Aufgrund der gestiegenen Anforderungen durch höhere Einwirkungen aus Wind und Erdbeben ist eine Verbesserung und Optimierung der Berechnungs- und Bemessungsansätze für Mauerwerksbauten erforderlich. Eine bessere Ausnutzung der Tragwerksreserven ist durch die Berücksichtigung der Rahmentragwirkung mit einer Aktivierung der Deckenscheiben in den Rechenmodellen möglich, die in der Praxis aufgrund der Komplexität der Wand-Decken-Interaktion bislang nicht ausgenutzt wird. Im vorliegenden Aufsatz wird ein vereinfachter Ansatz auf Grundlage der mitwirkenden Plattenbreite von Schubwänden aus Mauerwerk vorgestellt, der die wesentlichen Einflussfaktoren in parametrisierten Tabellen erfasst. Damit steht den Tragwerksplanern ein einfach anwendbares Werkzeug zur Verfügung, um die Rahmentragwirkung in der Mauerwerksbemessung anzusetzen.

Simplified consideration of framing effects in masonry buildings
Due to the increased requirements resulting from higher wind and earthquake loads, it is necessary to improve and optimise the calculation and design approaches for masonry structures. An important contribution to a better utilisation of the structural load-bearing reserves is the consideration of the framing effects through the activation of the floor slabs in the calculation models, which has not been utilised in practice so far due to the complexity of the wall-slab interaction. The paper presents a simplified approach based on the contributory slab width, which captures the essential influencing factors in parameterised tables. This provides structural engineers with a simple tool to exploit the frame load-bearing effect in masonry design.

Für die Anwendung digitaler Methoden in der Ausführung bietet sich die Erfassung von Bauwerken oder Bauzuständen mithilfe von Laserscanning (LiDAR) an, um anschließend möglichst automatisiert Bauteile zu erkennen und für Baufortschrittskontrollen auszuwerten (Scan to BIM). Für die Bauteilerkennung eignen sich Methoden des Machine Learning, die für verschiedene Klassifikationsprobleme eingesetzt werden. Ein baupraktisches Klassifikationsproblem ist die semantische Segmentierung von Punktwolken, bei der einzelne Punkte bestimmten Bauteilklassen zugeordnet werden. Damit die Klassifikationsaufgaben mit ausreichender Genauigkeit gelöst werden, wird eine große Anzahl an Trainingsdaten benötigt. Im Beitrag werden synthetische Daten für das Training eines künstlich neuronalen Netzwerks (engl. Convolutional Neural Network CNN) hochparametrisiert und vollautomatisch bereitgestellt. Es wird eine Vorgehensweise für die Erstellung von Brückenmodellvariationen auf Grundlage der visuellen Programmierschnittstelle Dynamo in Autodesk Revit vorgeschlagen. Zu Beginn werden nationale Richtlinien für die Definition von Parametern evaluiert, um anschließend diese Parameter in adaptiven Vorlagen des parametrisierten Querschnitts des Überbaus zu verwenden. Der Unterbau wird analog in verschiedenen Vorlagen bereitgestellt. Diese werden entlang der Trassierung in verschiedenen Ausführungen platziert. Jedem Objekt werden Merkmale angehängt und beim Export im herstellerneutralen Datenformat IFC in eine Merkmalstruktur gruppiert. Mit dieser Vorgehensweise ergaben sich zahlreiche Variationen von Brückenmodellen, insbesondere auch Bauzwischenzustände, die für die semantische Segmentierung von Punktwolken und das Training eines CNN herangezogen werden können.

Parametrization in bridge construction for the application of artificial intelligence
For the application of digital methods in the execution phase, the acquisition of exisiting structures or the construction progress with the aid of LiDAR is a suitable method to subsequently detect components as automatically as possible and e. g., to evaluate them for construction progress monitoring. Machine learning methods are suitable for component detection and are used for various classification problems. One problem is the semantic segmentation of point clouds, in which the individual points are assigned to specific component classes. To solve the segmentation with sufficient accuracy and to make predictions on real data, a large amount of training data is needed. This process is also called “Scan to BIM”. In this paper, synthetic data for training a convolutionalneural network (CNN) is provided in a highly parameterized and fully automatic way. An approach for generating variations of bridge models based with the visual programming interface Dynamo in Autodesk Revit is proposed. At the beginning, guidelines for the definition of parameters are evaluated to subsequently use them in adaptive templates. Attributes are assigned to each component and grouped into a feature structure when exported to the IFC data format. This approach resulted in numerous variations of bridge models that can be used for semantic segmentation of point clouds and training of a CNN.

Die Erhaltung der Verkehrsinfrastruktur in Deutschland ist häufig durch ein reaktives Vorgehen geprägt. Im Rahmen von Experteninterviews mit Vertretern der Verkehrsträger Schiene, Straße und Wasserstraße wurde über das aktuelle Vorgehen in Bezug auf die Erhaltung der Verkehrsinfrastrukturbauwerke sowie Herausforderungen gesprochen. Dabei stand die Einbettung der Erhaltungsstrategie in ein Lebenszyklusmanagement im Fokus. Das Prozess-, Betriebs- und Deutungswissen der Experten half dabei, umfassende Informationen zusammenzutragen. Im Ergebnis konnte die Verknüpfung sowohl zwischen Forschung und Praxis als auch zwischen den einzelnen Verkehrsträgern intensiviert und die Grundlagen zur Einführung eines Lebenszyklusmanagements zusammengetragen werden.

Challenges for life cycle management for transport infrastructure structures
The maintenance of transport infrastructure in Germany is often characterised by a reactive approach. In the course of expert interviews with representatives of different transport modes, the current procedure, inhibitions and the introduction of life cycle management were discussed. The experts' process, operational and interpretive knowledge helped to gather comprehensive information on the questions posed. As a result, the link between research, practice and the individual transport modes could be intensified. The existing bases for the introduction of life cycle management were compiled.

Für die Zuverlässigkeit von Brücken ist die Instandhaltung essenziell. Ein wichtiger Bestandteil dieses Prozesses ist die Bauwerksinspektion, in der der Zustand der betrachteten Brücke bewertet wird. Diese Inspektionen folgen aktuell festgelegten Fristen. Aufgrund der begrenzten personellen und finanziellen Kapazitäten für die Instandsetzung von Brückenschäden stellt sich die Frage, welche dieser Schäden prioritär zu behandeln sind. Ein Lösungsansatz ist die Ausfalleffektanalyse (engl. Failure Mode and Effects Analysis, FMEA). Mit der Adaption der Methode soll eine, im Vergleich zu heute, objektivere Priorisierung der Schäden vorgenommen werden. Die Herausforderung besteht darin, die FMEA an die Inspektionsdaten von Brücken zu koppeln. Hierfür wurde eine hohe Zahl an Schadensdaten von Eisenbahnbrücken ausgewertet, die von der DB Netz AG bereitgestellt wurden. Die adaptierte Methode wird als Schadenspriorisierungsanalyse (SPA) bezeichnet, an die Schadenssystematik der DB Netz AG angepasst und schließlich an Schadensdaten von Spannbeton- und Stahlbrückenüberbauten validiert. Für die Bewertung wurden die drei Parameter Bedeutung, Wirksamkeit und Kosten definiert. Das Produkt der drei Parameter gibt Auskunft über die Kritikalität eines Brückenschadens. Trotz ihrer Bauformabhängigkeit ermöglicht die SPA eine objektivere Schadensbewertung. Somit kann sie bei der fundierten Instandhaltungsplanung von Brücken helfen und die Entscheidung der zu priorisierenden Schäden erleichtern.

