Die Digitalisierung und der Einsatz der BIM-Technologie werden für die Baubranche immer wichtiger. Doch nicht nur für die Planung und den Bau von Neubauten, sondern auch für die Umsetzung und den Betrieb von Messeinrichtungen an bestehenden Hoch- und Ingenieurbauten können die BIM-Methode und die visuelle Darstellung des Objekts in den physikalischen und virtuellen Modellen hilfreiche Werkzeuge sein. Am Beispiel eines Projekts zur datengestützten Bewertung einer Bestandsbrücke wird gezeigt, wie BIM, 3-D-Druck, QR-Codes und Mixed-Reality-Brillen die Planung von Messeinrichtungen unterstützen. Die einsetzende digitale Transformation im Bauwesen und der wachsende Bedarf an datenbasierten Nachweiskonzepten für alternde Verkehrsinfrastrukturobjekte eröffnen dabei ein enormes Potenzial für die Digitalisierung. Anhand einer geplanten Versuchskampagne zur Anpassung von statischen Modellen an gemessene Daten durch Bayes'sches Updating wird gezeigt, wie dieses Potenzial genutzt werden kann, um die Planung und Ausführung von Messprojekten an Bauwerken zu unterstützen und eine Steigerung der Qualität und der Effizienz zu erreichen. Durch die Erzeugung und Visualisierung von dreidimensionalen Bauwerksmodellen und die Bereitstellung von technischen Spezifikationen der Messeinrichtungen durch QR-Codes kann sowohl der Installationsprozess als auch die spätere Betreuung der Messtechnik unterstützt werden.

Digitization of test planning in civil engineering with MR glasses, 3-D printing and QR codes
Digitization and the use of BIM technology are becoming increasingly important for the construction industry. The BIM method and the visual representation of the object in the physical and virtual models can be helpful tools not only for the design and construction of new buildings, but also for the implementation and operation of measurement facilities on existing buildings and engineering structures. Using the example of a project for data-based assessment of an existing bridge, we will show how BIM, 3-D printing, QR codes and mixed reality glasses support the design of measurement facilities. The incipient digital transformation in the construction industry and the growing need for data-based recalculation concepts for aging transport infrastructure opens up enormous potential for digitalization. Based on a planned measurement for the data-driven update of the static system using Bayes' Theorem, it is shown how this potential can be used to support the planning and execution of measurement projects on structures, thereby achieving an increase in quality and efficiency. By generating and visualizing three-dimensional models of structures and providing technical specifications of the measurement equipment through QR codes, both the installation process and the subsequent maintenance of the instrumentation can be supported.

Eine frühe Integration der tragwerksplanerischen Expertise in den Prozess des Gebäudeentwurfs ermöglicht eine effiziente Unterstützung der hochkomplexen Planungsentscheidungen. Zur Bereitstellung und Verwendung des dafür geeigneten Erfahrungswissens des Ingenieurwesens wurde ein wissensbasiertes System (WBS) entwickelt. Dieses kann durch den Einsatz von entwicklungsstufenbezogenen unscharfen Wissensbanken sowie zugehöriger Inferenzsysteme eine Beurteilung von Tragstrukturen und Vorschläge von Entwurfsoptionen leisten. Das Entwicklungsstufensystem enthält eine Bewertung von Tragsystemen basierend auf der Possibilitätstheorie und umfasst Konzepte der adaptiven Entwicklungsstufen. Durch den Einsatz der leicht verständlichen Formulierung von Regeln im Modus Ponens und von Inferenzmechanismen der Fuzzy Logic wird dabei die Nachahmung des menschlichen Entscheidungsverhaltens ermöglicht. Zur Akquise des Wissens werden Parameterstudien mit der Berechnung und Bemessung von Tragelementen des Stahlbetonbaus durchgeführt. Praxiserfahrungen bestimmen die für die im üblichen Hochbau zu erwartenden Strukturen zu berücksichtigenden Wertebereiche. Mechanismen zur Berücksichtigung einer möglichen Ungewissheit von Entwurfsgrößen werden bereitgestellt. Das resultierende WBS ermöglicht schließlich eine Steigerung der Effizienz des Planungsprozesses bereits in frühen Planungsphasen.

AI-methods for the integration of structural design knowledge in early phases of the building design process
The early integration of the structural design expertise in the building planning process allows an efficient support of the involved highly complex decision-making. A knowledge-based system (KBS) is developed for the supply and the usage of suitable engineering experience knowledge. This performs an evaluation of bearing structures and the proposal of design options through the application of development level dependent fuzzy knowledge bases and related inference systems. The levels of development include the assessment of structures based on the possibility theory and comprises concepts of adaptive detailing. An imitation of the human decision-making behavior is achieved by the use of an easily understandable formulation of rules following the Modus Ponens and Fuzzy Logic inference mechanisms. Acquisition of applicable knowledge is based on parametric studies covering the calculation and design of structural elements that initially are carried out for reinforced concrete components. Considerable value ranges are determined based on practical experiences. Additionally, mechanisms for the consideration of uncertain parameters are provided. The resulting (KBS) system enables an efficiency increase in the early planning process.

Demografische Veränderungen, ein sich wandelnder Arbeitsmarkt und konjunkturelle Schwankungen mit unterschiedlich dominierenden Gewerbezweigen erfordern Gebäude, die sich an verändernde Nutzeranforderungen anpassen können. Zur Erhöhung der Ressourceneffizienz sind Gebäude nicht nur hinsichtlich des Materialeinsatzes und Energieverbrauchs zu optimieren, sondern darüber hinaus für einen langen Nutzungshorizont auszulegen. Um die Anpassungsfähigkeit von Geschossbauten an verschiedene Nutzungsformen bewerten zu können, wurde im Rahmen des Innovationsprogramms “Zukunft Bau” das Forschungsprojekt “Adaptive Gebäudestrukturen zur Erhöhung der Ressourceneffizienz von Geschossbauten im städtischen Raum” durchgeführt. Im folgenden Beitrag werden die Motivation zum Forschungsprojekt, eine Übersicht zu wesentlichen Fragestellungen und die Ergebnisse in einer zusammenfassenden Darstellung vorgestellt.

Assessment of the adaptivity of multi-storey buildings for the urban area
Demographic changes, a transforming labour market and economic volatility with different dominant industries require buildings that can adapt to changing user requirements. In order to increase resource efficiency, buildings must not only be optimised in terms of material use and energy consumption, but also designed for a long horizon of use. In order to be able to evaluate the adaptability of multi-storey buildings to different forms of use, the research project “Adaptive building structures to increase the resource efficiency of multi-storey buildings in urban areas” was carried out within the framework of the “Zukunft Bau” research initiative. In the following article, the motivation for the research project, an overview of the main aspects and the results are presented in a summarising form.

