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Die neue Brãila-Brücke in der Nähe der Hafenstadt Brãila ist das erste Bauwerk, das die maritime Donau in Rumänien überquert. Sie wird zur Verbesserung des Verkehrs zwischen dem Gebiet Galai-Brãila und Constana sowie zwischen den Regionen Moldawien und Muntenia und der Dobrudscha beitragen. Für die Hauptspannweite der Brücke lieferte mageba vier horizontal eingebaute Kalottenlager und weitere acht Kalottenlager, die vertikal als Puffer angeordnet sind. Beeindruckend sind speziell die großen Lamellenfugen vom Typ LR19 und LR23, die für die Brücke geliefert wurden. Mit 23 einzelnen horizontalen Lamellen kann eine maximale Bewegungskapazität von 2, 3 m aufgenommen werden. Eine Dimension, die nur bei solch großen Brückenbauwerken zu finden ist. (Foto: Daniel CHETRONI - stock.adobe.com)

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Die alternde Bestandsinfrastruktur von Brückenbauwerken in Deutschland hat zu einem massiven Sanierungs- und Erneuerungsbedarf geführt. Im Sinne einer nachhaltigen Ressourcennutzung sind neben den reinen Herstellkosten auch die Lebenszyklus- und volkswirtschaftlichen Kosten zu beachten, was in bisherigen Entwurfskonzepten meist nur ungenügend berücksichtigt wird. Modulare Verbundbrücken mit integralen Spundwandwiderlagern bieten in dieser Hinsicht Vorteile. Da hierfür jedoch noch keine standardisierte Bemessungspraxis existiert, werden bisher nur einzelne Bestandteile dieser Bauweise in wenigen Pilotprojekten ausgenutzt. Um an dieser Stelle entgegenzuwirken, werden im Rahmen des FOSTA-Forschungsprojekts P1521 zwei Konzepte zur Ausführung einer quasimonolithischen Verbindung zwischen Verbundfertigteilträgern und Spundwänden als Gründungselemente entwickelt. Um eine möglichst breite Anwendungspraxis zu erzielen, wird zum einen ein teilmomententragfähiger Anschluss für Spannweiten bis ca. 25 m, zum anderen ein vollmomententragfähiger Anschluss für größere Spannweiten bis ca. 45 m untersucht. Hierfür werden neben experimentellen Untersuchungen des Anschlussdetails in der Rahmenecke umfangreiche numerische Untersuchungen und Parameterstudien durchgeführt, um maßgebliche Einflussparameter auf die Steifigkeit und Tragfähigkeit des Details zu identifizieren. Die Auswertung der Versuche zeigt eine durchaus hohe Tragfähigkeit sowie ein gutmütiges Nachbruchverhalten der Verbindung.

Integral sheet-pile abutments for modular composite bridges
The ageing German bridge infrastructure has led to a major need for retrofitting and renewal. In the scope of a renewable usage of resources, the life-cycle- and economic costs have to be factored in alongside the fabrication costs, which has been largely neglected in current designs. Modular composite bridges with integral sheet-pile abutments offer advantages in this respect. Due to a lack of standardized dimensioning rules, however, only parts of this method have been applied in few exceptions. To counteract this, FOSTA research project P1521 aims to establish two concepts for the execution of a quasi-monolithic connection between a precast composite girder and sheet-pile foundations. To allow for as broad of an application as possible a partly-restrained connection for spans up to 25 m and a fully-restrained connection for spans up to 45 m are investigated. Additional to experimental tests, extensive numerical calculations and parametric studies are performed to identify decisive influencing parameters regarding stiffness and load-bearing capacity of the connection detail. The evaluation of the experimental tests shows quite a high load-bearing capacity as well as a good-natured post-failure behaviour of the joint.