Damage prioritization analysis for railroad bridges - prioritization of bridge damages at Deutsche Bahn acc. to the principle of FMEA
Maintenance is essential for the reliability of bridges. An important part of this process is the structural inspection, in which the condition of the bridge under consideration is evaluated. These inspections follow currently defined deadlines. Due to the limited personnel and financial capacities for the repair of bridge damage, the question arises as to which of these damages should be treated as a priority. One approach is the Failure Mode and Effects Analysis (FMEA). With an adapted method, a more objective prioritization of the damages is to be carried out compared to today. The challenge is to link the FMEA to the inspection data of bridges. For this purpose, a large number of damage data from railroad bridges provided by DB Netz AG was evaluated. The new method is called damage prioritization analysis (DPA), was adapted to the damage system of DB Netz AG and finally validated on damage data of prestressed concrete and steel bridge superstructures. For the evaluation, the three parameters significance, effectiveness and cost were defined. The product of the three parameters provides information on the criticality of a bridge damage. Despite its dependence on the type of construction, the DPA enables damage to be evaluated more objectively. Thus, it can help in the well-founded repair planning of bridges and simplify the decision on the damage to be prioritized.

Der Aufsatz bietet eine Übersicht über aktuelle Methoden der Datenintegration, künstlichen Intelligenz (KI), Optimierung und Regelungstechnik und ihre (potenziellen) Anwendungen in Gebäudeplanung und Bau. Die Übersicht behandelt sowohl symbolische KI-Methoden als auch subsymbolische KI-Methoden bzw. maschinelles Lernen. Der Aufsatz stellt diese Methoden im Kontext von Anwendungsbeispielen vor, die einen Einblick in aktuelle Forschungsprojekte des Exzellenzclusters “Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur” an der Universität Stuttgart bieten: (1) Datenintegration zur Verknüpfung von Datensilos in Planungs- und Bauprozessen, (2) Wissensgraphen zur Wissensrepräsentation in multidisziplinären Planungsprozessen, (3) automatisierte Planung zur Planung und Verteilung von Bauaufgaben, (4) überwachtes Lernen zur Abschätzung von aufwendigen Simulationen wie Gebäudeenergiebedarf oder des Verhaltens von natürlichen Materialien wie Holz, (5) unüberwachtes Lernen zur Visualisierung von Optimierungsergebnissen, (6) bestärkendes Lernen zum Bauen mit Fasern und Bambus, (7) simulationsbasierte Optimierung für klimafreundliche Gebäudeplanung und (8) Regelungstechnik zur Steuerung von z. B. Baurobotern. Der Aufsatz kommt zu dem Schluss, dass integratives computerbasiertes Planen und Bauen die Kooperation von Menschen, Material und Maschinen erfordert und dass KI - anstatt Bauplanungs- und Bauprozesse lediglich zu automatisieren - diese Kooperation moderieren kann.

AI for AEC
The article surveys current methods of data integration, artificial intelligence (AI), optimization, and control and their (potential) applications in architecture, engineering and construction. The survey includes symbolic AI-methods as well as subsymbolic AI methods, i. e., machine learning. The article presents these methods in the context of applications that provide insight into current research projects at the Cluster of Excellence “Integrative Computational Design and Construction for Architecture” (IntCDC) at the University of Stuttgart: (1) Data integration to link data silos in design and construction processes, (2) knowledge graphs to represent knowledge in multidisciplinary design processes, (3) automated planning for scheduling and distribution of construction tasks, (4) supervised learning to estimate the results of expensive building simulations such as operational energy or of the behavior of natural materials such as wood, (5) unsupervised learning to visualize optimization results, (6) reinforcement learning for building with fibers and bamboo, and (8) control for construction robotics. The article concludes that integrative computational design and construction requires the cooperation of humans, material, and machines, and that AI - instead of merely automating design and construction processes - can moderate this cooperation.

Im SFB Advanced Computational Design werden Entwurfswerkzeuge und -prozesse durch multi- und interdisziplinäre Grundlagenforschung entwickelt. Das Ziel ist, durch eine neue Generation von Computational-Design-Methoden höhere Entwurfsqualität und effizientere Prozesse in Architektur und Bauwesen zu ermöglichen. Die Forschung wird in drei Bereichen durchgeführt: Entwurfsmethodik (A1), visuelle und haptische Entwurfsinteraktion (A2) und Formfindung (A3). Der Bereich A1 umfasst die konzeptionelle Grundlage für neuartige digitale Entwurfsmethoden basierend auf Lernmethoden. Zudem werden die in den Bereichen A2 und A3 entwickelten Computational-Design-Werkzeuge und -Methoden in einer Plattform verknüpft. Der Bereich A2 eröffnet Designern neuartige Feedback-Kanäle in digitalen Werkzeugen durch Lichtsimulation und haptisches Feedback. Im Bereich A3 werden die Randbedingungen im Formfindungsprozess hinsichtlich Geometrie, Material, Mechanik und Statik untersucht. Die Schwerpunkte liegen in der Unterteilung von komplexen Flächen in Paneele, der Analyse von formaktiven Strukturen sowie der Modellierung und experimentellen Analyse von neuartigen Kompositmaterialien. Die Exploration von Entwürfen in Interaktion mit intelligenten Materialmodellen und Algorithmen zur Bewertung der Tragstruktur dient einerseits der Entwicklung eines methodischen Ansatzes für die Entdeckung von neuen Möglichkeiten in der Formfindung und ermöglicht andererseits die experimentelle Validierung.

Advanced Computational Design
The SFB Advanced Computational Design addresses the research question of how to advance design tools and processes through multi- and interdisciplinary basic research. We will develop advanced computational design tools in order to improve design quality and efficiency of processes in architecture and construction. The proposed research is structured in three areas: design methodology (A1), visual and haptic design interaction (A2) and form finding (A3). A1 focuses on the conceptual basis for new digital methods of design based on machine learning. A1 also acts as a platform for integrating and evaluating the computational tools and methods developed in A2 and A3. A2 investigates real-time global-illumination and optimization algorithms for lighting design, as well as a new method for large-scale haptic interactions in virtual reality. In A3, form finding will be explored regarding geometric, mechanical and material constraints, in particular: paneling of complex shapes by patches of certain surface classes while optimizing the number of molds; algorithms for finding new transformable quad-surfaces; mechanical models for an efficient simulation of bio-composite material systems. Furthermore, new ways of form finding will be explored through physical experiments, which will allow for reconsidering model assumptions and constraints, validating the developed algorithmic approaches, and finding new ones.

