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Schmidt, Tobias; Blaß, Hans JoachimDissipative Stahlblechverbindungen für aussteifende Wandscheiben aus BrettsperrholzBautechnik11/2017790-803Aufsätze

Abstract

Verglichen mit anderen Holzbausystemen sind Brettsperrholzelemente aufgrund ihrer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften besonders geeignet, um Einwirkungen in Scheibenebene abzutragen und damit Gebäude auszusteifen. Die Duktilität und Energiedissipation einer Tragstruktur aus Brettsperrholz ergibt sich primär aus den mechanischen Eigenschaften der Verbindungsmittel. Üblicherweise kommen stiftförmige metallische Verbindungsmittel wie Nägel, Schrauben und Klammern zum Einsatz. Die Dissipationsfähigkeit dieser Verbindungen bei zyklischer Beanspruchung nimmt bereits bei geringer Zyklenanzahl signifikant ab. Für Erdbebeneinwirkungen sind jedoch Verbindungen wünschenswert, die ähnlich wie reine Stahlverbindungen über nahezu konstante Hystereseeigenschaften verfügen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden neuartige Stahlblechverbindungen entwickelt, wissenschaftlich untersucht und Gleichungen zur Bemessung sowie konstruktive Regeln hergeleitet. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der experimentellen, numerischen und analytischen Untersuchungen vorgestellt.
Das Anordnen einer Lücke im Verbindungsnahbereich ermöglicht es, das Last-Verschiebungsverhalten der Stahlblech-Holzverbindung so zu beeinflussen, dass eine hochduktile, robuste und kostengünstige Verbindung entsteht, die stabile Hystereseeigenschaften aufweist.

Dissipative steel plate connections for CLT diaphragms
Due to their high shear strength and stiffness, cross laminated timber (CLT) members are especially suited for in-plane loads. The ductility and energy dissipation capacity of a CLT structure is mainly determined by the number and properties of the mechanical connections. Presently, the required energy dissipation capacity for earthquake loading is often achieved by metallic dowel-type fasteners loaded beyond their yield load. The load-slip curves for connections with laterally loaded dowel-type fasteners show pinched hysteresis loops under cyclic loads. Additionally, the achieved load at a certain displacement decreases under repeated loading - impairment of strength. For seismic loads, however, connections with stable load-slip behaviour and high energy dissipation under repeated loading are needed. In this contribution experimental, numerical and analytical investigations of newly developed dissipative steel plate-to-timber connections are presented.
For the dissipative shear wall joints the typical pinching and impairment of strength of hysteresis loops could nearly completely be avoided by arranging a gap between the CLT members around the steel plate fastener. Dissipative joints for shear walls using steel plate fasteners have a simple geometry and are easy to manufacture and hence constitute an economic and robust solution.

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Niederleithinger, Ernst; Katzenbach, Rolf; Klingmüller, Oswald; Hillmann, Stephan; Willmes, MichaelREFUND: Untersuchung von Bestandsgründungen für eine Entscheidung zur WiedernutzungBautechnik10/2017676-681Aufsätze

Abstract

Vor einer geplanten Weiter- oder Wiedernutzung von Bestandsgründungen stellt sich die Frage nach deren Lage, Geometrie und Zustand im Untergrund. Hierfür gibt es verschiedene Prüfverfahren. Die Abläufe bei Planung und Prüfung sind jedoch bisher nicht standardisiert und die Möglichkeiten bzw. Grenzen der Prüfverfahren den Planern wenig bekannt. Im Forschungsprojekt REFUND (2014-2016) wurden unter Berücksichtigung der aktuellen Normen und des Stands der Technik Ablaufdiagramme für die Planung der Wiedernutzung sowie die Untersuchung des Bestands entwickelt. Dies geschah getrennt für Einzel- und Streifenfundamente, Platten und Pfähle. An zwei Praxisbeispielen wurden die Abläufe getestet und optimiert. Die Ergebnisse wurden in einem Handbuch zusammengefasst. Es soll Planer und andere Verantwortliche bei der wirtschaftlich und technisch optimierten Durchführung von Wiedernutzungsprojekten unterstützen.

REFUND: Investigation of existing foundations and decision making before re-use
Before re-using existing foundations they have to be investigated for position, geometry and condition in the subsurface. The procedures and protocols haven't been standardized yet. Capabilities and limitations of appropriate testing methods are not known to all stakeholders. In the frame of the research project REFUND (2014-2016) we have developed decision trees for the planning and the investigation process, separately for single and strip foundations, slabs and piles. The protocols were tested in line with two actual projects. The results have been compiled in a handbook, which will support planners and other participants in a technical and economical optimized way to perform re-use of foundations.