Die Bewertung des Bauwerkszustands von Brückenbauwerken erfolgt in Deutschland anhand der auf Grundlage regelmäßiger Bauwerksprüfungen ermittelten Bauwerksnote. Eine Methodik zur Einbindung von Monitoringdaten in die Bauwerksbewertung existiert dagegen derzeit noch nicht. Dabei kann ein Bauwerksmonitoring zur Unterstützung der klassischen Bauwerksprüfung genutzt werden, um das Auftreten oder die Entwicklung von Bauwerksschäden vorübergehend oder dauerhaft zu überwachen und so die von den Schäden ausgehenden Risiken zu mindern. Des Weiteren können in vielen Fällen rechnerische Standsicherheitsdefizite mittels gezielt eingesetzter Messmaßnahmen kompensiert werden. Herausforderungen hinsichtlich der integralen Zustandsbewertung ergeben sich aus der unterschiedlichen Bewertung von Bauwerksschäden (Benotung) und Standsicherheitsnachweisen (Ausnutzungsgrad). Dieser Beitrag stellt eine Methodik vor, die Monitoringdaten und Bauwerksschäden in einer Echtzeitbewertungskennzahl aggregiert, die auch für Nichtfachleute verständlich ist. Neben dem allgemeinen Bewertungsverfahren, das bekannte Elemente aus dem Bewertungsschema nach SIB-Bauwerke einschließt, werden zwei konkrete Anwendungsfälle anhand des smartBRIDGE-Konzepts an der Köhlbrandbrücke in Hamburg gezeigt. Dabei handelt es sich um zwei aktuelle rechnerische Standsicherheitsdefizite, die durch eine messtechnische Überwachung kompensiert werden.

Aggregation of condition indicators for bridge structures based on inspection and monitoring data
In Germany, the assessment of existing structures is based on a uniform structural rating obtained from regular in situ inspections. However, a method to include monitoring data into the structural rating does not yet exist. Though, a structural monitoring can be used to monitor the occurrence or the growth of damages, thereby reducing the risks emanating from theses damages. Furthermore, calculative safety deficits can, in many cases, be compensated by specific monitoring measures. Challenges concerning the integral assessment result from the differences in the assessment of structural damages (rating) and limit state checks (utilization). This paper presents a method which aggregates monitoring data and structural damages into a real time condition indicator that is also comprehensible for non-experts. Apart from the general rating procedure that includes well-known elements of the rating system of the German structural information database “SIB-Bauwerke”, two use cases of the smartBRIDGE concept for the Köhlbrandbrücke in Hamburg will be shown. The use cases consist of two current calculative safety deficits which are compensated by monitoring measures.

Nachdem andere Wirtschaftszweige wie die Automobilindustrie mit statusbasierten Wartungsintervallen für Autos oder dem autonomen Fahren bereits erheblichen Erfolg im Bereich der Digitalisierung verzeichnen dürfen, befindet sich nun auch die Bauindustrie im Wandel. Der digitale Zwilling spielt insbesondere bei der prädiktiven Instandhaltung eine zentrale Rolle. Durch ihn können alle Daten und Informationen zum Bauwerk gesammelt, strukturiert und mit einem zeitlichen und räumlichen Kontext versehen werden. Die Grundlage zur Verortung von Informationen ist ein 3-D-Modell. Das Building Information Modeling liefert dafür im Bauwesen die perfekte Basis, ist im Bestand aber häufig nur mit großem Aufwand umsetzbar. Da die Erstellung und Änderung solcher Modelle oftmals durch Experten erfolgen muss, einen i. d. R. aufwendigen Prozess darstellt und die Datenstruktur keine Verwaltung von Massendaten zulässt, ist zu überlegen, welche Daten direkt in das 3-D-Modell integriert werden und wo der Linked-Data-Ansatz sinnvoller ist. Der Beitrag zeigt verschiedene Datenintegrationsmöglichkeiten für digitale Modelle und verdeutlicht am Beispiel des Pilotprojekts smartBRIDGE Hamburg die Vorgehensweise als Proof of Concept. Ziel ist die optimale Nutzung von 3-D-Modellen im Kontext des digitalen Brückenzwillings. Im Ergebnis kann festgehalten werden, dass sowohl für Massendaten als auch für singuläre Ergebnisse aus der Bauwerksinspektion der Linked-Data-Ansatz ein vielversprechender ist.

The 3-D model as the basis of the digital twin
With other industries such as the automotive industry already achieving great success in the field of digitization with status-based maintenance intervals for cars or autonomous driving, the construction industry is now also experiencing a transformation. The digital twin plays a key role in predictive maintenance in particular. It enables all data and information on the asset to be gathered, structured and linked to a temporal and spatial context. In the digital twin, the basis for the localization of information is a 3-D model. The Building Information Modeling method provides the perfect basis for this in the construction industry, but can often only be applied to existing assets with a large amount of effort. Since the creation and modification of such models often must be carried out by experts and is usually a time-consuming process, and since the data structure does not allow for the management of mass data, it is necessary to carefully consider which data should be directly integrated into the 3-D model and in which areas the linked data approach makes more sense. The article shows different data integration methods for digital models and illustrates the approach as a proof of concept using the example of the pilot project smartBRIDGE Hamburg. The goal is the optimal use of 3-D models in the context of the digital bridge twin. As a result, it can be stated that for mass data as well as for singular results from the building inspection, the linked data approach is a promising one.

Auf dem Weg zur digitalen Brücke existieren bereits erste Lösungen, die den Lebenszyklus einer Brücke abbilden können. Für die Planung, den Bau und den Unterhalt stehen unterschiedlichste Werkzeuge, z. B. BIM, DIN 1076, SIB-Bauwerke, Monitoring etc. zur Verfügung, die jeweils mit unterschiedlichen Datenformaten arbeiten. Für ein intelligentes Erhaltungsmanagement müssen aber alle Daten mit den verschiedenen Datenformaten zusammengeführt, abgelegt und so verwaltet werden können, dass über den gesamten Lebenszyklus einer Brücke die Abbildung eines ganzheitlichen digitalen Zwillings eines Bauwerks möglich ist. Die Autoren haben dafür mit BBox den Prototyp einer Verwaltungsschale (VWS) auf Grundlage von Industrie 4.0 entwickelt. Damit wird das physikalisch-ingenieurtechnische Modell zur Zustandsbewertung der Brücke in den Mittelpunkt gestellt und der gesamte Lebenszyklus einer Brücke kann unabhängig von Datenformaten digital erfasst werden. Da der Aufbau der VWS durch die Granularität optimal strukturiert ist, bietet die Ablage und Einspeisung von Messdaten sowohl die Grundlage eines Live-Monitorings als auch den Grundstein für maschinelles Lernen (ML). Der Datenzugriff via S3-Schnittstelle erleichtert die Entwicklung von eigenen Prognosemodellen mit Informationsmustern (SHIP - Structural Health Information Pattern). Am Beispiel der Heinrichsbrücke Bamberg wird die praktische intelligente Umsetzung des Bauwerksmonitorings inkl. VWS mit Informationsmustern und ML gezeigt.

Digital twin: asset administration shell BBox as data storage over the life cycle of a bridge
On the way to the digital bridge, initial solutions already exist that can map the life cycle of a bridge. A wide variety of tools are available for planning, construction and maintenance, e. g. BIM, DIN 1076, SIB structures, monitoring etc., each of which works with different data formats. For an intelligent maintenance management, however, all data with the different data formats must be merged, stored, and managed in such a way that the mapping of a holistic digital twin of a structure is possible over the entire life cycle of a bridge. For this purpose, the authors have developed BBox, a prototype of an asset administration shell (AAS) based on Industry 4.0. This places the physical-engineering model for assessing the condition of the bridge at the center, and the entire life cycle of a bridge can be digitally recorded independently of data formats. Since the structure of the AAS is optimally structured through granularity, the storage and feeding of measurement data provides both the basis of live monitoring and the cornerstone for machine learning (ML). The data access via S3 interface facilitates the development of own prognosis models with information patterns (SHIP - Structural Health Information Pattern). Using the Heinrichsbrücke Bamberg as an example, the practical intelligent implementation of structural monitoring incl. AAS with information patterns and ML is shown.