Die Bilanzierung von Umweltwirkungen spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung nachhaltiger und umweltfreundlicher Technologien und Konzepte. Dies gilt auch in der Entwicklung von Gebäuden mit adaptiven Hüllen und Strukturen und stellt darüber hinaus weitreichende Anforderungen an alle beteiligten Disziplinen. Die vollständige Integration der Ökobilanzierung in den Planungs- und Auslegungsprozess ermöglicht, Umweltwirkungen als Optimierungsgrößen in den komplexen, dynamischen Berechnungswerkzeugen einzusetzen. Die bisherigen Ergebnisse des SFB 1244 bescheinigen adaptiven Tragwerken und Fassaden großes Potenzial zur Einsparung von Ressourcen und Umweltwirkungen. Die ganzheitliche Betrachtungsweise, sowohl in Bezug auf den Lebenszyklus als auch auf die interdisziplinären Wechselwirkungen, stellt sicher, dass die relevanten Effekte und Einflüsse in der Bilanzierung berücksichtigt werden. Das stellt die Methode der Ökobilanzierung selbst jedoch vor neue Herausforderungen im Umgang mit einer Vielzahl an Varianten und den umfangreichen Wechselwirkungen zwischen Auslegung und Einflüssen auf Parameter in der Nutzungsphase, wie z. B. den Energieverbrauch oder die Lebensdauer.

Life cycle assessment of adaptive skins and structures
The assessment of environmental impacts is crucial in the development of sustainable and environmentally friendly technologies and concepts. The development of adaptive buildings is no exception and also places far-reaching demands on all disciplines involved. The full integration of life cycle assessment into the planning and design process makes it possible to use environmental impacts as optimization parameters in the complex, dynamic calculation tools. The results of SFB 1244 to date confirm that adaptive load-bearing structures and façades have great potential for saving resources and environmental impacts. The holistic approach, both in terms of the life cycle and the interdisciplinary dependencies, ensures that the relevant effects and influences are taken into account in the assessment. However, this confronts the life cycle assessment method with new challenges in dealing with a large number of variants and the extensive interactions between design and influences on parameters in the use phase, such as energy consumption or service life.

Die Berechnung dynamischer Versagensprozesse in Tragstrukturen ist eine ingenieurtechnische Herausforderung und Triebkraft der methodischen Entwicklung. Im Beitrag werden numerische Modelle für spröden Materialbruch und die partielle Ablösung der Bewehrung bei impulsartiger Bauteilbeanspruchung behandelt. Für das Versagen in Grenzschichten werden Methoden zur Reduktion des Rechenaufwands gezeigt. Grundlegend neue Ansätze sind aus der Forschung zur Rissberechnung hervorgegangen und werden mit einigen Beispielen vorgestellt. Der vorliegende Beitrag wurde am 15. Okt. 2021 im Rahmen des 25. Dresdner Baustatik-Seminars präsentiert.

Loadcase impact - modeling of highly dynamic deformation behavior of reinforced concrete structures
The challenging calculation of dynamic fracture processes is driving the development of novel computational methods. In this contribution, models for brittle fracture and partial delamination of reinforcements at impact loading are discussed. Methods for the reduction of computational effort in describing interface failure are shown. The recent developments in modeling of fracture mechanics have yield novel approaches for crack nucleation and propagation, which are discussed by several examples.

Fertigschraubpfähle werden mit hydraulischen Geräten drehend in den Boden eingebracht. Die Herstellungsart bietet Zeit- und Kostenvorteile gegenüber Ortbeton- und Verbundbauweisen. Zur Untersuchung der bodenmechanischen Vorgänge beim Abtrag von axialen Lasten durch Fertigschraubpfähle wurden kleinmaßstäbliche 1g-Versuche unter Anwendung der PIV-Methode durchgeführt. Die Ergebnisse werden vorgestellt und mit Ansätzen zur analytischen Berechnung der Tragfähigkeit aus der Literatur verglichen. Den Erkenntnissen aus den Modellversuchen werden Beobachtungen aus großmaßstäblichen Laborversuchen und Feldversuchen gegenübergestellt. Abschließend werden Empfehlungen für die Bemessung und Qualitätssicherung gegeben.

Bearing behaviour of helical piles under axial loading
Helical piles are rotating installed into the ground using hydraulic equipment. This method of construction offers time and cost advantages over bored piles. Small-scale 1g tests using the PIV method were carried out to investigate the soil mechanical behavior that occurs due to axial loading. The results are presented and compared with analytical approaches for the calculation of the bearing capacity from literature. The results of the model tests are compared with observations from large scale laboratory tests and field tests. Recommendations for dimensioning and quality assurance are given in conclusion.

Im Rahmen dieses zweiteiligen Aufsatzes wird auf die brandschutztechnische Bemessung für Brettsperrholzelemente und -konstruktionen eingegangen und deren Besonderheit im Vergleich zu Voll- und Brettschichtholz aufgezeigt. Der nachfolgende erste Teil des Beitrags umfasst die Aspekte der Baustoffklassifikation sowie des Abbrandverhaltens und der Tragfähigkeitsbeurteilung von bekleideten und unbekleideten Brettsperrholzbauteilen im Brandfall. Der zweite Teil erläutert die Nachweisansätze der raumabschließenden Funktion, stellt die Prinzipien zur brandschutztechnisch sicheren Detailausbildung dar und gibt Erläuterungen zum Einfluss von Brettsperrholz auf die Branddynamik.

Background and verification principles for the fire protection design of cross-laminated-timber constructions - part 1
The two-part paper describes the current state of the art about fire design methods for cross-laminated-timber elements and -structures and describe differences in comparison to the design with solid timber. In detail aspects like the reaction to fire classification, charring and load bearing behaviour of protected and unprotected cross laminated-timber elements in the case of fire are discussed within this first part. The second part of the paper explains the approaches for the separating function of cross laminated-timber elements, give design guidance about fire safe detailing and about the influence of visible timber members and elements regarding to the fire dynamic.

In jüngerer Vergangenheit wurde bei klassisch feuerverzinkten Stahlbauteilen eine reduzierte Emissivität unter Brandbelastung nachgewiesen, die sich im Zuge der Heißbemessung gemäß DIN EN 1993-1-2 als vorteilhaft gegenüber einem ungeschützten Bauteil erweist. Im Zuge weiterführender Untersuchungen wurde nun die Emissivität von modernen Zink-Aluminiumüberzügen, die sich durch eine in Abhängigkeit vom Aluminiumgehalt von den standardmäßigen Überzügen abweichende Schichtcharakteristik auszeichnen, anhand von Kleinteilproben bestimmt, wobei verschiedene Konfigurationen abgeprüft wurden. Im Ergebnis zeigt sich über alle Varianten, dass ZnAl-Überzüge eine gegenüber Reinzink- bzw. quasireinen Zinküberzügen nochmals verbesserte, insbesondere bei höheren Temperaturen reduzierte Emissivität aufweisen. Bei Anwendung derselben zeigt sich die positive Wirkung auf den Feuerwiderstand von mit ZnAl-Schmelzen verzinkten Stahlkomponenten in Form einer verzögerten Aufwärmung und damit einer im Zuge der Heißbemessung ermittelten höheren Tragfähigkeit unter Brandbelastung bzw. das Potenzial zur Reduzierung des Stahlprofilquerschnitts und damit zur Ressourceneinsparung in einer relevanten Größenordnung.

