Um die Tragfähigkeit von schadhaften Spanngliedern in bestehenden Brücken besser beurteilen zu können, wurden Zugversuche an geschädigten Spanngliedern durchgeführt. Den größten Einfluß auf die Tragfähigkeit stellt hierbei das Verbundverhalten zwischen Spannstählen, Einpreßmörtel, Hüllrohr und umgebenden Beton dar. Deshalb wurden mehrere Versuchsserien an Spanngliedern mit eingebauten Brüchen an Spanndrähten und Spannlitzen durchgeführt. Die verwendeten Spannstähle stammen zum Teil aus abgebrochenen Brückentragwerken und bestanden zum anderen Teil aus werksneuen Stählen. Draht- oder Litzenbrüche wurden vor Versuchsbeginn mit bestimmten Bruchabständen variiert und eingebaut. Weiterhin wurden der Einfluß der Verpreßmörtelqualität sowie des umgebenden Betons und der Bewehrung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daß Spannglieder mit gebrochenen Drähten oder Litzen in der Lage sind, einen hohen Anteil der Bruchlast eines ungeschädigten Spannglieds aufzunehmen.

Nominated for the Bernt Johansson Outstanding Paper Awards at Nordic Steel 2019
The current design rules of EN 1994-1-1 covering headed stud shear connectors for composite beams with profiled sheeting lead, in some cases, to an overestimation of the load bearing capacity. Owing to their empirical nature, these equations are not able to capture the real behaviour of the connector. Therefore, the load bearing mechanisms of the shear connection are identified in this work with the support of experimental and numerical results. According to the static system proposed, the concrete rib is modelled as a system of diagonal struts in combination with the stud in bending. It was observed that at 1-4 mm slip, a “strut and beam” mechanism prevails, where the resistance of the connector depends on the activation of the plastic hinges in the stud and on the capacity of the diagonal strut in front of it. By increasing the slip (approx. 4-10 mm), the surrounding concrete gradually crushes, while the tensile stresses at the edge of the rib reach the tensile strength of the material. Because of this loss of rotational stiffness, the bending moment in the stud decreases and the upper plastic hinge gradually moves towards the slab. At higher displacements (approx. 20-40 mm), high tensile forces develop in the stud due to non-linear geometric effects and the load is carried through a “strut and tie” resistance mechanism, provided that the embedment of the stud is sufficient to prevent the rotation of the rib. As the slip increases further, failure occurs either in the form of concrete pull-out or stud rupture.

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In infrastructure tunnelling projects with shielded TBMs, prefabricated segmental linings are used with various systems and requirements. The required degree of accuracy in segment production and ring assembly is a considerable factor in terms of equipment, time and costs. The required tolerances for segments and ring assembly depend significantly on the segment geometry, lining system and field of application. In order to provide a reasonable basis for allowable segment and installation tolerances, a new approach has been established as part of a research initiative of the ÖBB-Infrastruktur AG with respect to the risks and consequences arising from geometrical tolerances. The paper explains the concept of “tolerance classes” with the approach for their developments, derivation and classification. A practical application example is shown in addition. With respect to the nomenclature of tolerances, a harmonization process has been performed in collaboration with the German committees for underground structures, ZTV-ING and DAUB. The results of harmonizing and proposals of tolerance clarifications are presented within this paper.