Für die Verbesserung der Infrastruktur in der Bundesrepublik Deutschland ist der Neu- und Ausbau von Straßen und Autobahnen mit dem Ersatz von Brücken und Widerlagern erforderlich, der auch mit Nachdruck betrieben wird. In diesem Zusammenhang werden auch alternative Bauweisen untersucht, die zu einer Zeit- und Kostenreduzierung führen sollen. Eine dieser neuen und innovativen Bauweisen stellt die Herstellung der Brückenwiderlager aus geokunststoffbewehrter Erde (KBE) dar. Hierbei handelt es sich im Gegensatz zu den bisher vorhandenen und im Bau befindlichen Brücken in Deutschland um eine bisher nicht geregelte Bauweise, sodass für ein Pilotprojekt eine Zustimmung im Einzelfall erforderlich wurde. Im Rahmen dieses Beitrags werden die Konstruktion, der Aufbau, die Berechnungs- und Bemessungsansätze, das begleitende Messprogramm und die Messergebnisse für die Brückenwiderlager dieses Pilotprojekts vorgestellt. Ebenso werden die Erkenntnisse dieses Pilotprojekts im Hinblick auf Standsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Bauzeit bewertet und ein Ausblick auf die Übertragbarkeit auf vergleichbare Bauprojekte gegeben.

Bridge abutments made of geosynthetic-reinforced earth (KBE) - a fast and sensible alternative for the construction of new and replacement bridges
The improvement of the infrastructure in the Federal Republic of Germany requires the new construction and expansion of roads and highways with the replacement of bridges and abutments. In this context, alternative construction methods are also being investigated, which should lead to a reduction in building time and costs. One of these new and innovative construction methods is the construction of bridge abutments made of geosynthetic reinforced earth (KBE). In contrast to the bridges currently existing and under construction in Germany, this construction method has not been regulated to date, so that approval in individual cases was required for a pilot project. As part of a pilot project, a geosynthetic-reinforced earth (KBE) was constructed as abutments for a bridge over the highway. The load-bearing behavior was checked by an accompanying measurement program and i. a. evaluated with regard to stability and usability. The results allow an outlook on the transferability to comparable construction projects.

Für eine präventive und nachhaltige Instandhaltung von Infrastrukturbauwerken sind regelmäßige visuelle Inspektionen von großer Bedeutung, um Schäden frühzeitig zu erkennen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Moderne Technologien wie unbemannte Flugsysteme, ausgerüstet mit hochauflösenden Kameras, unterstützen immer mehr den Inspektionsprozess und die damit verbundene Dokumentation. Dadurch entstehen große Mengen an Bilddaten, Orthofotos, Punktwolken und Oberflächennetzen, welche die gesamte Bauwerksoberfläche in einem ausreichend hohen Detailgrad darstellen und die Annotation von visuell detektierbaren Anomalien ermöglichen. Um diese Datenmenge effektiv nutzen und verwalten zu können, sind Methoden zur Verarbeitung und entsprechend verknüpfte Datenmodelle notwendig. Vor dem Hintergrund einer kontinuierlich zu wiederholenden Bauwerksüberwachung ist eine Automatisierung der einzelnen Analyseschritte besonders vielversprechend. In diesem Aufsatz werden Ansätze für die Verarbeitung großer bildbasierter Datensätze zu einem verknüpften Inspektionsmodell beschrieben. Dazu wird gezeigt, wie Annotationen in Bildern und Orthofotos im Kontext von idealisierten Simulationsmodellen genutzt werden und den Prozess der Zustandsbewertung unterstützen können. Der daraus entstehende digitale Zwilling soll eine konsistente Datenbasis über mehrere Zustände abbilden und damit die Verwaltung heterogener Inspektionsdaten ermöglichen.

Integration and linking of inspection data in digital bridge models
For a preventive and systematic maintenance of infrastructures, periodic visual inspections are of significant importance in order to detect structural defects at an early stage and to initiate necessary interventions. Modern technologies such as unmanned aircraft systems equipped with high-resolution cameras increasingly support the inspection process and the associated documentation. This creates large amounts of image data, orthophotos, point clouds and surface meshes that represent the entire structural surface in a sufficiently high level of detail and enable the annotation of visually detectable anomalies. Processing methods and linked data models allow for an effective data management. Given the need for continuously repeated structural monitoring, an automation of the individual analysis steps is particularly desirable. This article describes approaches for processing large image-based data sets into a linked inspection model. To this end, it is shown how annotations in images and orthophotos are used in the context of idealised simulation models and support the process of condition assessment. The resulting digital twin represents a consistent database over multiple states and thus enables the effective management of heterogeneous inspection data.

Dieser Aufsatz in zwei Teilen berichtet über die Instandsetzung und Anpassung der festen Fahrbahn im stark frequentierten unterirdischen Bahnhof Zürich Flughafen. Die 1980 eingebaute feste Fahrbahn hatte die vom Systemanbieter vorausgesagte Nutzungsdauer erreicht und wies Schäden auf. Damit die Bahnsteige die Vorgaben des Behindertengleichstellungsgesetzes (BehiG) erfüllen, musste außerdem die Gleisgeometrie abschnittweise durch eine Absenkung angepasst werden. Aus diesem Grund war ein einfacher Austausch der Schwellenblöcke nicht möglich und eine Sonderlösung erforderlich. Mit der Anwendung des ultrahochleistungsfähigen zementgebundenen Faserverbundbaustoffs UHFB wurde eine nachhaltige und wirtschaftliche Lösung für ein Projekt gefunden, bei dem eine traditionelle Lösung zeit- und kostenaufwendig gewesen wäre. Außerdem wurde im Rahmen dieses Projekts festgestellt, dass die Anwendung des UHFB mit deutlich verbesserten mechanischen Eigenschaften die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn erhöht. Mit dem Einsatz von UHFB wird die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn gleich derjenigen der gesamten Bahnhofanlage, was die Wirtschaftlichkeit weiter verbessert. Der erste Teil dieses Aufsatzes berichtet über die Planungsarbeiten in früheren Projektphasen und die Bauvorgänge während der Ausführung. Es werden außerdem die Hintergründe erläutert, die zur Anwendung von UHFB geführt haben, und die Ergebnisse der erfolgreichen Anwendung dieses Baustoffs für feste Fahrbahnen der Eisenbahn sowie das weitere Optimierungspotenzial aufgezeigt.

Renewal of a fixed railway track using UHPFRC - first use worldwide of UHPFRC in rail track construction, part 1
This two-part article reports on the renewal and adaptation of the fixed railway track in the heavily frequented underground train station at Zurich Airport. The fixed track built in 1980 had reached the service duration predicted by the system provider and was showing damage. In order for the platforms to meet the requirements for people with disabilities, the track geometry had to be adapted in sections by lowering. For this reason, a simple exchange of the sleeper blocks was not possible and a special solution was required. With the use of the Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Cement-bound composite building material UHPFRC, a sustainable and economical solution was found for a project in which a traditional solution would have been time-consuming and costly. In addition, it was found within the scope of this project that the use of UHPFRC with significantly improved mechanical properties increases the service duration of the fixed railway track. With the use of UHPFRC, the service duration of the fixed railway track becomes equal to the one of the whole train station, which further improves economic efficiency.

