Die Herstellung von Beton und insbesondere der darin als Bindemittel enthaltene Zement verursachen einen hohen Anteil der menschlich erzeugten klimawirksamen Emissionen. Studien zeigen, dass die Herstellung von Zement rund 8 % der weltweiten CO2-Emissionen verursacht, was den akuten Handlungs- bzw. Forschungsbedarf unterstreicht. Aufgrund des derzeitigen Gebäude- und Infrastrukturbestands und dessen zunehmender Altersstruktur bzw. notwendiger Ersatzbaumaßnahmen nimmt die Menge an verfügbaren Abbruchmaterialien ständig zu. In vielen Fällen besteht dieses Material aus hochwertigem Altbeton, der als rezyklierte Gesteinskörnung im Produktionsprozess wiederverwendet werden kann, um primäre Rohstoffquellen zu schonen. Der größte Teil dieses Betonbruchs ist nicht karbonisiert. Das in dem vorliegenden Beitrag beschriebene Verfahren zur forcierten Karbonatisierung von Betonabbruchmaterial bildet eine Grundlage für die Anwendung in Recyclingbetonen und zielt auf den reduzierten Einsatz von Primärrohstoffen ab. Zudem wurde das Verfahren zur Untersuchung der CO2-Absorbtionsfähigkeit entwickelt. Durch die Beimischung als Gesteinskörnung im Zuge der Frischbetonproduktion ist der Karbonatisierungsgrad für die Stahlkorrosion oder damit verbundene Probleme irrelevant. Die Versuche zeigen, dass die mit der Produktion von Beton verbundenen CO2-Emissionen dadurch deutlich reduziert werden können und bereits nach 24 h über 1,3 % der Ausgangsmasse an CO2 gespeichert wurde.

Investigations of the CO2 Storage Potential of Recycled Concrete Aggregates and Cement Samples under Forced Carbonation
The production of concrete, in particular the cement contained as a binder, causes a high proportion of human induced climate-impacting gas emissions. Studies show that the decarbonization of limestone causes at least 8 % of global CO2 emissions, which underlines the acute need for action and research. Due to the current building and infrastructure stock and its increasing obsolescence or replacement, the amount of available demolition material is constantly increasing. In many cases, this material consists of high-quality concrete that could be reused as recycled aggregate in the production process to conserve primary raw material sources. Most of this crushed concrete is not carbonized. This means that this potential could be used as a CO2 sink in the course of a recycling process. The recycled and carbonized material can be used as a substitute for natural grains. Due to the admixture as aggregate in the course of the concrete production, the degree of carbonation is irrelevant for steel corrosion or related problems. The main objective of this work was to investigate the CO2 absorption capacity of concrete waste in order to quantify its use as a potential carbon sink. The test series show that the ecological footprint of concrete can be significantly reduced by exploiting its carbonation potential by storing more than 1.3 % CO2 of the original mass after 24 hours.

Eine der wichtigsten Maßnahmen im Rahmen der Diskussion um eine verbesserte Nachhaltigkeit im Bauwesen ist die Verlängerung der Nutzungsdauer unserer Bauwerke [1]. Daher werden intensive Forschungen in Bezug auf sich für die Infrastrukturbauwerke ändernde Umweltbedingungen sowie externe Lasteinwirkungen und neue Baustoffe sowie deren Auswirkung auf die Herstellung und den Betrieb von Infrastrukturen durchgeführt. Bereits jetzt lassen sich gemäß [2] Veränderungen in der Kinematik der Abbaumechanismen (Degradationen) beobachten. Insbesondere können wechselnde Umweltbedingungen (Expositionen) die Degradation der Werkstoffe und Strukturen beschleunigen, aber auch verlangsamen. Diese Erkenntnisse über die Degradationsprozesse, aber auch die verbesserten Kenntnisse der Geometrie und effektiven mechanischen Baustoffkennwerte sollen wirkungsvoll in die Ingenieurpraxis zur Bewertung der strukturellen Zuverlässigkeit und der verbleibenden Nutzungsdauer übergeführt werden [3]. Dieser Beitrag zeigt, wie die Elemente der Zuverlässigkeitsanalyse mit den Elementen vertiefter Prüf- und Monitoringverfahren kombiniert werden können, um die Degradationsprozesse aufgrund veränderter Umweltbedingungen und neuer Baustoffe periodisch zu bewerten. Daraus kann infolge mithilfe semiprobabilistischer Teilsicherheitsbetrachtungen die Nutzungsdauer festgelegt sowie bei Bestandsbauwerken die verbleibende Restnutzungsdauer verifiziert werden.