Toleranzklassen, Harmonisierung der Toleranzbegriffe und Toleranzanforderungen Erfahrungsstand 2016
Bei maschinellen Schildvortrieben kommen Tübbingauskleidungen mit unterschiedlichen Systemen und Anforderungen zum Einsatz. Die erforderliche Genauigkeit in der Herstellung der Fertigteilsegmente sowie beim Ringbau gewinnt immer mehr an Bedeutung für eine wirtschaftliche Auslegung der Auskleidung, gekoppelt an die spezifischen Anforderungen des Projekts. Das erforderliche Maß an die Genauigkeit der Tübbinge und den Einbau im Tunnel hängt im Wesentlichen von der Tübbinggeometrie, vom Tübbingsystem und vom jeweiligen Anwendungsbereich ab. Im Arbeitskreis “TVM-Forschungsprojekt Toleranzen”, einer Forschungsinitiative der ÖBB-Infrastruktur AG, wurde ein neuer Ansatz für die Herleitung zulässiger Herstell- und Einbautoleranzen unter Einbeziehung einer Risikobetrachtung entwickelt. Im vorliegenden Beitrag wird die Herangehensweise für die Entwicklung, Herleitung und Klassifizierung von Toleranzgruppen, die unter dem Namen “Toleranzklassen” geführt werden, beschrieben. Ergänzend wird auch ein Beispiel für die Anwendung des vorgestellten Konzepts gezeigt. Im Zusammenhang mit den Toleranzklassen erfolgte eine Harmonisierung von Toleranzbegriffen in Zusammenarbeit mit deutschen Ausschüssen wie der ZTV-ING und des DAUB. Die wesentlichen Änderungen und Ergänzungen der Toleranzbegriffe sowie Erläuterungen werden im Anschluss an das erwähnte Konzept der Toleranzklassen vorgestellt.

The Beles Multipurpose Project, with a total installed capacity of 460 MW, is located in the Lake Tana region in the northwest of Ethiopia. The headrace system consists of the low pressure headrace tunnel and a 270 m deep vertical shaft with a power cavern at its lower end. A tailrace tunnel transports the turbine water to the Beles river where it is used again for agricultural purposes.
The entire tunnel length of the tailrace tunnel and most of the length of the headrace tunnel encountered various types of volcanic rock at an overburden between 50 and 370 m. This volcanic section of 17.5 km length was excavated by a hard rock double shield TBM and lined with an “open” segmental lining. Control of water loss and water ingress had to be achieved through the permeability characteristics of the surrounding rock, the hydrogeological conditions and by means of grouting where required.
The intake area is characterised by Quaternary lacustrine deposits over a length of about 1,600 m at an overburden up to a maximum of 120 m. For this lacustrine section, the DS-TBM was modified to run in a semi-EPB mode and the requirements to withstand pressurized backfilling were to be achieved by a gasket-sealed segmental lining.
Das Wasserkraftwerk Beles, mit einer Leistung von 460 MW, befindet sich im Nordwesten Äthiopiens in der Region des Tana Sees am Ursprung des Blauen Nils. Die oberwasserseitige Triebwasserführung umfasst den Druckstollen, einen 270 m tiefen vertikalen Druckschacht und ein Kavernenkrafthaus. Daran schließt der Unterwasserstollen an, der das Triebwasser zum Fluss Beles ausleitet, wo dieses zusätzlich für landwirtschaftliche Zwecke genutzt wird.
Mit dem gesamten Unterwasserstollen sowie mit dem Großteil des Druckstollens wurden auf einer Länge von etwa 17,5 km vulkanische Gesteine durchörtert, bei Überlagerungshöhen zwischen etwa 50 und 370 m. Die vulkanischen Gesteine wurden mit Hartgesteins-Tunnelbohrmaschinen aufgefahren und mit einer “offenen”, nicht gedichteten Fertigteilauskleidung ausgekleidet. Für die Begrenzung der Wasserzutritte und der Wasserverluste wurden soweit wie möglich die vorhandenen Gebirgseigenschaften betreffend Bergwasserdruck und Gebirgsdurchlässigkeit genutzt. Wo erforderlich wurden Gebirgsinjektionen eingesetzt, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Ein kurzer oberwasserseitiger Tunnelabschnitt im Anschluss an den Tana See durchörterte auf einer Länge von ca. 1.600 m lakustrine Sedimente bei Überlagerungshöhen bis zu 120 m. Für diesen Abschnitt wurde die Doppelschild-TBM auf einen Semi-Erddruckmodus umgerüstet, und es wurden gedichtete Fertigteile mit einer unter Druck eingebrachter Ringspaltverfüllung eingesetzt.