Dieser Aufsatz in zwei Teilen berichtet über die Instandsetzung und Anpassung der festen Fahrbahn im stark frequentierten unterirdischen Bahnhof Zürich Flughafen. Die 1980 eingebaute feste Fahrbahn hatte die vom Systemanbieter vorausgesagte Nutzungsdauer erreicht und wies Schäden auf. Damit die Bahnsteige die Vorgaben des Behindertengleichstellungsgesetzes (BehiG) erfüllen, musste außerdem die Gleisgeometrie abschnittweise durch eine Absenkung angepasst werden. Aus diesem Grund war ein einfacher Austausch der Schwellenblöcke nicht möglich und eine Sonderlösung erforderlich. Mit der Anwendung des ultrahochleistungsfähigen zementgebundenen Faserverbundbaustoffs UHFB wurde eine nachhaltige und wirtschaftliche Lösung für ein Projekt gefunden, bei dem eine traditionelle Lösung zeit- und kostenaufwendig gewesen wäre. Außerdem wurde im Rahmen dieses Projekts festgestellt, dass die Anwendung des UHFB mit deutlich verbesserten mechanischen Eigenschaften die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn erhöht. Mit dem Einsatz von UHFB wird die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn gleich derjenigen der gesamten Bahnhofanlage, was die Wirtschaftlichkeit weiter verbessert. In diesem Teil wird das Vorgehen bei der Bemessung der Sockel aus UHFB erläutert. Die einzelnen Punkte der Dimensionierung der Sockel aus traditionellem Beton C50/60 werden ebenfalls erwähnt.

Renewal of a fixed railway track using UHPFRC - first use worldwide of UHPFRC in rail track construction, part 2
This two-part article reports on the renewal and adaptation of the fixed railway track in the heavily frequented underground train station at Zurich Airport. The fixed track built in 1980 had reached the service duration predicted by the system provider and was showing damage. In order for the platforms to meet the requirements for people with disabilities, the track geometry had to be adapted in sections by lowering. For this reason, a simple exchange of the sleeper blocks was not possible and a special solution was required. With the use of the Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Cement-bound composite building material UHPFRC, a sustainable and economical solution was found for a project in which a traditional solution would have been time-consuming and costly. In addition, it was found within the scope of this project that the use of UHPFRC with significantly improved mechanical properties increases the service duration of the fixed railway track. With the use of UHPFRC, the service duration of the fixed railway track becomes equal to the one of the whole train station, which further improves economic efficiency.

In 2019 und 2020 wurde die Balkanregion von zwei Erdbeben der Stärke MW = 6,4 heimgesucht. Am 26. November 2019 erschütterte ein Erdbeben den Nordwesten Albaniens. Es war das stärkste Erdbeben seit mehr als 40 Jahren. Städte wie Thumanë, Tirana und Durrës erlitten Schäden, wobei Durrës mit mehreren eingestürzten Gebäuden am stärksten betroffen war. Die Region Sisak-Moslavina in Kroatien, etwa 50 km südlich von Zagreb, wurde am 29. Dezember 2020 erschüttert. Auch hier war es das stärkste Erdbeben seit dem Pokupsko-Erdbeben vom 8. Oktober 1909 und das größte Erdbeben in der Region seit 140 Jahren. Es verursachte umfangreiche Schäden in den Städten Petrinja, Glina und Sisak sowie in zahlreichen benachbarten Kleinstädten und kleinen Siedlungen der Region. Die Schüttereffekte und Gebäudeschäden beider Erdbeben konnten im Rahmen von Feldeinsätzen untersucht und dokumentiert werden. In Durrës (Albanien) verursachte das Erdbeben erhebliche Schäden an Stahlbetonskelettbauten mit Ausfachungswänden. Schäden infolge des Erdbebens in Kroatien konzentrieren sich hingegen auf ältere und moderne Gebäude aus unbewehrtem Mauerwerk. Der Beitrag gibt einen Überblick über die erdbebeninduzierten Schäden in verschiedenen Gebäudetypen und deren Variationen. Die Ursachen der Schäden sowie die Konsequenzen für die schnelle Reaktion auf ein Erdbeben werden in engem Zusammenhang mit der Normung in moderat erdbebengefährdeten Gebieten in Europa diskutiert.

The Magnitude 6.4 - earthquakes in Albania and Croatia - engineering analysis of earthquake damage and lessons for standardization in Europe
In 2019 and 2020, the Balkan region was hit by two earthquakes of magnitude MW = 6.4. On November 26, 2019, an earthquake struck Northwestern Albania. It was the strongest to hit Albania in more than 40 years. Cities such as Thumanë, Tirana, and Durrës suffered damage, but Durrës was the hardest hit with several building collapsed. On December 29, 2020, an earthquake occurred in the Sisak-Moslavina county of Croatia, located approximately 50 km south of Zagreb. Comparable to Albania, it was the strongest to hit in the Pokupsko-Petrinja seismic zone since the October 8, 1909 Pokupsko earthquake and the largest earthquake in the region in 140 years. It caused extensive damage in the cities of Petrinja, Glina, and Sisak as well as in numerous neighboring small towns and small settlements in the region. The shaking effects and building damage of both earthquakes could be investigated and documented during field operations. In Durrës (Albania), the most affected buildings by the earthquake damage were reinforced concrete (RC) frame buildings with infill walls. Whereas, the Croatia earthquake caused major damage on the older and modern unreinforced masonry buildings. The paper provides an overview of the earthquake-induced damage in different types of buildings and their variations. The causes of the damage as well as the consequences for rapid response to earthquake are discussed in close relation to the standardization in low to moderate seismic regions in Europe.

Ringfedern finden im Erdbebeningenieurwesen kaum Anwendung und sind nur wenig erforscht. Dabei bieten sie eine Reihe von Vorteilen: sie sind äußerst robust, hitzebeständig, langlebig und wartungsarm. Ihr Verhalten ist superelastisch, wobei die Feder trotz großer plastischer Verformungen und hoher Energiedissipation immer wieder in den Ausgangszustand zurückkehrt. Ein mit Ringfedern ausgestattetes System kann ein Erdbeben ohne große plastische Verformungen und Schäden überstehen und liefert somit einen maßgeblichen Beitrag zum Investitionsschutz (Wirtschaftlichkeit) und zum nachhaltigen Einsatz von knappen Materialien und Ressourcen. Die Dämpfer selbst bleiben dabei ebenfalls schadensfrei und müssen nicht ausgetauscht werden. In diesem Aufsatz wird ein neuartiger Einsatz von Ringfedern zur Erhöhung der Erdbebensicherheit und zur Schwingungsreduktion von Strukturen untersucht. Hierbei werden die klassischen Aussteifungselemente durch Ringfedern ersetzt. Um die praktische Anwendung im Erdbebeningenieurwesen zu ermöglichen und die Effizienz im Vergleich zu anderen Systemen zu bewerten, werden nichtlineare dynamische Simulationen durchgeführt, wobei die klassischen schwingungstechnischen Eigenschaften der Feder analytisch und numerisch quantifiziert werden. Abschließend wird die praktische Anwendung von Ringfedern zur Schwingungsreduktion und zur Optimierung der Erdbebenauslegung eines Hochhauses anhand eines Praxisbeispiels demonstriert.

Innovative application of ring springs for seismic design
Ring springs are hardly used in earthquake engineering and have been little investigated. Though they offer several benefits: they are extremely robust, heat-resistant, durable and low-maintenance. Their behavior is superelastic, whereby the spring always returns to its initial state despite large plastic deformations and high energy dissipation. A system equipped with ring springs can withstand an earthquake without major plastic deformation and damage, thus makes a significant contribution to investment protection (economic efficiency) and the sustainable use of scarce materials and resources. The dampers themselves also remain damage-free and do not need to be replaced. In this paper, a novel use of ring springs to increase earthquake resistance and reduce vibration of structures is investigated. Here, the classical bracing elements are replaced by ring springs. To enable practical application in earthquake engineering and to evaluate the efficiency in comparison to other systems, nonlinear dynamic simulations are performed, quantifying the classical vibrational properties of the spring analytically and numerically. Finally, the practical application of ring springs for reducing vibrations and optimizing the seismic design of a high-rise building is demonstrated by means of a practical example.

