Der Beitrag gibt einen Eindruck von aktuellen Möglichkeiten und künftig zu erwartenden Anforderungen an die Beschreibung seismischer Einwirkungen für das Ingenieurwesen. Verdeutlicht werden Entwicklungen und Veränderungen, die sich aus den methodischen Grundlagen und rechentechnischen Möglichkeiten der probabilistischen seismischen Gefährdungsanalyse ableiten lassen. Zukunftsorientierte Konzepte der Einwirkungsbeschreibung werden dadurch charakterisiert, daß die Standortspezifik um das Element der Gefährdungsspezifik zu ergänzen ist. Eine Kopplung beider Anforderungen läßt sich in Form von untergrundbezogenen Spektralbewegungsgrößen erzielen, die direkt aus Gefährdungsaussagen, dem Gefährdungshintergrund sowie der lokalen Untergrundsituation eines Standortes ermittelt werden. Der Beitrag unternimmt den Versuch, Maßstäbe für die Bewertung der Qualität der Ergebnisse auf der Einwirkungsseite zu definieren. Es sind dies die Berücksichtigung der regionalen Spezifik, der Gefährdungs- und Standortspezifik sowie die Einbeziehung der zyklischen Charakteristik der Bodenbewegung. Ausgehend von der Erfahrung aus aktuellen Erdbeben, daß zwischen der Größe der registrierten Bodenbewegung und dem tatsächlichen Bauwerksverhalten Widersprüche bestehen und erdbebengerecht ausgelegte Bauwerke auch starken seismischen Bodenbewegungen widerstehen können, werden neuartige Ansätze der Einwirkungsbeschreibung diskutiert, die eine Reduzierung der Größe der Lastparameter gestatten. Die anhand von Beispielen herausgearbeiteten Konsequenzen verdeutlichen, daß künftig eine auf Erfahrungen gestützte Auslegung an Bedeutung gewinnen wird, die bereits bei der Festlegung der Lastgrößen ansetzen muß.

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Zukunftsfähiges Bauen funktioniert nur mit nachweislich nachhaltigen Baustoffen. Das ist ein Ergebnis einer Fachtagung “Mit welchen Produkten bauen wir unsere Zukunft?” des internationalen Vereins natureplus zusammen mit der Heinrich-Böll-Stiftung. Das zeigt sich auch auf dem Energiesektor: Bei Neubauten gewinnen regenerative Energien als Brennstoffe für das Beheizen immer mehr an Bedeutung.

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Die Baubranche ist aufgrund zunehmender volatiler Märkte und steigender Anforderungen besonderen Wandlungsanforderungen ausgesetzt. Dies betrifft auch den Stahlbau. Wenn über Forschung und Entwicklung gesprochen wird, dann dürfen neben innovativen Bauprodukten und modernen Bemessungskonzepten Fertigung und Montage nicht vergessen werden. Insbesondere müssen die maschinelle Unterstützung in der Produktion intelligenter und flexibler gestaltet und manuelle Bautätigkeiten sicherer und zuverlässiger durchgeführt werden. Aus diesem Grund finden Entwicklungen in Automatisierung und Robotik immer häufiger Anwendung, wobei der Schwerpunkt zurzeit noch im Bereich der Vorfertigung liegt. Die Digitalisierung wird darüber hinaus unsere zukünftige Arbeitswelt nachhaltig beeinflussen und verändern. Diese und weitere Faktoren resultieren daher in der Forderung, neue technische Visionen zum Bauen und Produzieren der Zukunft zu entwickeln.

Robotic future - the potential for automation in steel.
Changing markets and rising architectural demands require a higher degree of flexibility in the construction sector. This holds also for steel construction. So when talking about research and development in steel construction, apart from innovative construction products and design concepts, we must not forget fabrication and erection having a big potential for improvements. In particular, production machinery should be improved in terms of intelligence and flexibility. Furthermore, manual tasks on site should be performed in a more reliable manner. Therefore, new developments of automatization and robotics, especially in the area of prefabrication, are being used to a growing degree. Moreover, digitalisation will alter the future of labour substantially. These and further factors require new technical visions of for future building and production.