Emissivity of zinc-aluminum coatings under fire loading and effect on the fire resistance
In the recent past, a reduced emissivity under fire load has been proofen for classic hot-dip galvanized steel, which proves to be advantageous compared to an unprotected steel member in the fire design according to DIN EN 1993-1-2. In the course of further investigations, the emissivity of modern zinc-aluminum coatings, which are characterized by a coating characteristic that differs from the standard coatings depending on the aluminum content, was determined on the basis of small scale samples, with various configurations being tested. The results for all variants show that ZnAl coatings exhibit a further improvement in emissivity compared with pure zinc or quasi-pure zinc coatings, and in particular a reduction in emissivity at higher temperatures. The application of these coatings has a positive effect on the fire resistance of steel components galvanized with ZnAl alloys in the form of a slower heating and thus a higher load-bearing capacity under fire load determined in the course of the fire design, and the potential for reducing the steel profile cross-section and thus saving resources by a relevant order of magnitude.

Stütz- und Schutzkonstruktionen aus Naturstein zählen zu Standardbauwerken im Straßen- und Eisenbahnbau sowie im angrenzenden Ingenieurbau. Dabei wird zwischen unvermörtelten und vermörtelten Steinkonstruktionen unterschieden, wobei bei Letzteren die Fugenausbildung mittels Betonmörtel erfolgt. Diese Ausbildung der Fuge dient zur Verbesserung der Kraftübertragung zwischen den einzelnen Steinen, führt zu einer Reduzierung von Bauwerksverformungen und bringt gegenüber unvermörtelten Konstruktionen insgesamt eine Erhöhung der inneren Standsicherheit mit sich. Durch die Interaktion zwischen Stein und Betonmörtel können Schubkräfte übertragen bzw. aufgenommen werden, die insbesondere einem auftretenden Erddruck entgegenwirken: die Scherparameter Kohäsion (Haftfestigkeit) und Reibungswinkel bauen einen Widerstand gegen mögliche Schubbeanspruchung auf und spielen eine wesentliche Rolle hinsichtlich der Tragfähigkeit derartiger Bauwerke. In dieser Studie wird versucht, mittels experimenteller Laborversuche eine quantitative Abschätzung von Werten für Haftfestigkeit und Reibungswinkel abzuleiten. Darüber hinaus sollen die Eigenschaften von üblicherweise verwendeten Betonmörteln erfasst werden. Übergeordnetes Ziel ist es, Rückschlüsse auf die innere Stabilität derartiger Steinstützkörper zu ziehen und so Grundlagen für die Bemessung von Steinstützkörpern darzulegen.

Rock-mortar-interaction in mortared natural stone structures
Support and protection structures made of natural stones are now among the standard applications in road and railroad construction and related civil engineering works. A distinction is made between non-mortared and mortared constructions, with the latter using concrete mortar to form the joints crease in inner stability of the structures. Concrete mortar improves the adhesive bond between the individual rocks reducing the tendency of deformations. Shear parameters (adhesion between stone and mortar as well as the friction angle) build up resistance to possible shear stresses from occurring earth pressure and play an essential role with regard to the load-bearing capacity of such structures. In this study, attempts are made to experimentally deduce characteristic values for adhesion strength and friction angle by means of laboratory tests. In addition, the properties of the concrete mortar itself have to be recorded. The final goal is to draw conclusions about the inner stability of supportive stone constructions.

Im süddeutschen Raum sind viele Kirchen von flachen Putzdecken überspannt. In den vergangenen Jahren kam es vermehrt zu Teilabstürzen an diesen Decken. Konstruktive Mängel bei der Herstellung oder statische Mängel am Tragwerk können Gründe hierfür sein. Darüber hinaus lassen die verwendeten Materialien mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften auf einen Alterungsprozess schließen. Um diesen nachzuweisen, wird ein statisches Modell aufgebaut und die Beanspruchung infolge Quellen, Schwinden und Temperaturänderungen als Last aufgebracht. Die Berechnungen zeigen, dass es hierdurch zu Spannungen in der Putzdecke kommt. Durch das Schwinden der Holzlatte entstehen zwischen Holz und Putz nicht aufnehmbare Zugspannungen, sodass es zum Abriss des Putzes von der Latte kommt. Hierbei lösen sich Putzpartikel, die in den Zwischenraum zwischen Holz und Steg fallen. Beim Quellen der Holzlatten entstehen Druckspannungen senkrecht zum Steg. Die Putzpartikel im Zwischenraum behindern das Quellen, wodurch Spaltzugkräfte entstehen, die zu einer Rissbildung führen. Dieser Vorgang wiederholt sich bei barocken Putzdecken jährlich über einen Zeitraum von ca. 300 Jahren. Es kommt zu einem stetigen Anstieg der Spannungen, sodass von einem Alterungsprozess der Putzlattendecken gesprochen werden kann.

Aging of baroque plaster lath ceilings
In southern Germany, many churches are spanned by flat plaster ceilings. In recent years, there have been an increasing number of partial collapses of these ceilings. Constructional deficiencies during manufacture or static defects in the supporting structure may be the reasons for this. In addition, the materials used with very different properties indicate an ageing process. In order to prove this, a static model is constructed and the deformations due to swelling, shrinkage and temperature changes are applied as a load. The calculations show that this leads to stresses in the plaster corner. The shrinkage of the wooden lath causes tensile stresses between the wood and the plaster that cannot be absorbed, so that the plaster is torn off the lath. This causes plaster particles to come loose and fall into the space between the wood and the lath. When the wooden battens swell, compressive stresses occur perpendicular to the web. The plaster particles in the interstice hinder the swelling, causing splitting tensile forces that lead to the formation of cracks. This process is repeated annually in baroque plaster ceilings over a period of about 300 years. The stresses increase steadily, so that one can speak of an ageing process of the plaster lath ceilings.

Die bei Zugfahrten in Eisenbahntunneln auftretenden druckwellen- und strömungsinduzierten aerodynamischen Belastungen werden dargelegt und in Bezug auf die Beanspruchungswirkungen der in modernen Bahntunneln ausgeführten unterschiedlichen Einbauten diskutiert. Es wird gezeigt, dass die in den derzeitigen Richtlinien und Normen angegebenen Belastungsgrößen tw. unvollständig sind und insbesondere die Effekte einer Wirbelablösung am Heck des fahrenden Zugs mit der daraus sich einstellenden hochgradig dynamischen Wirbelschleppe nicht abdecken. Im Zuge von mehreren Messkampagnen und begleitenden numerischen Simulationsberechnungen wurden in Österreich die in der Realität bei Zugfahrten in Eisenbahntunneln tatsächlich auftretenden aerodynamischen Belastungen abgeleitet und darauf aufbauend für unterschiedliche Einbauten die bei der Bemessung anzusetzenden Belastungswerte formuliert. Bei den Simulationsberechnungen wurde insbesondere auch die bei langen Tunneln maßgebende Fahrt von mehreren Zügen dicht hintereinander untersucht. Die Durchführung dieser numerischen Simulationsberechnungen und Messkampagnen unter realen Betriebsbedingungen in schnell befahrenen eingleisigen Eisenbahntunneln sowie die erzielten Ergebnisse werden dargelegt.