Innerhalb der Systemgrenze Erde sind die vom Menschen nutzbaren Ressourcen faktisch begrenzt. Dennoch steigt der Verbrauch natürlicher Ressourcen durch ein anhaltendes Wachstum der Weltbevölkerung und einen Anstieg des Wohlstands in vielen Regionen jährlich weiter an. Die gebaute Umwelt (v. a. in Form von Städten und urbanen Strukturen) gehört zu den Haupttreibern des Ressourcenverbrauchs. In der hier vorgestellten Studie wird in einer phänomenologischen Untersuchung die Auswirkung bestimmter Parameter auf den Ressourcenverbrauch von typischen Wohnbauten analysiert. Darin werden das klassische Einfamilienhaus, vier- und sechsgeschossige Mehrfamilienhäuser und 20- bzw. 40-geschossige Wohnhochhäuser quantifiziert und in drei unterschiedlichen urbanen Dichten in einem städtischen Kontext betrachtet. Darauf aufbauend zeigt eine Fallstudie Optimierungspotenzial für Hochhäuser auf, die sich unter bestimmten Umständen als eine nachhaltige Gebäudetypologie erweisen können.

Minimal resource consumption in the urban context
Within the earth's boundaries, global resources are limited. However, a continuing growth of global population and an accompanying increase of wealth, causes an annual increase of resource consumption. The built environment, especially urban structures are the main drivers for resource consumption. In phenomenological investigation, the study, summarized here, analyses the impacts of certain parameters of typical urban residential buildings on resource consumption. Herein, the classic single-family house, four- and six-storey apartment buildings and 20- and 40-storey high-rise residential buildings are quantified and put in relation in three different urban densities. In conclusion, a case study shows the optimisation potential of high-rise buildings that can become a sustainable building typology under certain circumstances.

Die angestrebten Ziele einer Ressourcen- und Klimaneutralität erfordern ein radikaleres Umdenken der Bauschaffenden, das mit einer noch viel stärkeren Sensibilisierung der Auftraggeber für die Auswirkungen des Material- und Energieverbrauchs im Bausektor verbunden ist. Ein Ansatz, um diese Ziele zu erreichen, sind hybride Konstruktionen, in denen unterschiedliche Materialien, Elemente, Funktionen und Technologien auf mehreren Konstruktionsebenen ressourcen- und energieeffizient kombiniert sowie im Fall eines Rückbaus sortenrein rezykliert werden. Dieser anspruchsvolle Ansatz ist von Beginn an erklärtes Ziel des Lehrstuhls Hybride Konstruktionen - Massivbau an der BTU Cottbus-Senftenberg und zieht sich durch alle Lehr- und Forschungsaktivitäten. Mit ausgewählten Forschungsprojekten werden Motivation und Methoden hybrider Konstruktionen sowie deren Potenzial für ressourcen- und klimaneutrale Konstruktionen anhand von Prototypen aufgezeigt. Hierbei steht neben der ökologischen Weiterentwicklung klassischer hybrider Konstruktionen aus nachwachsenden und rezyklierten Rohstoffen, bspw. Holz und Recyclingbeton, auch die Entwicklung aktiver hybrider Konstruktionen im Fokus. Die gezielte Integration von aktiven Technologien wie Sensorik, Aktuatorik und Regelungstechnik ermöglicht multifunktionale Konstruktionen, einen hohen Nutzungskomfort, einen geringeren Rohstoffverbrauch bis hin zur Energiegewinnung aus dynamischen Einwirkungen.

Hybrid structures at BTU Cottbus-Senftenberg
The intended objectives of resource and climate neutrality require a more radical rethinking on the part of building professionals, combined with a much greater awareness on the part of clients of the effects of material and energy consumption in the building sector. Achieving these goals is possible using hybrid structures, in which different materials, elements, functions and technologies are combined on different levels of construction in a resource- and energy-efficient way as well as recyclable by type into their components in case of deconstruction. This ambitious approach has been the declared goal of the Chair of Hybrid Structures - Structural Concrete at BTU Cottbus-Senftenberg from the very beginning and runs through all teaching and research activities. With the aid of selected research projects, the motivation and methods of hybrid constructions as well as their potential for resource- and climate-neutral constructions are shown on the basis of prototypes. In addition to the further ecological development of classical hybrid structures made of renewable and recycled raw materials such as timber and recycled concrete, the focus is also on the development of active hybrid structures. The targeted integration of active/adaptive technologies such as sensor, actuator and control systems enables multifunctional constructions, a high level of user comfort, lower raw material consumption and the possibility of energy harvesting from dynamic loads.

In diesem Beitrag wird ein dynamisches Modell einer Offshore-Windenergieanlage mit Schwerpunkt auf der numerischen Modellierung der Boden-Struktur-Interaktion vorgestellt. Das entwickelte Modell basiert auf einem zweidimensionalen FE-Modell eines auf Federn gebetteten Euler-Bernoulli-Balkens. Die Pfahl-Boden-Interaktion bzw. das Last-Verformungsverhalten des den Pfahl umgebenden Bodens wird in Form von nichtlinearen Bettungsfedern idealisiert. Die Formulierung der Federkennlinien basiert auf einem hypoplastischen Bettungsansatz, welcher es ermöglicht, verschiedene Steifigkeiten bei Erst-, Ent- und Wiederbelastung sowie eine Ver- bzw. Entfestigung des Bodens abzubilden. Über die Änderung der Porenzahl wird zudem eine Materialdämpfung berücksichtigt. Das Bettungsmodell wird ergänzt durch parallel zu den Federn geschaltete viskose Dämpfer, welche eine geometrische Dämpfung des Untergrunds abbilden. Der Gründungspfahl wird erweitert um die aufgehende Struktur einer Offshore-Windenergieanlage. Dabei wird der natürliche Seegang auf Basis der linearen Wellentheorie für das Modellgebiet der Nordsee mit dem Jonswap-Spektrum modelliert. Der Rotor wird als Punktmasse idealisiert. Das Modell ermöglicht es, aufgrund der dynamischen Formulierung der nichtlinearen Bewegungsgleichung das Schwingungsverhalten in kurzer Rechenzeit praxisgerecht auszuwerten. Außerdem werden Untersuchungen zum Einfluss der Änderung der Steifigkeitsverteilung des Bodens im Zusammenspiel mit einer Änderung der Eigenfrequenz durchgeführt. Es wird das zeitabhängige Modellverhalten bei Wellenbelastung sowie für einen Modellsturm dargestellt. Zukünftige Erweiterungen des Modells sollen die Ableitung von Dämpfungsfaktoren zum Ansatz bei der Bemessung ermöglichen.