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Die Entwicklung zugversteifter Bogentragwerke zu einem der wichtigsten Konstruktionselemente des Leichtbaus vollzieht sich in zwei Schritten. Dem ersten vielfältigen Einsatz bei der Realisierung der beeindruckenden weitgespannten Eisenkonstruktionen der großen Bahnsteighallen Mitte des 19. Jahrhunderts folgte die Wiederentdeckung und Weiterentwicklung dieser materialsparsamen Konstruktionsweise in größerem Umfang erst gegen Ende des 20. Jahrhunderts. Neue leistungsfähige Werkstoffe und die Möglichkeit der präzisen Erfassung des geometrisch-nichtlinearen Tragverhaltens sehr schlanker Bogentragwerke durch die FE-Methode ermöglichen seitdem Entwurf und Realisierung immer neuer Varianten von zugversteiften Bogentragwerken. Die Darstellung der geschichtlichen Entwicklung, eine Zusammenfassung der bekannten Systeme in einer strukturierten Darstellung und eine vergleichende Analyse ihres Tragverhaltens sollen einen Überblick über diese Vielfalt vermitteln und eine Orientierungshilfe für Anwendung und Weiterentwicklung geben.

Kranbahnträger, die gelenkig auf Stützen aufgelagert sind, weisen häufig konstruktive Zugverankerungen gegen Abhebekräfte in Form von vertikalen Schrauben zwischen Trägeruntergurt und Stützenkopf auf. Bei Kranüberfahrt führt die vertikale Trägerdurchbiegung auch zu Auflagerverdrehungen. Die dadurch bedingten Relativverformungen zwischen Trägeruntergurt und Stützenkopfplatte führen zu außergewöhnlich hohen Zwängungsbeanspruchungen dieser Schrauben, wie anhand der FEM-Analyse eines Beispiels dargestellt wird. Für die Abschätzung der Zwängungsbeanspruchung in den Schrauben wird ein einfaches Ingenieurmodell vorgestellt, das alle wesentlichen Parameter für die unterschiedlichen Ausführungsformen beinhaltet und am FEM-Modell überprüft wurde. Abschließend werden erste Ansätze für eine verbesserte Detaillösung dargestellt.

Uplift fixing bolts in simply supported crane girders - unexpectedly high fatigue stresses and improved detailing solution.
Crane girders with hinged supports on top of the columns are often fixed to the column head by placing vertical bolts between the girder’s lower flange and the column’s head plate, in order to prevent uplift of the girder. The passing of the crane load over the girder causes a deflection of the latter, which in turn leads to rotations of the girder end cross-sections. The relative movements and rotations between the girder’s lower flange and the column’s head plate can lead to exceptionally large bending stresses in the fixing bolts, as is illustrated by means of a numerical (FEM) example in this paper. A simple engineering model, which is however capable of capturing all the relevant parameters for the different types of fixing detailing, is developed for the determination of these additional bending stresses and was verified by comparisons with the FEM models. Finally, proposals for an improved detailing solution are presented.

Für die breite Anwendung von Carbonbeton als konstruktiven Baustoff ist die Kenntnis der Materialkennwerte und des Materialverhaltens unter verschiedenen Expositionsbedingungen, also auch unter Hochtemperaturbeanspruchung von großer Bedeutung. Vor allem muss eine ausreichende Sicherheit gegenüber dem Versagen eines Bauteils im Brandfall gewährleistet werden. Hierzu ist der Wissensstand allerdings noch äußerst lückenhaft. Ausgehend von dieser Fragestellung wurde das Zugverhalten der aktuell für die Anwendung aussichtsreichsten Materialkombinationen bis zu einer Temperatur von 600 °C untersucht. Im vorliegenden Beitrag wird ein Überblick über das Versuchsprogramm und die Versuchsdurchführung gegeben. Es wird hierbei auch auf die Möglichkeiten chemischer Untersuchungen am Bewehrungsmaterial unter Hochtemperatur sowie den verwendeten Versuchsaufbau für die Zugprüfung eingegangen. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse dargestellt, diskutiert und eingeordnet.

Load-bearing behaviour of carbon reinforced concrete under tensile and high temperature stress
For a wider range of possible applications of carbon reinforced concrete as a building material, the material properties are also under high temperatures important. In order to guarantee the safety of building component in case of fire, the material behaviour must be known under this exposure. Based on this question, the currently most promising material combinations up to a temperature of 600 °C were investigated with regard to their tensile behaviour. In particular, the possibilities of chemical investigations on the reinforcement material and their effects on the tensile strength under high temperature as well as the test setup used for the tensile test are dealt with. Finally, obtained the results are presented, discussed and classified.