Bei Verbundgroßbrücken, die über mehrere Felder spannen, kommt es aufgrund negativer Momentenbeanspruchung im Stützbereich zu Rissen infolge der Zugbeanspruchung in der Betonfahrbahn. Die Anordnung von stählernen Kragträgern im Querrahmenabstand unter der Fahrbahnplatte (u. a. zur Auflagerung von Teilfertigteilen) führt zu einer überwiegend längsspannenden Fahrbahnplatte, auf die direkt die Radlasten aus Verkehr wirken. Das heißt, die zyklische Querkraft infolge der lokalen Radlasten muss über die infolge der globalen Zugbeanspruchung gerissene Fahrbahnplatte zu den Querträgern übertragen werden. Derzeit wird für diesen Anwendungsfall die Rissbreite konservativ auf 0,15 mm begrenzt. Es werden Versuche und deren Ergebnisse vorgestellt, die Aufschluss über das Tragverhalten der gezogenen und damit gerissenen Betonfahrbahnplatte unter einer ermüdungswirksamen Querkraft liefern. Dazu zählen zum einen Einstufenversuche mit dem Ziel, das Tragverhalten zu klären und Parameter zu identifizieren, die die Ermüdungsfestigkeit beeinflussen. Weiterhin wurde zusätzlich in Mehrstufenversuchen der Einfluss einer realitätsnahen Beanspruchung mit wechselnder Belastungshöhe auf die Ermüdungsfestigkeit getestet und die Anwendung der linearen Schadensakkumulationshypothese nach der Palmgren-Miner-Regel überprüft.

Innovative cross-sections of steel-concrete composite bridges - part 1: fatigue strength of the transversely loaded concrete deck under tensile stress
In large composite bridges spanning over several spans, cracking occurs due to negative bending moment at the intermediate support area as a result of tensile loading in the concrete deck. Steel girders as cantilevers supporting the concrete deck at the distance of the transverse frames directly underneath the concrete deck (which among others allow for the use of partially precast concrete decks) lead to a transfer of the direct wheel loads on the concrete deck to the cross girders in longitudinal direction of the cracked concrete deck. As a consequence, the concrete deck, cracked due to global tensile stresses, is subjected to cyclic transverse loads resulting from local wheel loads due to traffic. Currently, the crack width is conservatively limited to 0.15 mm for this application. Experiments and their results are presented that provide information on the load-bearing behaviour of the cracked concrete deck under a fatigue shear loading. These include single-stage tests, which were realised in order to clarify the load-bearing behaviour and identify parameters that influence the fatigue strength. Furthermore, multi-stage tests were additionally conducted to test the influence of a realistic loading with varying height on the fatigue strength and to check the application of the linear damage accumulation hypothesis according to the Palmgren-Miner rule.

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Beim Neubau von Großbrücken in Stahlverbundbauweise werden heute zunehmend Stahlverbundhohlkästen mit Kragträgern entworfen. Zur Sicherstellung einer ermüdungssicheren Konstruktion sind für den Anschluss der Kragträger bisher teilweise konservative Festlegungen zu beachten, z. B. ein Blechdickenausgleich der Obergurte. Zur Optimierung der Detailausbildung, die Hunderte Male pro Bauwerk auszuführen ist, wurden Variantenuntersuchungen bezüglich Tragverhalten und Ermüdungssicherheit an Kragträgern als Doppel-T-Profil sowie als Hohlkasten durchgeführt. Zur Einstufung der resultierenden vereinfachten Ausführungsvarianten des Anschlusses in Kerbfälle des Nennspannungskonzepts wurden zahlreiche Ermüdungsversuche durchgeführt. Im Ergebnis stehen für den Obergurtanschluss mehrere hinsichtlich ihrer Ermüdungsfestigkeit abgestufte Konstruktions- und Bemessungsempfehlungen sowie für den Untergurtanschluss die Möglichkeit, die Auswirkung eines unplanmäßigen Achsversatzes auf die Ermüdungsfestigkeit dieses Kreuzstoßes zu quantifizieren.