Increase of technical lifetime of infrastructures based on semi-probabilistic considerations
One of the most important measures in the discussion on improved sustainability in construction is to extend the service life of our structures [1]. Therefore, intensive research is conducted with regard to changing environmental conditions as well as external load effects for structures and new materials and their impact on the production and operation of infrastructures. Already now, according to [2], changes in the kinematics of the degradation mechanisms can be observed. In particular, changing environmental conditions (exposures) can accelerate but also slow down the degradation of materials and structures. These understandings of the degradation processes, but also the improved knowledge of the geometry and effective mechanical building material properties, should be effectively transferred into engineering practice for the assessment of structural reliability and remaining service life [3]. This paper presents how the elements of reliability analysis can be combined with the elements of in-depth testing and monitoring procedures to periodically evaluate the degradation processes due to changing environmental conditions and new building materials. Subsequently, the remaining service life can be continuously updated with the help of semi-probabilistic partial safety considerations.

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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.

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.

Nachrichten:
“Brücken liegen mir besonders am Herzen”
Die Verleihung des 9. Deutschen Brückenbaupreises 2023 mit dem Bundesverkehrsminister Dr. Volker Wissing und das 32. Dresdner Brückenbausymposium
Alle wesentlichen Merkmale des Nachhaltigen Bauens mit Betonfertigteilen im Podium 1 zu den BetonTagen in Ulm aufgezeigt
Erster Österreichischer Betonpreis verliehen: Nachhaltigkeit im Fokus der prämierten Projekte
Wettbewerb “Auf IT gebaut - Bauberufe mit Zukunft” geht in eine neue Runde!
Die RG-Bau im RKW Kompetenzzentrum sucht auch in 2024 wieder junge Menschen mit innovativen digitalen Lösungen für die Baubranche.

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Zum Titelbild:
Im Beitrag werden mehrere Hochbrücken über den Nord-Ostsee-Kanal vorgestellt, für die die grundsätzliche Entscheidung zu Ertüchtigung oder Ersatzneubau differenziert getroffen wurde. Beitrag: Geißler, K.; Schröder, R., S. 520 ff. Foto: Dr. Matthias Bartzsch (GMG Ingenieurgesellschaft).

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Hochfeste Baustähle ermöglichen schlanke und materialsparende, damit auch besonders nachhaltige Konstruktionen. In dem zukünftig anzuwendenden Eurocode 3-1-1 der zweiten Generation wird die Bemessung von Stahlbauten mit Stahlsorten bereits bis S700 geregelt sein. Gleichwohl hat das zuständige Normungsgremium CEN/TC250/SC3 ihre Working Group 12 beauftragt, schon jetzt Regeln für die Stahlbaubemessung mit Stahlsorten des Bereichs S700 bis S960 auszuarbeiten. Die in diesem Zusammenhang stehenden Werkstoffanforderungen sind ganz zu Beginn der Arbeiten zu klären. So stellt sich die Frage, ob die Anforderungen, wie sie bisher an Stähle bis S700 formuliert wurden, nicht nur hinsichtlich der Größe der Mindest- oder Grenzwerte weiter Bestand haben können, sondern auch, ob die jeweilige Art der Anforderungen noch angemessen sein würde. In diesem Aufsatz wird über den Stand der Untersuchungen des hierzu im Rahmen des HOCHFEST-Forschungsverbunds eingerichteten Forschungsprojekts berichtet. Er diskutiert die derzeitigen Werkstoffanforderungen hinsichtlich einer Übertragung auf Stähle bis S960, gibt einen Überblick über die Forschungsmethoden und zeigt mögliche Alternativen auf. Das Forschungsprojekt P1509 ist noch nicht abgeschlossen und weitere Ergebnisse sind noch zu erwarten. Tendenzen zeichnen sich jedoch bereits jetzt ab.