In der letzten Zeit haben Naturfasern aufgrund ihrer umweltfreundlichen, wirtschaftlichen und mechanischen Eigenschaften bei der Verwendung als Verstärkung in Verbundwerkstoffen ein wachsendes Interesse in der Forschung geweckt. Trotz dieser Vorteile wurde das Tragverhalten von textilen Bewehrungen aus Naturfasern in Betonbauteilen bisher nicht systematisch untersucht. Die für Textilbetonbauteile entwickelten Bemessungsregeln beschränken sich deshalb auf textile Bewehrungen, die aus synthetischen Fasern hergestellt wurden. In diesem Beitrag wird das einaxiale Zugtragverhalten von Betonbauteilen mit einer Bewehrung aus Flachsfasertextilien (beschichtete Drehergewebe) untersucht. Dafür wurden Probekörper hergestellt und geprüft, wobei die Parameter der Textilien, z. B. der Schussfadenabstand, systematisch variiert wurden. Als Referenz wurden unbewehrte Dehnkörper geprüft. Die Eignung der Flachsfasertextilien als Bewehrung für einaxial auf Zug beanspruchte Betonteile zeigt sich sowohl durch eine signifikante Erhöhung der Bruchlast im Vergleich zu unbewehrten und unterbewehrten Betonbauteilen als auch durch fein verteilte Rissbilder. Die Kurven der Spannungs-Dehnungs-Diagramme können in drei für bewehrte Dehnkörper typische Bereiche unterteilt werden (Zustand I - ungerissen, Zustand IIa - Erstrissbildung und Zustand IIb - abgeschlossenes Rissbild). Die Abgrenzung der Bereiche ist mit zunehmendem Bewehrungsgrad deutlicher.

Tensile load-bearing behaviour of concrete components with impregnated textile reinforcement made of natural fibres
Recently, the use of natural fibres as a reinforcement in composite building materials have witnessed a growing interest amongst researchers due to their ecological, economical and mechanical properties. In civil engineering, however, they have not been considered in extensive investigations or the development of design guidelines for concrete members with textile reinforcement made of synthetic fibres. In this paper, the uniaxial tensile load-bearing behaviour of concrete members reinforced with flax fibre textiles (impregnated leno fabrics) is investigated. Therefore, test specimens were casted and tested, varying parameters of the textiles, e. g., the spacing of the weft threads. For a reference, both test specimens reinforced with non-impregnated textiles and without any reinforcement were investigated. The suitability of this type of reinforcement for concrete members under uniaxial tension is shown by an increase in the ultimate load compared to members without or with less reinforcement. The curves of the stress-strain diagrams can be divided into three stages typical for reinforced tensile test specimens (state I - uncracked, state IIa - process of cracking and state IIb - completed crack pattern). The differentiation of the areas is clearer with an increasing reinforcement cross-section. Further, a finely distributed crack pattern with uniform crack widths was observed which supports the findings of the diagrams.

Über den Einfluß der Zugvorbelastung auf die Zugfestigkeit im einaxialen verformungsgesteuerten Zugversuch.

Es werden Versuche zur Ermittlung des Zugtragverhaltens an Betonkörpern mit unterschiedlichen Abmessungen unter mittiger und ausmittiger Zugbeanspruchung beschrieben.

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Im Gegensatz zur einaxialen Betondruckfestigkeit, die sich relativ einfach an Zylindern oder Würfeln ermitteln lässt, ist die Erfassung der zentrischen Betonzugfestigkeit wesentlich aufwendiger, da die Lasteinleitung mit Schwierigkeiten verbunden ist. Daher bietet sich die indirekte Ermittlung der zentrischen Zugfestigkeit über einen Biegezugversuch an. In diesem Fall muss jedoch die im Biegezugversuch bestimmte Kraft-Verformungs-Kurve in eine Zugspannungs-Dehnungs-Linie umgerechnet werden. Um das Zugspannungs-Dehnungs-Verhalten von ultrahochfestem Faserbeton (UHPFRC) zu untersuchen, wurden am iBMB, Fachgebiet Massivbau der TU Braunschweig, 4-Punkt-Biegeversuche mit Standard-Biegebalken 15/15/70 cm aus ultrahochfestem Fein- oder Grobkornbeton mit unterschiedlichen Faserschlankheiten und -gehalten durchgeführt. Aufbauend auf den Versuchsergebnissen wurde, in Anlehnung an die DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton, eine Zugspannungs-Dehnungs-Beziehung für UHPFRC hergeleitet und mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) validiert.

Tensile Stress-Strain Relationship for UHPFRC on the basis of DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton
The concrete compressive strength can be easily determined by using cylinders or cubes, whilst determing the axial concrete tensile strength is much more complex due to its load instruction. Therefore, the axial tensile strength can be determined indirectly by bending test. In this case, however, the load-displacement curve determined of the bending test has to be converted into a tensile stress-strain curve. In order to analyse the tensile stress-strain behavior of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC), the iBMB, Division of Concrete Construction of the TU Braunschweig, has conducted 4-point bending tests with standard bending beams 15/15/70 cm made of UHPFRC-mortar or UHPFRC-concrete which differed in fiber slenderness and fiber content. A tensile stress-strain relation for UHPFRC based on the DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton was derived from the experimental results and finally validated by applying the finite element method (FEM).