Innovative cross-sections of steel-concrete composite bridges - part 2: fatigue strength of the joint of steel cantilevers
Nowadays, box girders with steel cantilevers underneath the deck are often used for the design of composite steel bridges. For the welded joints between the longitudinal main girder and transverse system partially conservative specifications - e. g., a tapering in thickness of the top flanges - must be observed to ensure a fatigue-resistant design. In order to optimize the detailed design, which has to be carried out hundreds of times per structure, various studies were carried out with regard to load-bearing behaviour and fatigue safety on cantilever girders as double-T-sections or as box girders. Numerous fatigue tests were carried out to classify the resulting simplified design variants in detail categories of the nominal stress concept. As a result, two simplified design recommendations classified in terms of their fatigue strength are proposed for the joint at the intersecting top flanges and the effect of an unplanned increased axial misalignment on the fatigue strength of the joint at the bottom flange can be quantified.

Beim Taktschieben wird der Brückenquerschnitt durch biaxiale Spannungen infolge der Lasteinleitung aus dem Verschublager des letzten Pfeilers und des dort auftretenden Biegemoments beansprucht. Zusätzlich treten unumgängliche Exzentrizitäten aus der Lasteinleitung des Verschublagers auf, wodurch eine zusätzliche Biegebeanspruchung aus der Ebene für das Stegblech resultieren kann. Während herstellungsbedingte Toleranzen in Form von Imperfektionsbeiwerten oder geometrischen Ersatzimperfektionen in den aktuellen Regelungen zum Beulnachweis nach DIN EN 1993-1-5:2019 bereits berücksichtigt sind, beinhalten diese keine Möglichkeit, Exzentrizitäten bei der Lasteinleitung aus den Verschublagern zu berücksichtigen. In der Praxis werden deshalb oft zusätzliche Nachweise gefordert, die normativ nicht geregelt sind und demzufolge einen erheblichen Mehraufwand für die Bemessung und Ausführung verursachen. Um diese Problemstellung zu beantworten, wurden im Rahmen der Beuluntersuchung zur Talbrücke Thulba und des Forschungsprojekts zum Beulnachweis von längsausgesteiften Beulfeldern unter mehrachsiger Beanspruchung großmaßstäbliche Beulversuche und numerische Berechnungen durchgeführt. Auf deren Basis wurde von der Hauptautorin ein Vorschlag zur Berücksichtigung einer exzentrischen Lasteinleitung beim Beulnachweis entwickelt. Der vorliegende Teil 1 dieser Veröffentlichung beschreibt die experimentellen und numerischen Untersuchungen zum Einfluss einer exzentrischen Lasteinleitung unter Berücksichtigung verschiedener Verschublagertypen. Die Ergebnisse werden in einem Teil 2 mit den aktuellen Regelungen der Norm verglichen. Des Weiteren wird im Teil 2 der Vorschlag zur Berücksichtigung einer exzentrischen Lasteinleitung durch Implementierung eines Exzentrizitätsbeiwerts &OHgr; im Beulnachweis mit der Methode der reduzierten Spannungen vorgestellt.

Consideration of an eccentric load introduction in the buckling check acc. to the reduced stress method in EN 1993-1-5:2019 - part 1: experimental studies
During incremental launching, the cross-section of a bridge is stressed by biaxial stresses due to the load introduction from the launching bearing on the last pier and the bending moment occurring there. In addition, unavoidable eccentricities from the load introduction occur, which could result in an additional out-of-plane bending at the web. While manufacturing-related tolerances in form of imperfection coefficients or geometric equivalent imperfections are already taken into account in the current regulations for the buckling verification acc. to DIN EN 1993-1-5:2019, they do not include eccentricities of the load introduction from the launching bearings. In practice, therefore additional verifications are often required which are not regulated by standards and consequently cause significant additional work for the design and execution. In order to solve this problem, large-scale buckling tests and numerical calculations were carried out as part of the buckling investigation for the Thulba viaduct and the research project on the buckling verification of longitudinally stiffened plates under multiaxial loading. Based on these, a proposal for the consideration of an eccentric load introduction in the buckling verification was developed by the main author. The present part 1 of this publication describes the experimental and numerical investigations on the effect of an eccentric load introduction considering different types of launching bearings. The results are then compared with the current regulations of the standard in a part 2. Furthermore, in part 2 a proposal for the consideration of an eccentric load introduction by implementing an eccentricity coefficient in the buckling verification using the method of reduced stresses is presented.