Investigations on material requirements of high-strength steels - FOSTA research network HOCHFEST
Structural steels with higher strengths enable slender and material saving, thus particularly sustainable construction. In the second generation of EC3-1-1, which will be applied in the future, design of steel structures is already possible up to steel grade S700. However, already now, the standardization committee CEN/TC/250/SC3 has commissioned the respective WG12 to prepare rule proposals for the Eurocodes for the design of steel structures using steel grades in the range S700 to S960. Clarification of the material requirements in this context is at the very beginning of the works. The question arises as to whether the set of requirements as formulated so far for the steels up to S700 can continue to exist not only in the amount of minimum or limit-values, but also whether the type of requirements would then still be appropriate. This article reports on the status of the investigations in this respect of a research project P1509 set up within the framework of High Strength Research Network (HOCHFEST). It discusses the current material requirements with regard to a transfer to steels up to S960 in type and value, gives an overview of the research methods and points out possible alternatives. The research project is not yet completed and further results are therefore to be expected. However, tendencies are already emerging.

Für die Herleitung und Verifikation der Bemessungsgrundlagen für kaltgeformte, hochfeste Kran- und Gerüstbaurohre bis zu S960 liegen bisher kaum Versuchsergebnisse vor. In diesem Beitrag stellen die Autoren die Durchführung und Ergebnisse zentrischer Knickversuche an derartigen Rohren vor. Messungen von Eigenspannungen über das Sägeschnittverfahren an unverzinkten und verzinkten Rohren in S960 werden erläutert und diskutiert. Zudem werden die mittels 3D-Scan erfassten geometrischen Imperfektionen der Prüfkörper evaluiert und mit den Ansätzen der Europäischen Knicklinien verglichen. Die Verformungen der Prüfkörper in den Knickversuchen wurden dabei über digitale Bildkorrelation (DIC) erfasst. Die Effekte der Verzinkung und der Knickrichtung auf die Traglast werden hervorgehoben und erläutert.

Experimental investigations on high-strength CHS for crane- and scaffolding construction
So far, only a limited amount of experimental results is available for the derivation and verification of design principles for cold-formed, high-strength crane and scaffolding tubes up to S960. In this article, the authors present the conduction and results of buckling tests on centrally loaded scaffolding and crane tubes of steel grades up to S960. Measurements of residual stresses as structural imperfections using the sectioning method are discussed on ungalvanized and galvanized CHS in S960. Additionally, the geometric imperfections of the test specimens, which were captured by 3D scanning, are discussed and compared with the approaches of the European buckling curves. The deformations of the test specimens in the buckling tests were recorded using digital image correlation (DIC). The effects of galvanization and the buckling direction on the load-bearing capacity are highlighted and elucidated.

Weltweit wird die Lagertechnik durch den boomenden Onlinehandel, begrenzte Flächenkapazitäten und immer größere Bauhöhen von Regallagern geprägt. Die technische Ausführung von Regalanlagen folgt der rasanten Entwicklung in der Logistik jedoch nur schleppend. Auch das Potenzial von modernen höchstfesten Stählen, die sich im Automobil- und Maschinenbau längst durchgesetzt haben, wird in der modernen Lagertechnik nicht ausgeschöpft, obwohl Fachbodenregale für den Einsatz von höchstfesten Stählen prädestiniert sind. Das Ziel des FOSTA-Forschungsvorhabens P1512 (IGF Nr.21465/N) war daher die Erarbeitung der werkstoffspezifischen, fertigungs- und bemessungstechnischen Grundlagen zum Einsatz von höchstfesten Stahlblechen in Fachbodenregalen. Hierzu wurde einerseits die Eignung verschiedener hochfester Stähle für ihren Einsatz bei Fachböden und Stützen geprüft. Andererseits wurde durch experimentelle Untersuchungen das Trag- und Stabilitätsverhalten von Fachbodenregalstützen aus hochfesten Stählen analysiert; numerische Simulationen dienten der Optimierung von Stützengeometrien, sodass deren Querschnitte bei geringstmöglichem Materialeinsatz bestmöglich ausgenutzt werden können.

