmaterial. Im Zuge der Bemühungen trockengelegte Moore wieder zu vernässen, wird die technische Nutzung von Torfmoosen (Sphagnum farming) erneut diskutiert. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung wurden die Wärmeleitfähigkeit und das hygroskopische Verhalten von unterschiedlich schweren Torfmoosmatten untersucht. Es zeigte sich, dass Torfmoos ein sehr vielversprechendes Fugendichtungsmaterial ist und die Dämmeigenschaften jenen von Polystyrol oder Mineralwolle ebenbürtig sind. Darüber hinaus wurden prototypische Baudetails zur Verwendung von Torfmoos als Dichtungs- und Dämmmaterial für die Bauanschlussfuge von Fenstern entwickelt. Torfmoos könnte hier eine Alternative zum weitverbreiteten PU-Schaum im ökologischen Bausektor sein.

Peat moss (Sphagnum) - historic knowledge and new applications for a natural product.
Peat moss (Sphagnum) was a commonly used sealant, fill and insulation material in the past. In the course of the efforts to rewet drained moors due to ecological reasons, the technical use of peat moss (Sphagnum farming) is in the focus of attention again. In the framework of this investigation, the thermal conductivity and the hygroscopic behavior of moss mats with varying density was investigated. The results showed that peat moss is a promising insulation material for building joints, because its thermal conductivity is comparable with the one of polystyrene or mineral wool. Moreover, prototypic building details were developed focusing on the application of peat moos for the insulation of the mounting gap of windows. In this respect, peat moss could be an ecological alternative to the widely used polyurethane foam.

The excavation of a 3.6 km long tunnel for the Torino Metro Line 1 South Extension was recently completed by a 7.8 m diameter EPB TBM. A critical section of the tunnel was near Corso Spezia, in the Lingotto area, where the main difficulties were the presence of the water table and the poor ground conditions encountered. Another concern was the effect of the excavation on two five-storey masonry buildings adjacent to the tunnel alignment, which were constructed in 1930 and suffered severe damage during World War II. Continuous monitoring was undertaken during excavation as time dependent settlements occurred. 2D Finite Element modelling was used to simulate the excavation and its effects on the buildings. This paper describes the most significant performance monitoring data, which is compared with the results of modelling.
Kürzlich wurde der Vortrieb eines 3,6 km langen Tunnels für die Süderweiterung der Turiner Metro Linie 1 mittels einer EPB-Tunnelbohrmaschine mit einem Durchmesser von 7,8 m abgeschlossen. Ein kritischer Abschnitt des Tunnels lag nahe dem Corso Spezia, im Lingotto Bereich. Die Hauptschwierigkeiten dort waren die Lage des Grundwasserspiegels und die schlechten angetroffenen Bodenverhältnissen. Eine weitere Sorge galt den Auswirkungen des Tunnelvortriebs auf zwei nahe der Tunneltrasse gelegene, fünfstöckige Mauerwerksgebäude, die in den 1930er Jahren erbaut wurden und bereits im zweiten Weltkrieg erhebliche Schäden erlitten hatten. Während des Vortriebs wurde daher eine kontinuierliche Überwachung der auftretenden zeitabhängigen Setzungen durchgeführt. Eine 2D Finite-Elemente Modellierung diente der Simulation des Vortriebsvorgangs und dessen Auswirkungen auf die Gebäude. Im vorliegenden Beitrag werden die wichtigsten Daten des Monitorings dargestellt und mit den Modellierungsergebnissen verglichen.

This paper presents the results of the studies undertaken to assess the geotechnical parameters of the Torino subsoil (Italy). The ground conditions are characterized by a sand and gravel deposit, ranging from medium to highly dense, down to a depth of 8 to 10 m, and cemented soil (in cases a conglomerate), due to calcareous deposition processes, below this depth. The random distribution of cementation in the ground is a key factor in design and construction of underground works. To assess the ground properties as a function of the cementation degree, continuum and discontinuum numerical modelling were used. These were closely linked to the results of the characterization studies carried out so far in the laboratory and in the field (monitored drilling, SPT, large diameter pits, plate loading tests).
In diesem Artikel werden die Ergebnisse mehrerer Untersuchungen der geotechnischen Parameter des Turiner Untergrunds (Italien) vorgestellt. Der Turiner Boden zeichnet sich durch eine mitteldicht- bis dichtgelagerte Sand- und Kiesablagerung aus, die in einer Tiefe von 8 bis 10 m ansteht; darunter liegt zementierter Boden (in einigen Fällen als Konglomerat), der auf Kalkablagerungsprozesse zurückzuführen ist. Die zufällige Verteilung der Bodenzementierung ist einer der wesentlichen Faktoren, die die Bemessung und die Durchführung von unterirdischen Bauvorhaben beeinflusst. Um die Charakteristika des Bodens in Abhängigkeit vom Zementierungsgrad zu untersuchen, wurden kontinuums- und diskontinuumsmechanische numerische Modellierungen durchgeführt. Diese Modelle stehen in direktem Zusammenhang mit den Ergebnissen von Versuchsreihen, die bis dahin im Labor und in situ ausgearbeitet wurden (Bohraufzeichnungen, SPT, großflächige Schürfe, Plattendruckversuche).

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This paper presents and clarifies the treatments included in EN 1993-1-1 [1] relating to checking the resistance of steel cross-sections under torsion and its interaction with other internal forces. Specifically, the origin of the formulations for shear-torsion interaction, which has not been found in the literature, is presented. Furthermore, a very simple formulation based on the expressions used for shear-torsion interaction is developed in order to take into account bending-warping torsion interaction for symmetrical I-sections (IP and HE steel profiles). Such a formulation overcomes the overly conservative approach given in EN 1993-1-1 [1] for class 1 and class 2 cross-sections (plastic and compact cross-sections). Finally, a rigorous method for determining the bending resistance of cross-sections is proposed considering the interaction with shear and torsion. The proposal is well suited to the concept of cross-section class and is perfectly consistent with the approaches set out to consider bending-shear and bending-warping torsion interactions.

Die allgemein bekannte und anschauliche Darstellung von schlanken Stäben, die durch Torsion beansprucht werden, auf Platten umzusetzen, die durch Drillmomente belastet sind, ist Ziel der Arbeit. Es wird gezeigt, daß prinzipiell für die Beanspruchung von Plattenecken durch Drillmomente kein Unterschied zwischen Torsionstheorie und Plattentheorie besteht.

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In üblichen Plattenbrücken aus Stahlbeton sind die Torsion und die Querbiegung für das Gleichgewicht nicht erforderlich. Diese sekundären Schnittkräfte hängen von der angenommenen Steifigkeit ab; sie werden in einer homogen elastischen Berechnung ohne Rißbildung unnötig überschätzt. Dies führt zu überhöhter Bewehrung in Querrichtung, insbesondere bei Eisenbahnbrücken mit einbetonierten Stahlträgern. Vermeintlich paradoxe Aspekte der Plattentorsion werden aufgeklärt; dadurch ergeben sich Einsichten in die Modellierung von Platten durch Trägerroste. Ansätze zur Ermittlung der zwangsbedingte Spannung in Querbewehrung werden vorgestellt.