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Mit der Einführung der 2. Generation der DIN EN 1993-2 - derzeit prEN 1993-2 - steht den Planern in Anhang F ein zusätzliches Verfahren für die Ermittlung des Schadensäquivalenzfaktors &lgr; von Straßenbrücken zur Verfügung. Dieses erweitert den Anwendungsbereich des vereinfachten Ermüdungslastmodells, berücksichtigt aktuelle europäische Verkehrsdaten und ermöglicht bei geringem Verkehrsaufkommen (Nobs ≤ 0,5 · 106) v. a. für Kerbdetails im Feldbereich eine durchaus wirtschaftlichere Ermüdungsbemessung. Ein Vergleich des Verfahrens mit den aktuellen Regelungen unter Berücksichtigung des ARS22/2012 zeigt zum Teil signifikante Unterschiede bei der Ermittlung des &lgr;-Faktors. Für eine in Deutschland praxistaugliche Anwendung sollten den Planern daher normative Hinweise für die Auswahl des Verfahrens sowie für die Wahl eines geeigneten Verkehrsaufkommens Nobs und Fahrzeuggesamtgewichts Qm1 auf Basis aktueller Bestands- und Prognoseszenarien an die Hand gegeben werden. Das an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) entwickelte Verfahren wird derzeit in deutschen Fachgremien noch kontrovers diskutiert.

Alternative evaluation of the damage equivalent factor according to prEN 1993-2
Relating to the 2nd generation of DIN EN 1993-2 - currently prEN 1993-2 - an additional method for the determination of the damage equivalent factor &lgr; for road bridges is given in Annex F. The alternative method extends the application limit of the simplified fatigue load model in DIN EN 1991-2, considers current European traffic data and enables a more economical fatigue design for low traffic volumes (Nobs ≤ 0.5 · 106). A comparison of this method with current regulations considering the ARS22/2012, shows significant differences in the determination of the &lgr;-factor. For the practical application in Germany, normative guidance should be provided regarding the selection of the method, as well as for suitable traffic volumes Nobs and the average gross weight of lorries Qm1 based on existing and forecast traffic-scenarios. The new method was developed at the École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) and is currently still the subject of controversial discussion in German expert committees.

Im Zuge des Ersatzneubaus des Strombrückenzugs über drei Elbarme ist neben dem Neubau der Schrägseilbrücke über die Alte Elbe und dem Neubau der Brücke über die Zollelbe auch die im Bestand befindliche Neue Strombrücke über die Stromelbe zu sanieren. Die Bestandsstruktur wird dabei planmäßig durch Verstärkungsmaßnahmen ertüchtigt. Vorhandene Stahlbauschäden werden instand gesetzt und der Korrosionsschutz wird vollflächig erneuert. Der Beitrag geht insbesondere auf die mit der Montage von massiven flachen Stahllamellen an der Brückenuntersicht verbundenen technischen Lösungen ein.

Reconstruction of the Neue Strombrücke Magdeburg
During construction of the new river bridge spanning three Elbe arms, the existing new river bridge across the River Elbe is to be renovated in addition to the new cable-stayed bridge across the Old Elbe and the new bridge across the Zollelbe. The current structure will be strengthened by planned reinforcement measures. Existing damages in structural steel are being repaired, protection against corrosion fully renewed. This article focuses in particular on technical solutions related to the assembly of steel sheets underneath the main girders.