Optimized shelving racks through the use of high-strength steel
Warehouse technology worldwide is characterized by booming online trade, limited space capacities and greater heights of rack structures. However, the technical design of racking systems follows the rapid development in logistics only sluggishly. The potential of modern high-strength steels, which have long been established in automotive and mechanical engineering, is not fully exploited in modern storage technology, even though shelving is predestined for the use of high-strength steels. The aim of the FOSTA research project P1512 (IGF Nr.21465/N) was therefore to develop the material-specific, manufacturing and dimensioning fundamentals for the use of high-strength steels in shelving. For this purpose, on the one hand, the suitability of various high-strength steels for their use in floors and supports was tested. On the other hand, the load-bearing and stability behavior of shelf uprights made of high-strength steel was analyzed through experimental investigations; numerical simulations are used to optimize upright geometries so that their cross-sections can be utilized with the lowest possible material input.

In Konstruktionen des Landmaschinenbaus aus dickeren Blechen (ca. 3-10 mm) findet die Klebtechnik bislang nur wenig Anwendung, obwohl sie in anderen Einsatzgebieten bereits ein etabliertes Fügeverfahren darstellt und viele Vorteile gegenüber anderen Fügeverfahren bietet, da es bisher an Regelwerken bei der Auslegung derartiger Verbindungen fehlt. Ein wesentliches Kriterium bei der Auslegung von Verbindungen im Landmaschinenbau ist die Ermüdungsfestigkeit aufgrund der langen Nutzungsphase der Produkte und der in der Landtechnik vorherrschenden Belastungscharakteristika. Geklebte Verbindungen weisen ein hervorragendes Verhalten bei zyklischer Belastung auf. Die steigenden Anforderungen im Hinblick auf Ressourceneffizienz und Leichtbau führen zu einem Umdenken, da durch den vermehrten Einsatz höherfester Stahlwerkstoffe in Kombination mit der Klebtechnik dieses als umsetzbar erscheint. Ziel ist die Entwicklung einer Methode zur Auslegung geklebter Verbindungen in Konstruktionen mit höherfesten Stahlwerkstoffen in Anlehnung an die FKM-Richtlinie. Die betriebsrelevanten Beanspruchungen der Landtechnik werden analysiert und an speziellen Probekörpern untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen, thermischen und medialen Einflussfaktoren als auch der Einfluss der Klebfugengeometrie und von Betriebslastenkollektiven untersucht. Die Erkenntnisse werden in einer KMU-relevanten Vorgehensweise zur Ermittlung von Abminderungsfaktoren zusammengefasst, wodurch die Auslegung der Bauteilfestigkeit sowohl statisch als auch dynamisch möglich ist.

Design method for bonding ultra-high-strength steel materials in agricultural machinery construction
In agricultural machinery constructions made of thick metal sheets (approx. 3-10 mm), adhesive bonding technology has so far only been used to a limited extent, even though it is already an established joining method in other areas of application and offers many advantages over other joining methods because up to now there has been a lack of regulations for the design of such joints. An essential criterion in designing joints in agricultural machinery construction is fatigue strength because the long service life of the products is decisive. Bonded joints exhibit excellent behaviour under cyclic loading. The increasing demands for resource efficiency and lightweight construction are leading to a rethink in agricultural machinery and plant construction because this can be implemented by using higher-strength steel materials in combination with adhesive bonding technology. The aim is to develop a methodology for designing bonded joints in constructions with high-strength steel materials based on the FKM guideline. The operationally relevant loads of agricultural engineering are analysed and examined on technological and component-like test specimens. The mechanical, thermal, and medial influencing factors and the influence of the bonded joint geometry and the operating load collectives are investigated. The findings are summarised in an SME-relevant procedure for determining reduction factors, making it possible to calculate the component strength statically and dynamically.