Aerodynamic loads to installations in high-speed railway tunnels
The pressure wave and flow-induced aerodynamic loads occurring during train runs in railway tunnels are described and discussed with reference to the different installations in modern railway tunnels. It is shown that the load values given in the current guidelines and standards are partly incomplete and in particular do not cover the effects of vortex shedding at the rear of the moving train with the resulting highly dynamic wake vortex. In the course of several measurement campaigns and accompanying numerical simulations, the aerodynamic loads actually occurring in reality during train travel in railway tunnels were recorded in Austria and based on this, the load values to be used in the design were formulated for different installations. In the numerical simulations, the decisive travel of several trains in close succession in long tunnels was also examined. The execution of these numerical simulations and measurement campaigns under real operating conditions in fast single-track railway tunnels as well as the results obtained are presented.

Der Zustand eines Bauwerks ist dadurch gekennzeichnet, dass er sich mit zunehmendem Alter immer schneller verschlechtert. Eine vorbeugende Maßnahme gegen die Alterung ist umso erfolgreicher, je früher sie ergriffen wird. Um die Nutzung komplexer Bauwerke zu verlängern, sind umfassende Informationen zu einem möglichst frühen Zeitpunkt erforderlich. Auf dem Weg zu einer vorausschauenden Instandhaltung ist Grundlagenforschung zu den Methoden der Erfassung, Zusammenführung und Auswertung aller Geometrie-, Material-, Spannungs- und Alterungsdaten erforderlich. Die Digitalisierung im Sinne der Erzeugung eines Digitalen Zwillings erhält in diesem Zusammenhang eine völlig neue Bedeutung. Sie ermöglicht die Zusammenführung und Echtzeitauswertung aller für Betrieb und Instandhaltung erforderlichen Daten. Die Bauwirtschaft steht hier jedoch vor besonderen Herausforderungen. Bauwerke, insbesondere in der Verkehrsinfrastruktur, sind einzigartige Objekte. Sie zeichnen sich durch enorme Dimensionen aus und haben eine wesentlich längere Lebensdauer als andere technische Anlagen. Die Veränderungen im Sinne einer Zustandsverschlechterung sind sehr gering und daher kaum messbar. Die Basis eines umfassenden Zustandsmonitorings ist eine umfassende und komplette digitale Repräsentation des Bauwerks. Dies bedeutet eine Abbildung der kompletten äußeren und inneren Struktur in einer digitalen Form, inkl. Informationen zu Materialien, Schadstellen etc. Daraus lässt sich die Forschungsfrage ableiten, ob sich eine solche Abbildung effizient umsetzen lässt und in welcher Form und mit welchen Methoden dies möglich ist. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick, wie die Umsetzung auch für komplexe Objekte gelingt und wie das generierte Modell mit semantischer Information angereichert werden kann.

Digitisation of as-built structures with AI
The condition of a structure is characterised by the fact that it deteriorates faster with age. A preventive measure against ageing is even more successful the earlier it is taken. To prolong the use of complex structures, comprehensive information is required at the earliest possible stage. On the way to preventive maintenance, basic research is required into the methods of acquisition, consolidation and evaluation of all geometry, material, stress and ageing data. Digitisation in the sense of creating a digital twin takes on a completely new meaning in this context. It enables the consolidation and real-time evaluation of all data required for operation and maintenance. However, the construction industry is faced with special challenges here. Structures, especially in the transport infrastructure, are unique objects. They are characterised by enormous dimensions and have a much longer service life than other technical facilities. The changes in terms of degradation are very small and therefore hardly measurable. The basis of condition monitoring is a comprehensive and complete presentation of the structure. This means a digital representation of the complete external and internal structure, including information on materials, defects, etc. The research question can be derived from this, whether such a mapping can be efficiently realised, and in which form and with which methods this is possible. This article gives an overview of how such a mapping can succeed even for complex objects and how the generated model can be enhanced with semantic information.

Ingenieurbauwerke zeichnen sich u. a. durch ihre Individualität und ihre Langlebigkeit aus. Daher spielt die messtechnische Überwachung von Ingenieurbauwerken eine entscheidende Rolle. Mithilfe von Methoden der Strukturüberwachung können Veränderungen oder Schäden frühzeitig detektiert, lokalisiert und ggf. sogar quantifiziert werden. In Kombination mit einer numerischen Modellbildung können darüber hinaus Digitale Zwillinge erschaffen werden. Digitale Zwillinge bilden Bauwerke über ihr gesamtes Leben ab und können somit helfen, sowohl den Entwurf als auch den Betrieb zu optimieren. Eine Herausforderung bei der Entwicklung von Methoden der Strukturüberwachung ist deren Validierung im Zusammenhang mit realen Anwendungen. In diesem Beitrag wird daher eine Teststruktur vorgestellt, die explizit zur Validierung von Methoden der Strukturüberwachung entwickelt wurde. Die Messdaten der Struktur stehen für Forschungs- und Industrieanwendungen frei zur Verfügung. Zwei unterschiedliche Methoden (daten- und modellbasiert) zur Schadenslokalisation werden vorgestellt, verglichen und validiert.

Validation of data- and model-based methods for damage locations
Civil engineering structures are, inter alia, characterised by their individuality and longevity. Therefore, monitoring of such structures is decisive. Structural health monitoring methods are able to detect, localise and even quantify damage or structural changes in general. In combination with numerical modelling, it is possible to create digital twins. Digital twins represent structures over their entire lifetime. Therefore, they can help to optimise both design and operation of a structure. A challenge for developing structural health monitoring methods is their validation in the context of real applications. Therefore, this paper presents a benchmark structure, which has explicitly been designed for validating structural health monitoring methods. Monitoring data from this structure is freely available for research and industrial purposes. Two different methods (data- and model-based) for damage localisation are presented, compared and validated.

Infraleichtbeton (ILC) erlaubt mehrgeschossige Wohnungsbauten aus großformatigen Fertigteilen, weil er fester ist als andere Dämmbetone. Da der Werkstoff gleichzeitig trägt und dämmt, entfallen komplizierte (bau-)konstruktive Schnittstellen. Er bietet somit eine monolithische Alternative zum Bauen mit Wärmedämmverbundsystemen (WDVS). Großformatige Elemente aus diesem Werkstoff haben den Vorteil, dass der Fugenanteil minimiert werden kann, wodurch die Kosten für Fügung und Montage reduziert werden. Im Folgenden wird das Konzept des DBU-geförderten Forschungsprojekts ILVO (Vorfabrikation von Fertigteilen aus Infraleichtbeton) vorgestellt. Der Bezug zur Geschichte des Bauens mit vorgefertigten Elementen aus Beton der 1960er-Jahre wird erörtert. Vorbilder bzw. Referenzen, welche die Bearbeitung der Varianten begleitet haben, werden erläutert. Für jede Variante werden ein historisches Referenzprojekt, das Konzept, das Element und die Konstruktion erklärt.