Aktuelles:
Erzeugerpreisindex Stahl (2015 = 100)
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland
Ingenieurbaukunst 2024 - Konstruktion und Material mit geringem Klimafußabdruck
Delegation aus der Ukraine zu Besuch in der Ingenieurkammer

Wettbewerbe:
Nominierte für den DOSS Award 2023

SZS steel news:
Bauen mit Stahl - Eine Geschichte des Schweizer Stahlbaus
Zürcher Kranbahntag 2023

ÖSTV News:
Österreichischer Stahlbautag:
Technik & Nachhaltigkeit
Österreichischer Stahlbaupreis für Studierende 2023

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Entworfen vom britischen Architekten David Chipperfield, wurde im Juli 2017 das Carmen Würth Forum am Standort in Künzelsau eröffnet. Den Abschluss fand das Konzept mit dem 2020 fertiggestellten “Museum 2”. Es ergänzt den ersten Bau auf 5500 m2 Gesamtfläche um einen flexibel nutzbaren Konferenzbereich für 700 Personen und ein Kunstmuseum mit Café und Foyer. Das Carmen Würth Forum bietet mit dem Großen und dem Reinhold-Würth-Saal vielfältige Veranstaltungsmöglichkeiten. Das Außengelände ist geeignet für Veranstaltungen mit bis zu 10.000 Personen. Die Ausrichtung der Gebäude ermöglicht den Blick in die Weite der hohenlohischen Landschaft und in den erweiterten Skulpturengarten rund um das Carmen Würth Forum mit Arbeiten international renommierter Bildhauerinnen und Bildhauer.
(Foto: Würth)

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Im Hoch- und Industriebau werden zunehmend betongefüllte Hohlprofil-Verbundstützen eingesetzt, da diese insbesondere unter Verwendung von Einstellprofilen hohe Tragkapazitäten bei gleichzeitig kleinen Querschnitten ermöglichen. Zudem zeichnen sich Verbundstützen durch hohe Feuerwiderstände ohne zusätzliche Brandschutzmaßnahmen aus. Die Verwendung von höherfesten Bau- und Werkstoffen für Verbundstützen ermöglicht es dabei zusätzlich, Stahl-Beton-Verbundkonstruktionen nachhaltiger, effizienter und wirtschaftlicher zu realisieren und so langfristig die Konkurrenzfähigkeit von Stahl-Beton-Verbundstützen zu erhalten. Der Einsatz hoch- bzw. höchstfester Bau- und Werkstoffe für Verbundstützen wird derzeit noch durch den Anwendungsbereich des Eurocode 4 begrenzt. Genau hier setzen die in diesem Heft der Stahlbau vorgestellten FOSTA-Forschungsvorhaben des Forschungsverbunds HOCHFEST an. Der Forschungsverbund HOCHFEST umfasst insgesamt 15 Forschungsvorhaben, welche das vielfältige Anwendungspotenzial von hochfesten Stählen aufzeigen. Die hier vorgestellten Forschungsprojekte P 1287, P 1349, P 1500, P 1501 und P 1502 adressieren das Tragverhalten von Hochleistungsverbundstützen und das Werkstoffverhalten hochfesten Stahls bei Normaltemperatur sowie im Brandfall und bei Erdbebenbeanspruchung. Damit bilden die Erkenntnisse der Forschungsprojekte die wesentliche Grundlage für die zukünftige Weiterentwicklung von Bemessungsvorschriften für Hochleistungsverbundstützen.

Structural behaviour of high-strength composite columns and material behaviour in case of fire
Concrete-filled steel tubular composite columns are increasingly used in enineering practice, as they provide competitive solutions, for buildings with high demands on the load-bearing capacity and cross-sectional dimensions. Additionally, composite columns are characterised by high fire resistances. The use of high-strength materials for composite columns also facilitates the realisation of more sustainable, efficient and economical steel-concrete composite structures and thus to maintain the long term competitiveness of steel and composite structures. The use of high- and ultra-high-strength materials for composite columns is currently still limited by the application range of Eurocode 4. The research projects of the HOCHFEST, which are strongly supported by the research association FOSTA, address exactly this limitation and are presented in this issue of Stahlbau. The HOCHFEST research network comprises a total of 15 research projects, which investigate the multiple application potential of high-strength steels. The research projects P 1287, P 1349, P 1500, P 1501 and P 1502 address the load-bearing behaviour of high-performance composite columns and the material behavior of high-strength steel at ambient temperature as well as in case of fire and under earthquake conditions. The findings of the research projects therefore are essential for the future development of design methods for high-performance composite columns.