The Kopswerk II power plant of the Vorarlberger Illwerke AG with a capacity of 510 MW was constructed between 2004 and 2008 as a pumped storage scheme parallel to the existing Kopswerk I (247 MW) constructed in 1969. The design of the headrace was confronted with borderline conditions concerning both construction and operation. The construction concept had to take into consideration the external constraints and ensure continuous construction in winter in the high mountains. On account of the formation water situation, the intention was to relieve formation water pressure during the construction period.
In operation, the components of the headrace system including pressure tunnel are subject to enormous internal pressure fluctuations within a very short time on account of the pumped storage peak flow operation of Kopswerk II. In addition, the external formation water pressure can reach a head of 450 m, which could scarcely be resisted with an economic lining alone. This resulted in a basic design concept to integrate the surrounding rock mass into the structural system as far as possible, both with regard to rock pressure and formation water pressure. Such a concept has to include systematic and differentiated grouting of the rock mass, which is not always simple to achieve under high formation water pressure.
Das Kopswerk II der Vorarlberger Illwerke AG mit einer Leistung von 510 MW wurde in den Jahren 2004 bis 2008 parallel zum seit 1969 bestehenden Kopswerk I (247 MW) als Pumpspeicherwerk neu errichtet. Die Planung der Oberwasserführung war sowohl im Hinblick auf die Errichtung wie auch auf den Betrieb mit grenzwertigen Bedingungen konfrontiert. Das Baukonzept musste hinsichtlich der äußeren Bedingungen einen Durchlaufbetrieb im Winter und im Hochgebirge ermöglichen. Hinsichtlich der Bergwassersituation war eine Entlastung des Bergwasserdrucks während der Bauarbeiten anzustreben.
Im Betrieb unterliegen die Komponenten der Oberwasserführung einschließlich Druckstollen wegen des Pumpspeicher- Spitzenstrom-Einsatzes des Kopswerks II enormen Innendruckschwankungen innerhalb kürzester Zeitspannen. Zudem steht von außen ein Bergwasser-Druckpotenzial von bis zu 450 m Wassersäule an, das durch eine wirtschaftliche Auskleidung allein kaum zu beherrschen wäre. Somit musste ein planerisches Grundkonzept verfolgt werden, welches das umgebende Gebirge möglichst weitgehend in das Tragkonzept mit einbezieht und zwar sowohl hinsichtlich Gebirgslast wie auch hinsichtlich Bergwasserdruck. Ein solches Konzept schließt eine systematische und differenzierte Gebirgsbehandlung mittels Injektionen konsequent ein, was unter Bergwasserandrang nicht immer leicht umsetzbar ist.

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Pressure shafts, due to their complexity and length, are one of the most challenging parts of the headrace system of a high head hydropower plant. Pressure shafts offer great potential for optimisation and this has to be reflected in their design and construction. The article first describes most common system concepts for headrace systems. Then it introduces the graphical-analytical design method from Seeber in its main features and uses this as a basis for understanding the mode of action of common lining systems. Finally, the common mechanised heading methods are briefly discussed in terms of their areas of application depending on the expected ground behaviour with a qualitative risk assessment of their feasibility.
Kraftabstiege gehören gemessen an Komplexität, Längenerstreckung und Anpassungsmöglichkeiten an die Gegebenheiten vor Ort zu den anspruchsvollsten Anlageteilen von Hochdruckanlagen. Sie bergen ein entsprechendes Optimierungspotenzial und erfordern eine entsprechend hohe Beachtung bei der Planung und Ausführung. Der Beitrag geht zunächst auf die gebräuchlichsten Anlagenkonzepte ein, stellt anschließend das graphisch-analytische Bemessungsverfahren nach Seeber in seinen Grundzügen vor und nutzt dieses als Basis für das Verständnis der Wirkungsweise gängiger Auskleidungssysteme. Abschließend werden die gängigen mechanischen Vortriebsverfahren hinsichtlich ihrer Einsatzgebiete kurz erläutert und in Abhängigkeit des erwarteten Gebirgsverhaltens einer qualitativen Risikobetrachtung hinsichtlich ihrer Einsatzeignung unterzogen.