Constructing with large components of infra-lightweight concrete (ILC) - three constructive design options for multi-story housing
In contrast to other insulating concretes, due to its strength, it is possible to build multi-story housing with Infra-Lightweight Concrete (ILC). Since the material simultaneously supports and insulates, complicated (structural) design interfaces are eliminated. It thus offers a monolithic alternative to building with external thermal insulation composite systems. Large components made of this material have the advantage that the proportion of joints can be minimized, which reduces the costs of joining and assembly. In the following the DBU funded project ILVO (prefabrication of large components of ILC) is introduced, and the developed concept explained. A connection to the history of building with prefabricated elements of concrete in the 1960s is drawn - role models and references that have accompanied the development of variations, are introduced. For every variation a historic reference, the concept, the element, and the construction are explained.

Adaptive Gebäudehüllen und Tragwerke sind ein möglicher Weg hin zu mehr Ressourceneffizienz im Bauwesen. Eine aktive Manipulation der Geometrie und des Tragwerkverhaltens ermöglicht es, Spannungsverteilungen zu optimieren, Verformungen zu reduzieren und Schwingungen zu dämpfen. Adaptive Gebäudehüllen wiederum können sich an wechselnde Bedingungen im Innen- bzw. Außenbereich anpassen und besser auf Nutzerbedürfnisse eingehen als herkömmliche Systeme. Adaptivität bedeutet die Manipulierbarkeit der Gebäudehülle oder des Tragwerks - und erfordert daher Aktuierung, Sensorik, Steuerungstechnik und Regelungskonzepte. Das übergeordnete Ziel der Adaptivität ist eine Minimierung des Material- und Energieverbrauchs sowie eine Reduktion der mit dem Bauwerk verbundenen direkten und indirekten Emissionen von Treibhausgasen. Das Konzept der Adaptivität wird seit vielen Jahren an der Universität Stuttgart erforscht. Seit 2017 sind diese Arbeiten im interdisziplinären Sonderforschungsbereich SFB 1244 zusammengefasst. Zur Verifizierung der gesammelten Erkenntnisse wurde auf dem Universitätscampus in Stuttgart-Vaihingen Anfang 2021 der Demonstrator D1244 errichtet - das weltweit erste adaptive Hochhaus. Das ca. 36,5 m hohe Gebäude dient als multifunktionale Experimentalplattform, in dessen Stahltragwerk 24 hydraulische Aktoren integriert sind. Jedes Bauteil kann einzeln entnommen und gegen neu entwickelte adaptive Systeme ausgetauscht werden. Der Demonstrator erlaubt in den kommenden Jahren eine flexible Erprobung und Validierung unterschiedlichster Technologien und Materialien im Bereich des Tragwerks und der Fassade.

The demonstrator D1244: the first adaptive high-rise building worldwide
Adaptive skins and structures can make a substantial contribution towards an increased resource efficiency in the built environment. The active manipulation of a structure's geometry and load-bearing behaviour allows for optimized stress distribution as well as reduced deflections and vibrations. Adaptive facades, on the other hand, can react to varying environmental conditions and user needs much better than conventional systems. In order to manipulate building skins or structures, actuators, sensors and control hardware have to be designed along with the respective control concepts. The overall target is to minimize energy and material usage along with all related greenhouse gas emissions. For many years, researchers at the University of Stuttgart have investigated the concept of adaptivity. Starting in 2017, this research has been consolidated in the collaborative research centre CRC 1244. In 2021 the demonstrator D1244 - the world's first adaptive high-rise building, has been built to validate the scientific work carried out so far and to test the technologies developed at the University of Stuttgart. The tower is 36.5 m high and has 24 hydraulic actuators integrated in its steel structure. It will serve as a multi-purpose experimental platform in both the fields of structures and facades. Each element can be replaced with newly developed adaptive systems, thus allowing a flexible testing and validation of different technologies and materials over the coming years.

Beim Planen, Bauen und Betreiben von Verkehrswasserbauwerken sind Bestandspläne von großer Bedeutung. Gerade für Instandsetzungen oder Ersatzneubauten, die im Wasserbau einen Großteil der Baumaßnahmen darstellen, beinhalten sie zentrale Informationen u. a. zur Konstruktion der bestehenden Bauwerke. Die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) hat Anfang des Jahrtausends daher alle Pläne mit hohem Aufwand digitalisiert. In dem Digitalisierungsprozess wurden aus technischen Gründen etwa 35.000 Dokumente in Teilaufnahmen (TA) zerstückelt, was deren Übergabe und Nutzung erheblich stört. Diese, im Rahmen eines FuE-Projekts der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) entstandene, Arbeit zeigt, dass mit Image Stitching, einer Methode aus dem Bereich des computerbasierten Sehens (Computer Vision), die Pläne zum Großteil automatisiert zusammengeführt werden können. Mit einem merkmalsbasierten Ansatz werden dafür die Zusammenhänge zwischen den einzelnen TA modelliert und diese in einer gemeinsamen Bildebene aneinander ausgerichtet. Beim Zusammenfügen zu einem Gesamtplan wird mit einer nahtbasierten Methode sichergestellt, dass die Elemente im Plan möglichst am Stück erhalten bleiben. Es wird gezeigt, wie mit innovativen Methoden die Gesamtqualität des Baubestandswerks der WSV automatisiert verbessert werden kann und diskutiert, wie weitere Techniken aus dem Bereich der Computer Vision eingesetzt werden können, um die Ergebnisse noch weiter zu verbessern.

Automatic stitching of fragmented construction plans of hydraulic structures
Inventory plans are of great importance during planning, construction and operation of hydraulic structures. Particularly for repairs or replacements, which represent a large part of the construction measures in hydraulic engineering, they contain central information on the construction of the existing structures. At the beginning of the millennium, the German Federal Waterways and Shipping Administration (WSV) therefore digitized all plans at great expense. In the digitization process, about 35,000 documents were fragmented into partial images for technical reasons, which significantly disturb their transfer and use. This work, which is a result of a R&D-project of the Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW), shows that with image stitching, a method from the field of computer vision, the plans can be stitched automatically for the most part. Using a feature-based approach, the relationships between the individual fragments are modeled and aligned in a common image plane. When merging to an overall plan, a seam-based method ensures that the elements in the plan are preserved. It is shown how innovative methods can be used to improve the overall quality of the WSV's inventory documents in an automated manner, and it is discussed how further techniques from the field of computer vision can be used to improve the results even further.

Im Zusammenhang mit der Planung von Instandhaltungsmaßnahmen an Bauwerken der Bundeswasserstraßen stellt das BAWMerkblatt “Bewertung der Tragfähigkeit bestehender Verschlüsse im Stahlwasserbau (TbVS)” ein Verfahren zur Verfügung, das anhand einer Robustheitsbewertung Informationen über die Tragsicherheit und das Tragverhalten von beschädigten Stahlwasserbauten liefert. Kennzahl der Robustheitsbewertung ist die Traglast des Tragwerks. Der Beitrag stellt den Analyseablauf vor, mit dem im Rahmen der Robustheitsbewertung die Traglast für die gängigen Tragsysteme von stählernen Wehrverschlüssen mittels numerischer Verfahren berechnet wird. Nach einer Einführung zur Notwendigkeit von Robustheitsbewertungen für die bestehenden stählernen Verschlussorgane der Bundeswasserstraßen und der Erläuterung des zugrunde liegenden Sicherheitskonzepts folgt die Beschreibung des Analyseablaufs für die numerische Ermittlung der Traglast und ihrer Plausibilisierung. Zur Quantifizierung der Robustheitsbewertung wird der Schädigungsgrad D eingeführt. Drei Beispiele an jeweils unterschiedlichen Tragsystemen verdeutlichen anschließend das schrittweise Vorgehen bei der Traglastanalyse und der Berechnung des Schädigungsgrads. Die abschließende Zusammenfassung zeigt die Bedeutung des Verfahrens für die bauwerksübergreifende Instandhaltungsplanung auf.