In den letzten Jahren werden Stahlverbundstützen aus normalfesten Stählen in der Baupraxis immer seltener eingesetzt. Grund für den Marktverlust ist u. a. die Preis- und Technologieentwicklung der konkurrierenden Stahlbeton-Fertigteilbauweise. So wird erst durch den Einsatz hochfester Baustähle die Stahlbauweise für den Stützenmarkt im Hochbau wieder relevant. In Deutschland allerdings stehen der Verwendung höchstfester Baustähle derzeit große Hindernisse in Form von normativen Regelungen entgegen, die die Anwendung in Stahlverbundstützen praktisch ausschließen. Allerdings haben Hohlprofil-Verbundstützen mit eingestellten Vollkernquerschnitten unter Verwendung von höchstfesten Stählen ohne Schweißverbindungen das Potenzial, Marktanteile im Hochbau zurückzugewinnen. Im Rahmen eines von der AiF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen) geförderten Forschungsprojekts wird diese Thematik experimentell und theoretisch untersucht. Der vorliegende Aufsatz soll das Konzept solcher neuartigen Verbundstützen mit hochfesten Stählen aufzeigen und erste Einsichten in die experimentellen Forschungsergebnisse geben. Neben Stützenversuchen im Kalt- und Heißfall werden Kleinteilversuche durchgeführt, um verschiedene Einflussfaktoren zu untersuchen und die Grundlagen für neue und zugleich einfache Entwurfs- und Konstruktionsprinzipien zu schaffen.

Universal high-performance columns made of high-strength steels without welding
In recent years, steel-concrete composite columns made of normal-strength steels are seldom used owing to the economic and technological advantages of precast reinforced concrete columns. Though, the use of high-strength structural steels bears high potential for the efficient production of composite columns with excellent structural performance that are economically competitive to precast concrete columns, there are currently major obstacles to use of the ultra-high-strength steels (UHSS) in Germany. Hollow section composite columns with embedded high strength steel core without welded connections provide an opportunity to regain lost market share. A research project, funded by the AiF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen), is intended to explore the potential of UHSS composite columns by experimental and theoretical investigations. The present paper demonstrates the concept of such composite columns with UHSS and gives first exciting insights into the research results. In addition to column tests under ambient and fire conditions, small scale tests are necessary to investigate various influencing factors and to create the basis for new and easy to use design and construction principles that allow efficient application.

Im Rahmen des AiF-Projekts “Stabbündelstützen mit hochfestem Bewehrungsstahl” wurde das Tragverhalten von Stabbündelstützen bei Raumtemperatur und im Brandfall untersucht. Stabbündelstützen sind eine neue Art von Verbundstützen. Hierzu wird ein Bündel aus hochfesten Bewehrungsstäben mit einer Streckgrenze von 670 MPa in ein Stahlrohr eingestellt und anschließend mit Mörtel verpresst. Das Bündel kann aus 1, 3, 7 oder 19 Stäben bestehen. Um das Tragverhalten zu analysieren, wurden relevante Materialparameter im Kalt- und im Brandfall bestimmt. Anschließend wurden großmaßstäbliche Knickversuche unter Raumtemperatur und im Brandfall durchgeführt. Unter Berücksichtigung der erzielten Ergebnisse wurde ein FE-Modell erstellt und kalibriert. Auf dieser Basis wurde ein Bemessungskonzept ausgearbeitet.

Bar bundle columns with high-strength reinforcing steel
As part of the AiF project “Bar bundle columns with high-strength reinforcement steel” the load-bearing behavior of bar bundle columns in cold and fire conditions was investigated. Bar bundle columns are a new type of composite columns. To this purpose, a bundle of high-strength reinforcing bars with a yield strength of 670 MPa is placed in a steel tube and then grouted with mortar. The bundle can consist of 1, 3, 7 or 19 bars. To analyze the load-bearing behavior, relevant material parameters were determined in cold and in fire conditions. Subsequently, large-scale buckling tests were carried out under room temperature and in fire case. Considering the obtained results, an FE model was created and calibrated. On this basis, a design concept was developed.