Herrn Dipl.-Ing. Peter Gauthier als einem herausragenden Ingenieur und auch Prüfingenieur, der für zahlreiche Brücken verantwortlich zeichnet und dessen norddeutsch kühle Analysen stets unbeschreiblich wertvoll für die tägliche Arbeit sind, zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Im Beitrag werden mehrere Hochbrücken über den Nord-Ostsee-Kanal vorgestellt, für die die grundsätzliche Entscheidung zu Ertüchtigung oder Ersatzneubau differenziert getroffen wurde. Damit wird das Spannungsfeld betont, in welchem sich die Baulastträger hinsichtlich der Sicherstellung von Funktionalität der Verkehrsträger, Zustandsbewertung und rechnerischer Bewertung heute oft befinden. Konkret werden mit den beiden Eisenbahnhochbrücken Rendsburg und Hochdonn zwei Bauwerke dargestellt, die ihre normative Nutzungsdauer mit ca. 110 Jahren bereits überschritten haben und trotzdem nach ihrer Ertüchtigung noch lange wirtschaftlich weiterbetrieben werden können. Weiterhin werden die Rader Autobahnhochbrücke und die kombinierte Straßen- und Eisenbahnhochbrücke Levensau erläutert, die die beiden Grenzbereiche zur Festlegung eines Ersatzneubaus markieren. Die Autobahnbrücke ist den Straßenverkehrslasten der A7 nach nur 50 Jahren Nutzungszeit schlichtweg nicht mehr gewachsen, hingegen hat die Levensauer Hochbrücke mit eher moderatem Straßen- und Eisenbahnverkehr ihre planmäßige Nutzungsdauer schon lange erreicht, muss aber wegen der notwendigen Verbreiterung des Nord-Ostsee-Kanals neu gebaut werden.

Bridges over the Kiel Canal - evidences of the art of bridge construction in the field of tension between preservation or replacement
The article presents several high bridges over the Kiel Canal, for which the fundamental decision to strengthening or replacement was made in a differentiated manner. This shows the difficult boundary conditions in which the authorities often find themselves today with regard to ensuring the functionality of the infrastructure, condition and calculated assessment. With the railway bridges Rendsburg and Hochdonn, two structures are presented which have with more than 110 years already exceeded their normative useful life and can still be used economically for a long time after their strengthening. Furthermore, the Rader highway bridge and the combined road and railway bridge Levensau are explained, which mark the two border areas for the determination of a replacement. The highway bridge is simply no longer usable for the heavy road traffic loads of the A7 after only 50 years of use, on the other hand the Levensau bridge with rather moderate road and rail traffic has long since reached its planned service life, but has to be rebuilt because of the necessary widening of the Kiel Canal.

Aktuelles:
Erzeugerpreisindex Stahl (2015 = 100)
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland

SZS steel news: Rückblick: Zürcher Kranbahntag 2023

ÖSTV news: 9. Österreichischer Stahlbaupreis: Preisträger

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Zum Titelbild:
In einem Industriepark an seinem Heimatstandort hat sich das Bauunternehmen Wirth aus dem hessischen Haiger einen großen Auftrag gesichert. Vor dem Erstellen einer großen Produktions- und Lagerhalle bereitet es die notwendigen Punkt- und Streifenfundamente vor. Dabei geht man mit einem 25-t-Bagger plus KEMROC-Fräse EKT 100 durch massiven Fels und geklüftetes Gestein. (Foto: KEMROC)

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Das Hochwasserereignis vom Juli 2021 hat in den besonders betroffenen Gebieten von Rheinland-Pfalz und Nordrhein-Westfalen schwere strukturelle Schäden an der allgemeinen Bebauung und der Infrastruktur hinterlassen. Zur Bewältigung der Folgen und Vorbereitung künftiger Ereignisse wurden verschiedene Forschungsprojekte initiiert, deren inhaltliche Abstimmung und Verzahnung durch die Autoren im Bereich der Lagebilderstellung in Form von themendifferenzierten Workshops angestrebt wurde. Der Beitrag konzentriert sich auf die Erhebung und Aufbereitung von Schadensdaten sowie erste methodische Ansätze, die Lagebilderstellung aus der Sicht der verschiedenen Hauptakteure konzeptionell zu strukturieren und im Zeitfenster effizient zu gestalten. Im Ergebnis stehen Elemente eines (noch ausstehenden) Tools für die schnelle Lageeinschätzung und Unterstützung der Einsatzkräfte, die Begründung von Maßnahmen zur temporären Gebäudesicherung und Unterstützung des Wiederaufbaus auf Basis von belastbaren Risikoszenarien und Schadensprognosen. Anhand und nach Auswertung verfügbarer Daten- und Informationsquellen wird dargestellt, wie rein technisch (Befliegung) sowie empirisch (auf Basis weiterentwickelter Schadensfunktionen) die Erstellung von Lagebildern qualifiziert und die Verfügbarkeit entscheidungsrelevanter Informationen zeitlich vorgelagert werden kann. Schlussfolgerungen und Empfehlungen aus den Untersuchungen und Workshops werden aus Anwendersicht zusammengefasst.