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In pressure tunnel construction, the crack water table plays a varied role, often important and decisive with regard to technology, safety, cost-effectiveness and environmental relevance. This paper is concerned with the crack water table and its natural range of fluctuation, with the relaxation of crack water pressure due to tunnelling, the interaction between internal tunnel pressure and crack water as it affects lining and waterproofing and the influence of the crack water by the operation of the tunnel.
Im Druckstollenbau spielt der Bergwasserspiegel eine vielfältige und hinsichtlich Technik, Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Umweltrelevanz eine wichtige und oft entscheidende Rolle. Der Beitrag beschäftigt sich mit dem Bergwasserniveau und seiner natürlichen Schwankungsbreite, mit der Bergwasserentspannung durch den Vortrieb, mit dem Zusammenwirken von Stolleninnendruck und Bergwasser im Hinblick auf Auskleidung und Abdichtung sowie mit der Beeinflussung des Bergwassers durch den Betrieb des Druckstollens.

Injection grouting by various methods is of fundamental importance for the construction of pressure tunnels and demands corresponding attention from designers and also from contractors. Pressure tunnel for the sake of this article means the low-pressure sections of the water supply to hydropower stations upstream of the surge chamber with an internal pressure of up to approx. 200 m WS (20 bar). The article deals principally with grouting used with lining systems consisting of precast concrete segments. Specific aspects concerning the grouting of in-situ concrete linings, foils or steel liners are only included incidentally.

Injektionen unterschiedlicher Art sind im Druckstollenbau von grundlegender Bedeutung und verdienen sowohl in der Planung als auch in der Ausführung eine entsprechende Beachtung. Als Druckstollen wird im Rahmen dieser Darstellung der Niederdruckabschnitt der Triebwasserführung von Wasserkraftanlagen vor dem Wasserschloss, mit einem Innendruck bis ca. 200 m WS (20 bar) verstanden. In erster Linie werden Injektionen behandelt, die bei Auskleidungssystemen mit Betonfertigteilen (Tübbingsystemen) Anwendung finden. Spezifische Aspekte von Injektionen bei Ortbeton-Auskleidungen, Folien oder Panzerungen werden nur am Rande mit einbezogen.

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Ultrahochfester Beton (UHFB) stellt den aktuellen Entwicklungsstand in der Betontechnologie dar. Durch die Variation der Stahlfasergeometrie und des -gehalts können die Eigenschaften dieses innovativen Werkstoffs innerhalb einer Bandbreite gestaltet werden. Anhand einer eigenen Versuchsreihe werden die Gestaltungsmöglichkeiten des Anwenders demonstriert und Anregungen zur Wahl einer gezielten Stoffzusammensetzung gegeben.

Entsprechend den geltenden nationalen und internationalen Massivbaunormen darf die in Stahlbetonbauteilen von Bewehrung aufzunehmende Kraft bei überwiegender Zwangbeanspruchung mit zunehmenden Bauteildicken bis auf 50% reduziert werden. Als Begründung werden Eigenspannungen genannt. Die Ergebnisse einer umfangreichen FE-Untersuchung zu den Eigenspannungen während der Betonerhärtung haben bestätigt, dass der Einfluss der Eigenspannung auf die Risslast mit der Bauteildicke zunimmt. Deren Zusammenhang ist jedoch sehr komplex, so dass die heutige Annahme zur Zwangkraft für die Begrenzung der Rissbreite infolge Zwangbeanspruchung nur als eine pragmatische Vorgehensweise bewertet werden kann. Für einen mechanisch fundierten Bemessungsvorschlag sind weitere Untersuchungen erforderlich.

Gleichgewicht, Stabilität und Sensitivität führen zu unterschiedlichen Informationen bezüglich Strukturverhalten. Sensitivität wird definiert als reziproker Wert einer Potentialdifferenz. Als invariante Größe beschreibt sie die Eigenschaften eines stabilen Gleichgewichts.

Systeme mit variabler Struktur gehören zum Problemkreis der nichtglatten Dynamik. Wegen ihrer strengen Nichtlinearität sind spezielle Lösungsmethoden erforderlich. Zwei Aufgabenstellungen werden betrachtet, die eine Analogie zu bekannten statischen Stabilitätsproblemen besitzen. Dies sind ein kinetisches Durchschlagproblem und ein kinetisches Verzweigungsproblem.