Besonders leistungsfähige Verbundstützen werden traditionell meist mit Vollstahlquerschnitten als Kernprofil eingesetzt. Diese weisen durch Abminderungen der Streckgrenze bei höheren Dicken nach DIN EN 1993-1-1:2010-12 und hohen Eigenspannungen Limitierungen auf. In diesem Beitrag stellen die Autoren einen innovativen Querschnitt vor, der aus lokal verbundenen Blechlamellen in einem Hohlprofil mit Betonfüllung besteht. Zur Steigerung der Traglasten kommen hierbei Stähle mit Streckgrenzen bis zu 960 N/mm2 zum Einsatz. Es werden die experimentellen Untersuchungen und erste Ergebnisse im Kalt- und Brandfall präsentiert. Dabei zeigen die Stützen mit dem neuartigen Querschnitt ein verlässliches Tragverhalten. Die Untersuchungen dienen als Grundlage zur systematischen Entwicklung dieses neuen, hochleistungsfähigen Verbundstützentyps sowie eines dazugehörigen Bemessungskonzepts.

Experimental investigations on novel composite columns with a concrete filled hollow section and high-strength steel plates as core in ambient and fire conditions
High-performance composite columns are commonly carried out with solid steel sections as core profiles. These profiles imply limitations due to reductions of the yield strength depending on the thickness and high residual stresses. In this publication, the authors present a novel section consisting of a concrete filled circular hollow section with locally connected steel plates as core. To increase the load bearing capacity, steels with yields strengths up to 960 N/mm2 are used. Experimental investigations for ambient conditions and in case of fire are presented. The columns showed a promising load bearing behaviour. These investigations will serve as basis for a systematic development of this innovative, high-performance composite column with a corresponding design concept.

Betongefüllte Hohlprofil-Verbundstützen mit massivem Stahlkern (CFST-SC) und betongefüllte Doppel-Hohlprofil-Verbundstützen (CFDST) eignen sich als innovative und wettbewerbsfähige Lösungen für die anspruchsvollen Anforderungen moderner Hochhaus-, Geschoss- und Industriebauten. Durch den Einsatz höherfester Baustähle und von Hochleistungsbeton kann der Tragwiderstand dieser Verbundstützen in eingeschossiger Ausführung weiter gesteigert bzw. die Querschnitte zusätzlich verkleinert werden. Die Ergebnisse des AiF-/FOSTA-Forschungsvorhabens P1287 Hohlprofil-Verbundstützen für Geschossbauten - Innovation und Bemessung (IGF-Nr. 19677N) zeigen zudem, dass eine aus einem Versatz der Komponenten bzw. einer großen Vorkrümmung der Stahlkerne resultierende geometrische Imperfektion die Tragfähigkeit und das strukturelle Verhalten dieser Mehrkomponentenquerschnitte erheblich beeinflussen kann. Diesen Einflüssen sollte mit einer angemessenen Qualitätskontrolle und der Einhaltung erforderlicher Toleranzen in der Produktion, Fertigung und Montage wirkungsvoll begegnet werden. Die Ergebnisse des aktuellen AiF-/FOSTA-Forschungsvorhabens P1628 Innovative Hohlprofil-Verbundstützen unter seismischen Beanspruchungen (IGF-Nr. 22348N) belegen, dass die betongefüllten Hohlprofil-Verbundstützen auch unter Verwendung von Hochleistungswerkstoffen eine hohe Verformungskapazität sowie ein gutes Energiedissipationsvermögen aufweisen und ihr Anwendungsbereich somit auf Regionen seismischer Aktivität ausgedehnt werden kann.