Methods for digital 3D assessment of the disaster situation: lessons from the 2021 flood
The flood event of July 2021 caused heavy structural damage to general building stock and infrastructure in the particularly affected areas of Rhineland-Palatinate and North Rhine-Westphalia. In order to cope with the consequences and to prepare for future events, different research projects were initiated. The authors coordinated and interlinked these in the area of situational awareness in the form of topic-specific workshops. The paper focuses on the collection and preparation of damage data as well as first methodological approaches to conceptually structure the disaster situation from the point of view of the various main actors and to design it efficiently in the time frame. The results are elements of a (still under preparation) tool for rapid situation assessment and support of the emergency services, the justification of measures for temporary building safety and support for reconstruction based on reliable risk scenarios and damage prognosis. Based on and after evaluation of available data and information sources, it is shown how purely technically (flights) and empirically (based on improved damage functions) the creation of situation reports can be qualified and the availability of decision-relevant information be stored in advance. Conclusions and recommendations from the studies and workshops are summarized from the user's point of view.

Bau und Betrieb der Straßeninfrastruktur stehen aktuell vor enormen Herausforderungen: steigender Verkehr, Klimawandel, notwendige Wartungsarbeiten, zunehmend autonomer Verkehr etc. Gleichzeitig werden Potenziale technischer Innovationen (u. a. Digitalisierung, Sensorik, Industrie 4.0) im Straßenwesen bislang kaum genutzt. Um zukünftig einen nachhaltigeren, sichereren und effizienteren Bau und Betrieb von Straßen zu ermöglichen, wird im Sonderforschungsbereich/Transregio 339 ein Digitaler Zwilling für die Straße der Zukunft entwickelt. Der vorliegende Beitrag wurde am 14. Okt. 2022 im Rahmen des 26. Dresdner Baustatik Seminars präsentiert.

Digital twin of the road
The construction and operation of road infrastructure is currently facing enormous challenges: steadily increasing traffic, climate change, necessary maintenance work, increasingly autonomous traffic etc. At the same time, the potential of technical innovations (e. g. digitization, use of sensors, Industry 4.0) is rarely used in the road system so far. In order to enable a more sustainable, safer and more efficient construction and operation of roads in the future, a digital twin for the road of the future is under development in the Collaborative Research Center/Transregio 339.

Im Deckenbereich eines Verbindungstunnels der Münchener U-Bahn wurden zum kontinuierlichen Rissmonitoring (Dauerrissmonitoring) faseroptische Sensorkabel verlegt. Hierbei sind laut Messkonzept eine Dauerüberwachung der Gesamtverformungen sowie mehrere Stichtagmessungen hinsichtlich des eigentlichen Rissmonitorings der Spannbetonkonstruktion geplant. Ziel der Messungen ist das faseroptische Rissmonitoring zur Bauwerksüberwachung einer vorgeschädigten und im Zuge der faseroptischen Installation sanierten Spannbetonkonstruktion aus den 1970er-Jahren mit hohen Verkehrslasten aus Straßenverkehr und Temperatureinwirkungen. Bei der Spannbetonkonstruktion handelt es sich um eine Einfeldplattenkonstruktion mit geraden und parabelförmigen Spanngliedern. Die ursprüngliche Decke wies ein erhöhtes Schadenspotenzial an der Plattenunterseite (Rissbild) sowie schwerwiegende Schäden in Verbindung mit der vorhandenen Spannstahlkonstruktion auf. Im Zuge der Sanierung der Spannbetondeckenplatte wurde eine Spritzbetonverstärkung mit Zusatzbewehrung ausgeführt, um ein Ankündigungsverhalten bei Spanngliedausfall zu erreichen. Im folgenden Beitrag wird über die ersten Ergebnisse des Rissmonitorings auf der Basis von kontinuierlichen faseroptischen Messungen der eingebetteten Glasfasern berichtet. Die Messungen basieren auf der Brillouin-Technologie.