Dynamische Lasten verursachen den Kollaps inelastischer Strukturen auch dann, wenn der Gebrauchszustand weit unter der Traglast liegt. Der Stabilitätsgrad wird eingeführt, um die Güte eines statischen Gleichgewichtszustandes zu charakterisieren. In einer dynamischen Betrachtungsweise wird der Einfluß verschiedenen Materialverhaltens auf den Stabilitätsgrad eines Rahmens diskutiert.

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Neuere Vorschriften forden bei der Berechnung stabilitätsgefährdeter Stabkonstruktionen die Berücksichtigung ungünstiger Imperfektionen. Eine Entscheidung hierüber ist aber nur möglich, wenn in den Berechnungsmethoden über die üblichen Voraussetzungen der Theorie II. Ordnung hinausgegangen wird. Dies wird an einem einfachen Rahmen gezeigt.

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Es werden Hinweise zum Schubtragtragverhalten im Fugenbereich von verbundlos vorgespannten Segmentkonstruktionen gegeben und die Empfehlung ausgesprochen eine die Fugen durchdringende möglichst nicht vorgespannte Verbundbewehrung vorzusehen.

Die Forderung, für repräsentative Bauwerke wie Botschaften und Flughäfen auch außergewöhnliche Lasten aus Explosion zu berücksichtigen, wurde in jüngerer Vergangenheit zunehmend gestellt. Das aufgrund dieser Lasten zu erwartende Schadensausmaß kann durch den Einsatz von energiedissipierenden Schutzbauteilen in der Fassadenbefestigung begrenzt werden. Die Dissipation der Explosionsenergie in den Schutzbauteilen kann beispielsweise über ein Crashmaterial erfolgen. In diesem Aufsatz werden Untersuchungen an zementgebundenen Materialien, die diesem Zweck dienen sollen, vorgestellt. Der Einfluss unterschiedlicher Zusätze auf die für ein Crashmaterial maßgebenden Eigenschaften wird in einer Parameterstudie untersucht. Als besonders geeignet wird ein Material identifiziert, bei dem die Zugabe eines Gasbildners das Matrixgefüge im Hinblick auf das gewünschte Kraft-Verformungs-Verhalten positiv verändert. Dynamische Versuche mit diesem Material geben Aufschluss über dessen Komprimierungsverhalten bei hohen Stauchraten.

Cementitious crash material for façade connectors of buildings under impulsive blast loads
In the past few years public awareness of the need to protect structures against blast effects has risen. Energy dissipating protective components placed at the façade connectors allow protecting people in the building as well as the primary building structure from damage due to blast loads. One possibility to dissipate the blast energy is using protective components with crash material. This paper presents tests on cementitious crash materials studying the effect of different additives to the compression-behavior of the material. Additional experiments enable analyzing the material behavior under static and dynamic test conditions.

Wenn repräsentative Bauwerke wie Botschaften und Flughäfen außergewöhnlichen Lasten aus Explosion ausgesetzt sind, dann kann das Ausmaß des zu erwartenden Schadens aus einer solchen Belastung durch den Einsatz von energiedissipierenden Schutzbauteilen in der Fassadenverankerung begrenzt werden. Bisher ist über das Tragverhalten solcher Schutzbauteile wenig bekannt. In diesem Aufsatz werden Konstruktion und Wirkungsweise einer Verankerung für vorgehängte Fassaden vorgestellt, die in der Lage sind, einen Teil der Stoßenergie über Verformung eines Crashmaterials zu dissipieren. Versuche an einer bauteilähnlichen Konstruktion liefern Informationen über das Tragverhalten der Fassadenverankerung, insbesondere bei dynamischen Belastungen. Aus den Ergebnissen wird ein Konzept für die Vordimensionierung der vorgestellten Schutzbauteile abgeleitet.

Energy dissipating protective component for façade connectors of buildings under impulsive blast loads using crash material
In the past few years public awareness of the need to protect structures against blast effects has risen. Blast wave energy is transmitted to the supporting structure by its façade connectors. Energy dissipating protective components placed at the connectors allow protecting people in the building as well as the primary building structure from damage. In this paper we present a protective component that dissipates blast energy by crash material. The report explores the system's fundamentals of operation from an experimental point of view. The results of dynamic tests are the basis of a design concept for the protective components.