Ultimate load analyses in the framework of a robustness assessment of existing hydraulic steel structures
In context with the planning of maintenance measures on structures of the Federal Waterways, the publication BAWMerkblatt “Bewertung der Tragfähigkeit bestehender Verschlüsse im Stahlwasserbau (TbVS)” offers a procedure that uses a robustness assessment to provide information on the structural safety and the load-bearing behaviour of damaged hydraulic steel structures. The key figure of the robustness assessment is the ultimate load of the structure. The article presents the numerical analysis procedure within the framework of the robustness assessment that is used to calculate the ultimate load for the common structural systems of steel weir gates. After an introduction about the necessity of robustness assessments for the existing closing devices used in the German federal waterways and the explanation of the underlying safety concept, the analysis procedure for the numerical determination of the ultimate load is described. The degree of damage D is introduced to quantify the outcome of the robustness assessment. Three examples of different structural systems then illustrate the step-by-step procedure for the determination of the ultimate load and the calculation of the degree of damage. The final summary shows the importance of the procedure for maintenance planning across multiple structures.

Wasserbauwerke erfahren hohe Beanspruchungen im Wesentlichen infolge Horizontallasten aus Erd- sowie Wasserdruck. Folglich kommt dem Nachweis gegenüber “Gleiten in der Arbeitsfuge” gemäß DIN EN 1992-1-1:2011-01 bei der Bewertung der Standsicherheit v. a. unbewehrter Beton- und Mauerwerkskonstruktionen eine besondere Rolle zu. In den gültigen Berechnungsformeln hierzu bleiben jedoch, insbesondere bei der Annahme der Reibungskoeffizienten, die speziellen Verhältnisse im Verkehrswasserbau unberücksichtigt. Daher befasst sich die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) seit einigen Jahren mit der Sicherstellung versuchstechnischer Grundlagen sowie der Festlegung erforderlicher Randbedingungen zur Bestimmung belastbarer, wasserbauspezifischer Reibungsbeiwerte zum Führen statischer Sicherheitsnachweise. Gleichzeitig fokussieren gezielte Forschungstätigkeiten auf die Herleitung geeigneter Modellmäßigkeiten zur Beschreibung des realitätsnahen Scherwiderstands unbewehrter Wasserbauwerke. Der Beitrag resümiert den aktuellen Erkenntnisstand zum Schertragverhalten in Betonier- bzw. Arbeitsfugen unbewehrter Beton- sowie in Mauerwerksbauten der Bundeswasserstraßen und gibt einen Ausblick auf anvisierte Untersuchungsaspekte. Sowohl Vorgehensweise als auch erarbeitete Auswertungsmethodik der Rahmenscherversuche lassen sich auf verkehrsträger- sowie fachbereichsübergreifende Anwendungen für Neu- und Bestandsbauten sowie für Instandsetzung von Bauwerken übertragen.

Shear-friction behavior in construction joints: status quo of BAW research and first applications to concrete buildings
Hydraulic structures are subjected to high stresses mainly from horizontal loads from earth and water pressure. Consequently, the verification against “sliding in the construction joint” according to DIN EN 1992-1-1:2011-01 plays a special role in the assessment of the stability of plain concrete and masonry structures. However, currently valid constitutive laws disregard the special conditions in hydraulic engineering, specifically for assuming the coefficients of friction. For this reason, the Federal Waterways Engineering and Research Institute (Bundesanstalt für Wasserbau, BAW) has been working for the past few years on the development of experimental methods and on the definition of the necessary boundary conditions to determine reliable, dependable specific friction coefficients for hydraulic engineering constructions with the aim of performance stability structure analyses. At the same time, targeted research activities are focused on the derivation of suitable constitutive laws for the description of the realistic shear-friction resistance of plain concrete hydraulic structures. The article summarizes the current state of knowledge on the shear-friction behavior in cold and construction joints of plain concrete and masonry structures of federal waterways and gives an outlook on planned research aspects. Both the approach and the developed evaluation methodology of the shear tests can be transferred to applications for new and existing structures as well as for the repair of structures across all transport modes and disciplines.

Mit Einführung der Regelungen und Richtlinien für die Bemessung von Ingenieurbauten (BEM-Ing) speziell zur Berechnung und Bemessung von Betonbrücken (Teil 1, Abschnitt 2) wird sich der Straßenbrückenbau in Spannbetonbauweise verändern. Erstmals seit dem Jahr 1999 ist dann wieder die Anordnung interner Spannglieder in den Stegen von Kastenträgern zugelassen. Um jedoch die bei manchen Straßenbrücken beobachteten Unzulänglichkeiten zu vermeiden, die u. a. aus einer mangelhaften Verdichtung des Stegbetons herrühren, sind zukünftig schärfere Randbedingungen zum Einsatz der Stegspannglieder im Straßenbrückenbau verankert, während deren Einsatzmöglichkeiten im Bahnbrückenbau unverändert bleiben. Zudem wird ausdrücklich empfohlen, Fahrbahnplatten großer Breite mit Quervorspannung auszubilden. Zur Durchbiegungsbegrenzung quervorgespannter Fahrbahnplatten ist in der BEM-Ing die maximale Quervorspannkraft begrenzt, über die sich mit dem Dekompressionsnachweis die erforderliche Plattendicke ermitteln lässt. Der vorliegende Aufsatz gibt Hinweise zu Entwurf und Konstruktion von Spannbetonkastenbrücken nach neuer BEM-Ing und zeigt auf, welche Bauteildimensionen sich mit den neuen Regeln ergeben.

Prestressed concrete box girders with web tendons and unbonded transverse prestressing
With the introduction of regulations and guidelines for the design of civil engineering structures (BEM-Ing) especially for the calculation and design of concrete bridges (part 1, section 2), road bridge construction using prestressed concrete will change. For the first time since 1999 the arrangement of internal tendons in webs of box girders, it is permitted again. However, in order to avoid the shortcomings observed in some road bridges, which result, among other things, from a insufficient compaction of the concrete in the webs, stricter boundary conditions for the use of the bridge tendons in road bridge construction will be anchored in the future, while their possible applications in railway bridge construction will remain unchanged. In addition, it is strongly recommended to design road slabs of large width with transverse prestressing. For the deflection limitation of transversely prestressed road slabs, the maximum prestress force is limited in BEM-Ing, which can be used to determine the required plate thickness by controlling of the concrete tension stresses. This article provides hints on the design and construction of prestressed concrete box bridges according to the new BEM-Ing and shows which component dimensions result from the new rules.