Concrete-filled steel tube columns in high-rise buildings - innovation and design
Concrete-filled steel tube columns with solid steel core (CFST-SC) and concrete-filled double steel tube columns (CFDST) are suitable as innovative and competitive solutions for the demanding requirements of modern high-rise, multi-story and industrial buildings. By using high-strength steels and high-performance concrete, the load-carrying resistance of single-story composite columns can be further increased, or the cross-section sizes additionally reduced. The results of the AiF/FOSTA research project P1287 Composite columns for multi-story buildings - Innovation and design (IGF No. 19677N) also show that geometric imperfections resulting from an offset of the components or large initial curvature of the steel cores can significantly influence the load-carrying capacity and structural behavior of multi-component cross-section columns. These effects should be effectively countered with appropriate quality control and adherence to required tolerances in production, fabrication and assembly. The results of the current AiF/FOSTA research project P1628 Innovative composite columns under seismic loading (IGF-No. 22348N) prove that concrete-filled steel tube composite columns have a high deformation capacity as well as a good energy dissipation, even when using high-performance materials, and that their range of application can thus be extended to regions of seismic activity.

In Hoch- und Industriebauten werden aufgrund ihres guten Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnisses zunehmend hoch- und höchstfeste Baustähle in Form von Blechen, Rohren und Profilstahl eingesetzt. Für Bauwerke mit Brandschutzanforderungen wird der Einsatz hochfester Baustähle derzeit jedoch durch fehlende Kenntnisse zum temperatur- und ratenabhängigen Werkstoffverhalten gehemmt. Für eine realitätsnahe Modellierung des Tragverhaltens von Stahlstrukturen stellen umfassende Kenntnisse zum Werkstoffverhalten eine essenzielle Grundlage dar. Im Rahmen des FOSTA-Forschungsvorhabens P 1502 werden systematische Untersuchungen zu den Werkstoffeigenschaften von höchstfesten Baustählen in Form eines umfangreichen Zugversuchsprogramms durchgeführt. Ziel ist es, das strukturelle Werkstoffverhalten während aller Phasen eines Brands, einschließlich der Abkühlphase, zu charakterisieren. Der vorliegende Beitrag thematisiert das Werkstoffverhalten von vergütetem Baustahl S960QL im Brandfall. Es werden Versuchsergebnisse stationärer sowie instationärer Warmzugversuche zur Charakterisierung des Werkstoffverhaltens während der Heizphase vorgestellt, bewertet und mit bekannten Werkstoffmodellen verglichen. Ergänzend werden die Ergebnisse von Naturbrandversuchen zur Untersuchung des Werkstoffverhaltens in der Abkühlphase von Bränden sowie der Resttragfähigkeit präsentiert.

Mechanical material behaviour of ultra-high-strength structural steel S960QL in case of fire
Due to their good strength-to-weight ratio, high- and ultra-high-strength structural steels are increasingly used in multi-storey and industrial buildings in the form of plate material, pipes and sections. For structures with fire protection requirements, however, the use of high-strength structural steels is currently inhibited by a lack of knowledge regarding temperature- and rate-dependent material behaviour. Comprehensive knowledge of the material behaviour is a basis for a realistic modeling of the load-bearing behaviour of steel structures. Within the framework of the FOSTA-research project P 1502, systematic investigations of the structural material behaviour of ultra-high-strength steels are carried out in terms of an extensive tensile test program. The aim of the project is to characterise the mechanical material behaviour during all phases of a fire, including the cooling phase of natural fire scenarios. The paper addresses the material behaviour of quenched and tempered steel S960QL in fire. Steady state and transient state tensile test results are presented and used for the characterisation of the material behaviour during the heating phase of a fire and the comparison to common material models. In addition, the results of natural fire tests for the evaluation of the material behaviour in the cooling phase and the residual behaviour are presented.

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

Persönliches: Manfred Käsmaier Professor für Stahlbau in Holzminden

Zuschrift

Rezension

SZS steel news: Zürcher Kranbahntag 2023

ÖSTV News: 33. Österreichischer Stahlbautag 15./16. Juni 2023 in Graz