Soil-dynamic structural damping of offshore wind turbine plants
This paper presents a study of the natural vibration behavior of a dynamic model of an offshore wind turbine plant, highlighting aspects of numerical modeling of the nonlinear soil-structure interaction as well as soil dynamic damping. The applied model consists of a two-dimensional FE-model of a beam on elastic foundation. The formulation of the nonlinear spring elements is based on hypoplasticity. Thus, different stiffnesses during initial, un- and reloading as well as soil hardening and softening can be captured. Material damping is considered by calculating the change in void ratio. Parallel viscous dampers depict effects of geometric damping. The pile foundation model is extended to a complete model of an offshore wind turbine by modeling the natural sea state with linear wave theory for the North Sea. Due to the dynamic formulation of the nonlinear equation of motion, the model allows the time-dependent load-deformation behavior to be evaluated in a short computational time. Different load scenarios are considered and the natural vibration behavior is investigated with respect to soil-dynamic structural damping. Future research addresses the derivation of damping factors to be applied in offshore pile design.

Der Beitrag stellt die rezente Erdbebentätigkeit auf dem Gebiet Deutschlands der letzten Jahre, beginnend mit 2002 bis einschließlich 2019 vor. Für ausgewählte Erdbeben (Alsdorf 2002, Waldkirch 2004, Goch 2011, Nassau 2011) werden Messungen der Bodenbewegung aufbereitet und für ausgewählte Zeitverläufe mit der Untergrundsituation der aktuellen und bisherigen Erdbebennorm DIN EN 1998-1/NA in Korrelation gebracht. Wie an Beispielen gezeigt werden kann, haben die gewonnenen Bodenbewegungen bis dato nicht die durch die Gefährdungskarten (mit der Wiederholungsperiode von 475 Jahren) vorgegebenen Kenngrößen erreicht. Für ausgewählte Zeitverläufe werden exemplarisch gemessene Bodenbewegungen und die beobachtete makroseismische Intensität in Bezug gebracht. Die Untersuchung der max. beobachteten Bodenbewegungsgrößen sowie der makroseismischen Wirkungen ist für Anwendungen im ingenieurseismologischen Bereich von hohem Interesse, v. a. für die realistische Abschätzung der Bodenbewegung in gering bis moderat seismisch aktiven Gebieten wie Deutschland. Für die gewählten Ereignisse werden Schütterkarten (ShakeMaps) ermittelt, die die potenziellen Schütterwirkungen (makroseismische Intensität) abbilden.

Recent earthquake activity in Germany: registered ground motions and shaking effects
The article presents the recent earthquake activity on the territory of Germany of the last years, starting with 2002 up to and including 2019. Ground motion measurements are processed and for selected time histories correlated with the subsurface situation of the current and previous earthquake standard DIN EN 1998-1/NA for selected earthquakes (Alsdorf 2002, Waldkirch 2004, Goch 2011, Nassau 2011). For the selected earthquakes, samples of measured ground motions and the observed macroseismic intensity are correlated. The investigation of the maximum observed ground motion magnitudes as well as the macroseismic effects is of high interest for applications in the field of engineering seismology, especially for the realistic estimation of ground motion in low to moderate seismic regions like Germany. Shake maps are determined for the selected events, which show the potential shaking effects.

Im Beitrag werden die Grundlagenuntersuchungen vorgestellt, die zur Bereitstellung der seismischen Einwirkungsgrößen für den neuen nationalen Anhang zu DIN EN 1998-1/NA-2021 geführt haben. Dargestellt wird, wie für die Ergebnisse moderner probabilistischer seismischer Gefährdungsanalysen (PSGA) die seismischen Einwirkungen normkompatibel bereitgestellt werden können. Einleitend werden Vorgehensweisen zur Ermittlung und Überprüfung der Spektren für unterschiedliche Untergrundklassen vorgestellt. Mit den standortspezifischen Bodenbewegungsmodellen wird gezeigt, wie künftig baupraktische Anwendungen auf Grundlage von Starkbebenregistrierungen erfolgen können. Da die Besonderheiten der deutschen Erdbebengebiete durch das im EC 8 vorgesehene Klassifikationsschema nicht abgedeckt werden, ist weiterhin dem Konzept der geologie- und baugrundabhängigen Spektren und der Einführung entsprechender Kombinationen in Form von Untergrundklassen Präferenz einzuräumen. Die Kontrollparameter der elastischen Spektren für die Untergrundverhältnisse gem. DIN EN 1998-1/NA-2021 werden auf Grundlage simulativer Standortanalysen an repräsentativen Modellprofilen für den interessierenden Bereich von Einwirkungsintensitäten und somit auch für verschiedene Wiederkehrperioden ermittelt. Damit wird auch der Bezug zu den Verhaltens- bzw. Grenzzuständen und den zugehörigen Nachweisaufgaben hergestellt. Abschließend wird ein Ausblick auf die nächste Phase der europäischen Erdbebennormung gegeben.

Site-specific and action-dependent spectra in DIN EN 1998-1/NA-2021
The paper presents the basic investigations that have led to the provision of the seismic action parameter for the new national annex to DIN EN 1998-1/NA-2021. It is shown how the results of modern probabilistic seismic hazard analyzes (PSHA) can be made available in a code-compatible manner. Initially, procedures for determining and checking the spectra for different subsoil classes are presented. With the site-specific soil movement models, an outlook is given of how practical building applications can be carried out on the basis of strong motion records in the future. Since the particularities of the German earthquake areas are not covered by the classification scheme provided in EC 8, preference should still be given to the concept of geology and building site-dependent spectra and the introduction of corresponding combinations in the form of subsoil classes. The control parameters of the elastic spectra for the subsoil combinations according to DIN EN 1998-1/NA-2021 are determined on the basis of simulative site response analyses on representative model profiles for the relevant range of impact intensities and thus also for different return periods. In this way, the reference to the behavior or limit states and the associated verification tasks can be established. Finally, an outlook on the next phase of European earthquake standardization is given.

Mauerwerksbauten in Deutschland sind mit Einführung des nationalen Anwendungsdokuments DIN EN 1998-1/NA auf Grundlage einer neuen probabilistischen Erdbebenkarte nachzuweisen. Für erfolgreiche Erdbebennachweise üblicher Grundrissformen von Mauerwerksbauten stehen in dem zukünftigen Anwendungsdokument neue rechnerische Nachweismöglichkeiten zur Verfügung, mit denen die Tragfähigkeitsreserven von Mauerwerksbauten in der Baupraxis mit einem überschaubaren Aufwand besser in Ansatz gebracht werden können. Das Standardrechenverfahren ist weiterhin der kraftbasierte Nachweis, der nun mit höheren Verhaltensbeiwerten im Vergleich zur DIN 4149 durchgeführt werden kann. Die höheren Verhaltensbeiwerte basieren auf der besseren Ausnutzung der gebäudespezifischen Verformungsfähigkeit und Energiedissipation sowie der Lastumverteilung der Schubkräfte im Grundriss mit Ansatz von Rahmentragwirkung durch Wand-Deckeninteraktionen. Alternativ dazu kann ein nichtlinearer Nachweis auf Grundlage von Pushover-Analysen zur Anwendung kommen. Vervollständigt werden die Regelungen für Mauerwerksbauten durch neue Regelungen für nichttragende Innenwände und Außenmauerschalen. Der vorliegende Beitrag stellt die Grundlagen und Hintergründe der neuen rechnerischen Nachweise in DIN EN 1998-1/NA vor und demonstriert deren Anwendung an einem Beispiel aus der Praxis.