In dem Beitrag werden Ergebnisse aus Finite-Elemente-Berechnungen zur kinematischen Interaktion von Einzelpfählen und Pfahlgruppen vorgestellt. Der Fokus liegt in der Ermittlung der erzielbaren Schwingungsreduktion bei einer Beanspruchung durch eine stationäre oder bewegte harmonische vertikale Punktlast. Eine bewegte konstante Last wird ebenfalls betrachtet. Der Boden in Form eines Halbraums oder einer Bodenschicht wird als lineares visko-elastisches Kontinuum abgebildet. Das FEM-Modell wird hinsichtlich Abmessungen und Diskretisierung optimiert. Die erzielbare Genauigkeit wird anhand von Vergleichen mit genauen Lösungen für das Nah- und Fernfeld beurteilt. Untersucht wird ein Frequenzbereich zwischen 20 und 40 Hz. Die Ergebnisse zur vertikalen Antwort zeigen, dass die Pfahlkopfschwingungen generell kleiner als die zugehörigen Freifeldwerte sind und dass diese Minderung bei höheren Frequenzen stärker ist. Die Verbindung der Pfähle über eine starre masselose Kopfplatte führt zu einer weiteren Reduktion des Schwingungseintrags in die Pfahlgruppe. Bei einer bewegten Last ist die Abschirmwirkung mit Ausbildung von Schattenzonen stärker, wenn die Last in minimalem Abstand vorbeifährt.

Numerical investigations on the shielding efficiency of single piles and pile groups in the wave field of a stationary or moving harmonic load
This article presents results from finite-element analyses on the kinematic interaction of single piles and pile groups. The focus lies on the assessment of the resulting transfer functions due to an excitation with a stationary or moving harmonic vertical point load. A moving constant load is also considered. The soil is modelled as a linear viscoelastic continuum, and further distinguished between a half-space and a stratum on rigid base. The finite-element model has been optimised with respect to its size and the fineness of the discretization. The achieved accuracy is assessed on the basis of comparisons with exact solutions for the near- and the far-field. A frequency range between 20 and 40 Hz is examined. The results on the vertical response show that the vibrations of the pile head are considerably smaller than those of the free-field and that this reduction is more pronounced at higher frequencies. The connection of the piles through a rigid massless cap leads to an additional reduction of the vibration level in the pile group. In the case of a moving load, the shielding efficiency, as indicated by the emanating shadow zones, becomes stronger as the load passes by at minimum distance.

Die Infrastruktursysteme der Industriestaaten erfordern heute und in Zukunft ein effizientes Management bei alternder Bausubstanz, steigenden Lasten und gleichbleibend hohem Sicherheitsniveau. Digitale Technologien bieten ein großes Potenzial zur Bewältigung der aktuellen und künftigen Herausforderungen im Infrastrukturmanagement. Im BMBF-geförderten Projekt Bewertung alternder Infrastrukturbauwerke mit digitalen Technologien (AISTEC) wird untersucht, wie unterschiedliche Technologien und deren Verknüpfung gewinnbringend eingesetzt werden können. Am Beispiel der Maintalbrücke Gemünden werden ein sensorbasiertes Bauwerksmonitoring, bildbasierte Inspektion mit durch Kameras ausgestatteten Drohnen (UAS) und die Verknüpfung digitaler Bauwerksmodelle umgesetzt. Die aufgenommenen Bilder dienen u. a. als Grundlage für spätere visuelle Anomaliedetektionen und eine 3D-Rekonstruktion, welche wiederum für die Kalibrierung und Aktualisierung digitaler Tragwerksmodelle genutzt werden. Kontinuierlich erfasste Sensordaten werden ebenfalls zur Kalibrierung und Aktualisierung der Tragwerksmodelle herangezogen. Diese Modelle werden als Grundlage für Anomaliedetektionen und perspektivisch zur Umsetzung von Konzepten der prädiktiven Instandhaltung verwendet. Belastungsfahrten und historische Daten dienen in diesem Beitrag der Validierung von kalibrierten Tragwerksmodellen.

Maintalbrücke Gemünden - integrated structural health monitoring and UAS diagnostics
Infrastructure systems of industrialised countries today and in the future require efficient management with an ageing stock, increasing loads while simultaneously maintaining a high level of safety. Digital technologies offer great potential for the current and future challenges in infrastructure management. The BMBF-funded project AISTEC is investigating how the individual technologies and their interconnection can be used beneficially. With the Maintalbrücke in Gemünden as an exemplary application, sensor-based structural monitoring, image-based inspection using unmanned aircraft systems (UAS) equipped with cameras and the integration of digital structural models are being implemented. The recorded images serve, among others, as basis for subsequent anomaly detection and a 3D reconstruction, which in turn are used for updating digital structural models. Continuously recorded sensor data is used to update the parameters of the structural models, which in turn provide the basis for predictive maintenance. Load tests are used to validate the models.

Der Zustand von Ingenieurbauwerken ist von besonderer Bedeutung für den Erhalt und sicheren Betrieb der Verkehrsinfrastruktur. Für ein wirtschaftliches Instandhaltungsmanagement ist die Kenntnis zum aktuellen Zustand eines Bauwerks daher zentral. Neben dem aktuellen Zustand ergeben sich wirtschaftliche Instandhaltungsstrategien aus der Kenntnis der zukünftigen Zustandsentwicklung eines Bauwerks. Durch eine intelligente Datenverknüpfung von Bestandsdaten kann die Entwicklung eines Bauwerks abgeschätzt und so vorausschauend Instandhaltungsmaßnahmen abgeleitet werden. Der Beitrag stellt einen Ansatz vor, wie auf Basis der Methode Building Information Modeling (BIM) und digitaler Bauwerksmodelle über die Verknüpfung mit betreiberbezogenen Bestandsdaten und Structural Health Monitoring (SHM) datenbasiert Prognosen zum Bauwerkszustand von Eisenbahnbrücken abgeleitet werden können. Hierfür werden Verfahren des Machine Learnings (ML) auf die Bestandsdaten zu den Brückenbauwerken der DB Netz AG angewendet und systembezogen ausgewertet. Durch das objektive und datengetriebene Bewertungsverfahren wird eine weitere Grundlage für belastbare Entscheidungen im Instandhaltungsmanagement gelegt.

Condition state prediction of engineering structures based on digital twins and inspection data
The condition state of engineering structures is significantly important for the maintenance and safe operation of the transport infrastructure. Knowledge of the current condition state of a structure is therefore crucial to economic maintenance management. In addition to the current condition state, economic maintenance strategies are based on knowledge of the future development of a structure's condition. The future condition development of a structure can be estimated by an intelligent data linkage of bridge data and thus maintenance measures can be derived in advance. The paper presents an approach to derive data driven predictions of the condition states of railway bridges based on Building Information Modeling (BIM) and digital building models, linked with inspection data and Structural Health Monitoring (SHM). For this purpose, Machine Learning (ML) methods are applied to the aggregated data of the bridge structures of the DB Netz AG and evaluated in an asset related manner. The objective and data driven prediction provides a further basis for reliable decisions in maintenance management.