Long-term crack monitoring of prestressed concrete structures by means of distributed fiber-optic strain sensing
In the ceiling area of a connecting subway tunnel in Munich, Germany, fiber-optic sensor cables were installed for continuous long-term crack monitoring. According to the measurement concept, continuous monitoring of the total deformations as well as several reference date measurements are planned with regard to the actual crack monitoring of the prestressed concrete construction. The aim of the measurements is the fiber-optic crack monitoring of a pre-damaged prestressed concrete structure from the 1970s, which was refurbished in the course of the fiber-optic installation. The structure is exposed to high traffic loads from road traffic as well as temperature impact. The prestressed concrete structure is a single span slab construction with straight and parabolic tendons. The original ceiling had an increased potential for damage on the underside of the slab (crack pattern) as well as severe damages associated with the existing prestressing steel structure. During the renovation of the prestressed concrete slab, shotcrete with supplementary reinforcement was applied to achieve an announcement behavior in case of tendon failure. The following paper reports on the first results of crack monitoring based on continuous fiber optic measurements along the embedded fiber-optic sensing cables. The measurements are based on the technology of distributed Brillouin sensing.

Der geplante Lückenschluss zwischen der A66 und der A661 wird den östlichen Bereich der Stadt Frankfurt am Main in erheblichem Umfang von Lärm und Abgasen entlasten. Um diese Maßnahme realisieren zu können, sind div. Brückenbauten erforderlich. Eine dieser Brücken ist die geplante Geh- und Radwegüberführung über die sechsspurige A66. Die von Werner Sobek entworfene Brücke besteht aus einem leicht geschwungenen Mittelteil aus Stahl, welches integral mit ausgerundeten Widerlagern aus Stahlbeton verbunden ist. Die leichte und elegante Konstruktion spannt frei über eine Länge von 53 m bei einer Konstruktionshöhe von nur 1,2 m (l/h = 44). Die Montage der Brücke erfolgt nach Inbetriebnahme des Autobahnabschnitts, den sie überquert. Die Autobahn GmbH des Bundes möchte als Auftraggeberin für Infrastrukturprojekte das Building Information Modeling (BIM) von Infrastrukturprojekten gemäß Masterplan des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV) etablieren. Das Brückenbauwerk und die anschließenden Dämme ebenso wie das angrenzende Wellstahlbauwerk wurden deshalb in BIM geplant. Durch die Integration der Fachmodelle “Bauwerk”, “Gelände”, “Verkehrsanlage” und “Baugrund” konnten die Schnittstellen zwischen den einzelnen Fachgewerken direkt im 3D-Modell koordiniert werden. Die von der Autobahn GmbH genutzte Software EPLASS wurde als Plattform für den Datenaustausch verwendet. Als virtueller Projektraum kam die Kollaborationsplattform BIMcollab zum Einsatz.

Challenges and perspectives in the BIM planning of bridges - the example of the Riederwald footbridge and cycle path overpass
The planned closure of the gap between the A66 and the A661 will relieve the eastern part of the city of Frankfurt am Main of a considerable amount of noise and exhaust fumes. In order to realise this measure, various bridges have to be built. One of these bridges is the planned footpath and cycle path overpass over the six-lane A66. The bridge, designed by Werner Sobek, consists of a slightly curved central section made of steel, which is integrally connected to rounded abutments made of reinforced concrete. The light and elegant construction spans freely over a length of 53 m with a structural height of only 1.2 m (l/h = 44). The bridge will be installed after the motorway section it crosses has been put into operation. As the client for infrastructure projects, the Autobahn GmbH des Bundes wants to establish Building Information Modelling (BIM) of infrastructure projects in accordance with the master plan of the Federal Ministry for Digitalization and Transport (BMDV). The bridge structure and the adjoining embankments as well as the adjacent corrugated steel structure were planned in BIM. By integrating the “structure”, “terrain”, “traffic facility” and “subsoil” models, the interfaces between the individual disciplines could be coordinated directly in the 3D model. The EPLASS software used by Autobahn GmbH was used as a platform for data exchange. The collaboration platform BIMcollab was used as a virtual project space.