Seismic verification of masonry buildings according to DIN EN 1998/NA-2021
With the forthcoming introduction of the National Annex DIN EN 1998-1/NA, masonry buildings in Germany must be verified on the basis of a new probabilistic earthquake map. For successful seismic verifications of masonry buildings with typical ground plan configurations, the new document provides novel computational verification approaches which allow a better utilization of the load-bearing reserves of masonry buildings in the building practice with a manageable effort. The standard calculation method is still the force-based verification, which can now be carried out with higher behaviour factors compared to DIN 4149. The higher behaviour factors are based on the utilization of building-specific deformation capacity, energy dissipation and load redistribution of the shear forces in the ground plan with consideration of frame effects through wall-slab interactions. Alternatively, a non-linear verification based on pushover analyses can be applied. The regulations for masonry buildings are completed by new rules for partition walls and claddings. This article presents the basics and background of the new computational verifications in DIN EN 1998-1/NA and demonstrates their application with a practical example.

Infolge von Erdbeben müssen nichttragende Trennwände aus Mauerwerk horizontalen Lasten standhalten und dabei spielen auch die Einwirkungen rechtwinklig zur Ebene (Out of Plane) eine bedeutende Rolle. Das Out-of-Plane-Verhalten von Mauerwerkswänden ist aufgrund der stark ausgeprägten nichtlinearen Mechanismen sehr komplex. In aktuellen Bemessungsverfahren werden maßgebende Einflussfaktoren nicht berücksichtigt und es fehlen detaillierte Untersuchungen zu in Deutschland typischen nichttragenden Mauerwerksarten. Es wurden im Rahmen eines Forschungsprojekts umfangreiche analytische, numerische und experimentelle Untersuchungen für tragende Mauerwerkswände durchgeführt und ein Ingenieurmodell zur Bestimmung der Out-of-Plane-Tragfähigkeit unter Berücksichtigung der maßgebenden Parameter entwickelt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden ansatzweise und vereinfacht auf nichttragende Wände übertragen. Hiermit konnten die bisherigen Ansätze in den Erdbebennormen DIN EN 1998-1/NA (2020) und DIN 4149 (2005) überprüft und dem aktuellen Kenntnisstand angepasst werden. Auf Grundlage der aktualisierten Erdbebengefährdung wurden zudem vereinfachte Nachweismethoden hergeleitet und in Form von Tabellen zusammengefasst. Das Ingenieurmodell und die Grundlagen der Herleitung der vereinfachten Regeln werden anhand eines Anwendungsbeispiels in diesem Beitrag vorgestellt und diskutiert.

Investigation of the out-of-plane behavior of non-load-bearing masonry walls in German earthquake zones
Due to earthquakes, non-load-bearing masonry partition walls have to withstand horizontal loads, herein out-of-plane loads are of great importance. The out-of-plane behavior of masonry walls is very complex due to the strong non-linearity.
Current design methods do not consider important parameters, and detailed investigations of typical non-load-bearing masonry types in Germany do not exist. As part of a research project, extensive analytical, numerical and experimental investigations for load-bearing masonry walls were carried out and a model was developed to determine the out-of-plane capacity, considering significant parameters. The results of these investigations were transferred to non-load-bearing walls in a simplified manner. With this, the previous methods in the earthquake standards DIN EN 1998-1/NA (2020) and DIN 4149 (2005) could be reviewed and adjusted to the current state of the art.
Based on the updated seismic hazard map, simplified design methodologies were derived and summarized. The model and the derivation of the simplified design methods are presented and discussed in this paper based on a case study.

Die vorgenommene Neueinschätzung der Erdbebengefährdung für Deutschland im Rahmen der Erstellung des neuen Nationalen Anhangs zu DIN EN 1998-1 gab den Anlass, die in der geltenden DIN EN 1998-5 angegebene Nachweisführung zur Bodenverflüssigung zu bewerten und zu aktualisieren. In diesem Zusammenhang wurde für Gebiete mittlerer Seismizität ein leicht handhabbares Nachweisverfahren entwickelt, welches den aktuellen Stand der Technik berücksichtigt. Es basiert auf Ergebnissen von Drucksondierungen am Standort und erlaubt eine direkte Aussage zur potenziellen Gefährdung infolge Verflüssigung. Das Verfahren ist Bestandteil des neuen Nationalen Anhangs zu DIN EN 1998-5.

Approximate method for verification against ground liquefaction in regions of medium seismicity according to DIN EN 1998-5/NA:2021
The re-assessment of the earthquake hazard for Germany as part of the preparation of the new National Annex to DIN EN 1998-1 gave the reason to evaluate and update the verification against soil liquefaction specified in the applicable DIN EN 1998-5. In this context, an easy-to-use calculation method was developed for regions of medium seismicity, which takes into account the current state of the art. It is based on the results of cone penetration tests at the site and allows a direct determination of the potential liquefaction hazard. The procedure is part of the new National Annex to DIN EN 1998-5.

Neue Entwicklungen und umgesetzte Verstärkungsmaßnahmen zeigen das Potenzial von Carbonbeton für die Ertüchtigung von Brücken im Bestand. Im Jahr 2020 wurden zunächst zwei Brückenbauwerke im Zuge der BAB A 648 mit Carbonbeton verstärkt. Im Jahr 2021 wird das dritte Teilbauwerk ebenfalls mit Carbonbeton verstärkt. Planung und Konzeption der Verstärkungsmaßnahme mit Carbonbeton zur Sicherstellung eines ausreichenden Ankündigungsverhaltens bei Spannungsrisskorrosion sind Gegenstand des Beitrags. Aufgrund der besonderen Konstruktionsform des Tragwerks kamen im Hinblick auf die Untersuchung des Ankündigungsverhaltens erweiterte Rechenmethoden zum Einsatz. Das Tragwerk mit kurzen Endfeldern ist repräsentativ für zahlreiche Bauwerke im Bestand. Aufgrund der ungünstigen Stützweitenverhältnisse ergeben sich bei der Anwendung der sog. Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion für Straßenbrücken rechnerische Defizite bzw. Anwendungsgrenzen bei den Verfahren. Für den vorliegenden Fall wurde daher eine Monte-Carlo-Simulation zur Untersuchung des Ankündigungsverhaltens durchgeführt und in Verbindung mit einer Verstärkungsmaßnahme mit Carbonbeton auch sichergestellt. Der vorliegende Beitrag fasst die rechnerische Vorgehensweise zusammen und zeigt die planerische Umsetzung der Verstärkungsmaßnahme.

Strengthening of a pre-stressed concrete bridge by using carbon reinforced concrete - extended methods regarding the crack-before-failure-criteria of bridges with pre-stressing steel which is vulnerable to stress corrosion cracking
New developments in the field of carbon reinforcement and realized strengthenings with carbon reinforced concrete have shown the potential of this method for existing bridges. In 2020, two bridge structures on the A 648 highway were initially strengthened with carbon reinforced concrete. In 2021, the third bridge superstructure will be reinforced with carbon reinforced concrete, too. Concept and development of the strengthening with carbon reinforced concrete to ensure the “crack before failure criteria” in case of stress corrosion cracking are the subject of the paper. Due to the special layout of the structure, advanced computational methods were used to investigate the “crack before failure criteria”. The superstructure with short end spans is representative for a lot of existing structures. Regarding unfavorable span conditions, the application of the german guidelines (Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion) for road bridges result in computational deficits or application limits for the methods. For the present case, therefore, a Monte-Carlo simulation of the load bearing behavior was carried out to ensure sufficient “crack before failure behaviour” by means of strengthening with carbon reinforced concrete. This article summarizes the computational procedure and shows the concept of the strengthening with carbon reinforced concrete.

Bei der Bewertung bestehender Brücken wird zunehmend ein unterstützendes Bauwerksmonitoring eingesetzt, um die Beanspruchungen im Tragwerk realistischer als rein rechnerisch zu erfassen und das Rechenmodell zu kalibrieren. Normativ ungeklärt ist derzeit noch die Frage, wie die durch Messungen gewonnenen zusätzlichen Informationen innerhalb des Nachrechnungs- einschließlich dessen Sicherheitskonzepts zu berücksichtigen sind. Einwirkungsseitig kann dies durch die modifizierte Definition des Ziellastniveaus oder alternativ durch objektspezifische Lastmodelle für Tragfähigkeit und Ermüdung zur Abbildung des tatsächlichen Verkehrs erfolgen. Weiterhin können auf der Basis der Messdaten die erforderlichen Sicherheitsfaktoren, auch unter Berücksichtigung zukünftiger Verkehrsentwicklungen, bei Einhaltung des normativ erforderlichen Zuverlässigkeitsniveaus begründet werden. In diesem Beitrag werden Möglichkeiten sowie die theoretischen Hintergründe zur Berücksichtigung gemessener Verkehrsbeanspruchungen innerhalb der Nachrechnung von Brückenbauwerken vorgestellt.

Location-specific target load level and object-specific load models for recalculation based on structural monitoring
When evaluating existing bridges, supporting structural monitoring is increasingly being used in order to obtain the stresses in the structure more realistically than purely mathematically and to calibrate the calculation model. The question of how the additional informations obtained through measurements have to be taken into account within the recalculation, including its safety concept, is currently still normatively unclear. On the load side, this can be done through the modified definition of the target load level or, alternatively, through object-specific load models for load-bearing capacity and fatigue to map the actual traffic. Furthermore, on the basis of the measurement data, the necessary safety factors can be justified, also taking into account future traffic developments, while maintaining the normatively required level of reliability.

Für eine Einschätzung der Notwendigkeit, der Effizienz und auch der Priorisierung von Instandsetzungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen für Brückenbauwerke sind objektspezifische Kenntnisse von Bauwerksbeanspruchungen und Bauwerkszuständen unerlässlich. Aus der Identifizierung von Verkehrsbelegungen (Quantität und Qualität) und der Analyse der Bauwerksreaktionen werden Aussagen zur aktuellen Tragfähigkeit von Bestandsbauwerken abgeleitet. Eine erforderliche Datengrundlage bilden die für das konkrete Bauwerk ermittelten Verkehrsdaten des realen Verkehrs.

Determination of object-specific traffic-load-models for existing road bridges based on traffic data
For an assessment of the necessity, the efficiency and the prioritization of repair and upgrading measures for bridges, object-specific knowledge of structural stresses and structural conditions is indispensable. From the identification of traffic occupancy (quantity and quality) and the analysis of the structural reactions, statements on the current load-bearing capacity of an existing bridge will derived. A necessary data basis is the traffic data of the real traffic determined for the specific bridge.

Strohballen als landwirtschaftliches Nebenprodukt bestehen aus nachwachsenden Rohstoffen, sind regional verfügbar, besitzen ausgezeichnete Dämmeigenschaften und können in hochverdichteter Form großen Beanspruchungen standhalten. Als lasttragende Elemente in Gebäuden des Wohn- und Gesellschaftsbaus sowie in landwirtschaftlichen Nutzbauten können sie zu einer Antwort auf die gestiegene Nachfrage nach ökologisch nachhaltigen Lösungen im Bauwesen beitragen. Während der vertikale Lastabtrag bereits Gegenstand mehrerer Forschungsarbeiten war, sind viele Fragen zur aussteifenden Wirkung von Strohwänden gegenüber Horizontallasten noch nicht geklärt. Als Grundlage für die Erarbeitung von Berechnungsmodellen zur realitätsnahen Abbildung des Last-Verformungsverhaltens sowie zur Definition von Versagenszuständen und Grenzwiderständen ist eine solide experimentelle Datenbasis unerlässlich. In diesem Aufsatz werden Planung, Durchführung und Auswertung experimenteller Versuche zum horizontalen Lastabtrag in Wänden aus hochverdichteten Strohballen vorgestellt. Ziel der Untersuchungen ist ein besseres Verständnis des Last-Verformungsverhaltens von in der Ebene belasteten Strohwänden. Die Auswertung basiert dabei auf dem Einsatz klassischer mechanischer sowie moderner optischer Messmethoden. Da die Untersuchung des Reibungsverbunds und des Einflusses von Auflasten im Mittelpunkt des Interesses steht, wird dabei bewusst auf den Einsatz mechanischer Verbundmittel verzichtet.

Experimental studies on horizontal load transfer in bracing straw bale walls
As an agricultural by-product, straw bales consist of renewable raw materials, are regionally available, have excellent insulating properties, and are able to carry heavy loads if preconditioned by strong compaction. As load-bearing elements in residential buildings, community buildings, and agricultural buildings, they can help to meet the increased demand for ecologically sustainable solutions in the construction industry. Whilst their vertical load transfer has already been the subject of several research projects, many questions regarding straw walls' bracing effect under horizontal loads have not yet been studied. As a basis for the development of calculation models for the realistic determination of the load-deformation behaviour and the definition of failure states and limit resistances, a reliable experimental database is, however, essential. In this article, the planning, execution, and evaluation of experimental tests on horizontal load transfer in walls made of highly compacted straw bales are presented. The investigations aim to better understand the load-deformation behaviour of straw walls loaded in their plane. The assessment of the results is done by using classical mechanical and modern optical measurement methods. To study the frictional bond between the straw bale layers and the influence of vertical loads, the use of mechanical shear connectors is deliberately avoided.

Um eine dauerhafte und genaue Überwachung von Ingenieurbauwerken zu gewährleisten, ist ein flächendeckendes Monitoring-System wünschenswert. Im vorliegenden Aufsatz wird untersucht, ob die Sensoren von Smartphones und Tablets (SPT) ausreichend für eine Schwingungsmessung sind. Die Auswertung bez. Systemparametern wie Eigenfrequenzen und Dämpfungskoeffizienten wird ebenfalls betrachtet. Mithilfe von Versuchen unter Laborbedingungen an einem Einfeldträger und Versuchen im Feld an einer Testbrücke auf dem Gelände der Universität der Bundeswehr wird die Anwendungstauglichkeit von Smartphones und Tablets betrachtet. Dabei wurden neben den Messungen mit SPT Referenzmessungen mit einem klassischen Schwingungsmesssystem durchgeführt. Die Signale und deren Auswertung werden untereinander verglichen und im Fall des Laborversuchs am Einfeldträger mit Modellwerten eines SDOF-Einmasseschwingers verglichen. Damit werden die prinzipielle Anwendungsmöglichkeit der SPT wie auch die Tauglichkeit der aufgezeichneten Signale zur Weiterverarbeitung zur Systemidentifikation dargestellt.

Smartphone-based vibration measurement for the assessment of bridge structures
In order to ensure permanent and accurate monitoring of engineering structures, an area-covering monitoring system is desirable. In this article, it is investigated whether the sensors of smartphones and tablets (SPT) are sufficient for vibration measurement. Evaluation in terms of system parameters such as natural frequencies and damping coefficients is also considered. With the help of tests under laboratory conditions on a single-span beam and tests in the field on a test bridge on the premises of the University of the German Armed Forces, the application suitability of smartphones and tablets is considered. In addition to the measurements with SPT, reference measurements were carried out with a classical vibration measurement system. The signals and their evaluation are compared with each other and, in the case of the laboratory test on the single-field beam, with model values of an SDOF single-mass vibrator. This demonstrates the principle application of the SPT, as well as the suitability of the recorded signals for further processing for system identification.