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Wiggenhauser, Herbert; Niederleithinger, Ernst; Milmann, BorisZerstörungsfreie Ultraschallprüfung dicker und hochbewehrter BetonbauteileBautechnik10/2017682-688Aufsätze

Abstract

Ein Ultraschallsystem mit großer Apertur, genannt LAUS - Large Aperture UltraSound, wird vorgestellt und die technischen Eigenschaften erläutert. Es besteht aus zwölf Prüfköpfen, die beliebig auf Betonoberflächen mit Unterdruck befestigt und jeweils als Sender oder Empfänger genutzt werden. Alle möglichen Kombinationen ergeben 132 Einzelmessungen, die zur Rekonstruktion des durchschallten Volumens genutzt werden. Das System wurde an zwei Bauwerken erfolgreich erprobt. Die Dicke einer sehr stark bewehrten Fundamentplatte eines Fallturms wurde bestimmt. Die Messungen erfolgten in einem Raster auf einer Fläche von 2,0 × 1,8 m2 und die Rückseite konnte eindeutig abgebildet werden. Weitere Anzeigen aus dem Inneren der Platte zeigen das Potenzial des Systems. An einem Brückenbauwerk wurden indirekt Verdichtungsmängel lokalisiert. Dazu wurden mit dem LAUS-System die im Brückenträger verlaufenden Spannkanäle durch fast 2 m Beton abgebildet.

Nondestructive testing of thick and highly reinforced concrete structures with ultrasound
An ultrasound system with a large aperture, called LAUS - Large Aperture UltraSound, is presented and the technical characteristics are explained. It consists of twelve sensor units which can be attached independently on concrete surfaces with vacuum and which are used as transmitters or receivers respectively. All possible combinations result in 132 individual measurements which are used to reconstruct the insonificated volume. The system has been successfully tested on two structures. The thickness of a very heavily reinforced foundation slab of a drop tower was determined. The measurements were carried out in a grid on a surface of 2.0 × 1.8 m2 and the back side could be clearly imaged. Further indications from inside the foundation show the potential of the system. Voids in concrete were indirectly located in a bridge structure. For this purpose, the LAUS system was used to image the tendon ducts running in the bridge beam through almost 2 m of concrete.

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Schuler, Frank; Breit, Wolfgang; Schnell, Jürgen; Schladitz, KatjaComputertomografie - den Fasern auf der Spur - Untersuchungen zum Faktor zur Berücksichtigung der Faserorientierung nach DAfStb-Richtlinie "Stahlfaserbeton" am Beispiel von TunneltübbingsBautechnik10/2017689-694Aufsätze

Abstract

Die bildanalytische Auswertung von 3-D-Computertomografieaufnahmen ermöglicht es, die Orientierung, Verteilung und Menge von Fasern in einem zu untersuchenden Betonkörper zu bestimmen.
Der folgende Bericht befasst sich mit der praktischen Anwendung dieses neuartigen Verfahrens zur Lösung typischer Fragestellungen des Bauingenieurwesens.
Die Analyse von aus Tunneltübbings entnommenen Bohrkernen zur Untersuchung des Einflusses der Herstellart auf die Orientierung und räumliche Verteilung der Fasern zeigt beispielhaft die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens. Der Fokus der durchgeführten Arbeiten lag hierbei auf der Festlegung des anzusetzenden Faktors zur Berücksichtigung der Faserorientierung nach DAfStb-Richtlinie “Stahlfaserbeton”.

Computed tomography - tracking the fibres
An analytical method based on the image analysis of 3D-computed tomography makes it possible to determine orientation, distribution and quantity of fibers within the concrete specimen, which has to be examined. The following review focus on the practical application of this new method to answer typical questions within construction engineering.
The analysis of drill cores extracted from tunnel segments to examine the influence of production method on the orientation of fibers and their spatial distribution is only one example for the applicability of this method. In this case, the focus of the accomplished work was on the determination of the factor to consider the fiber orientation according to the DAfStb-guideline “Stahlfaserbeton” (steelfibre reinforced concrete).

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Wang, Dawei; Liu, Pengfei; Otto, Frédéric; Oeser, Markus; Balck, HenningZerstörungsfreie Bewertung der strukturellen Substanz der Asphaltbefestigung mit GeofonenBautechnik10/2017697-709Aufsätze

Abstract

Die aktuell in Deutschland genutzten Verfahren zur Beurteilung der Substanz basieren vorwiegend auf der Analyse des Zustands der Oberfläche. Die Zielsetzung des vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur beauftragten Forschungsprojekts “In-Motion” aus dem nationalen Innovationsprogramm Straße bestand darin, mithilfe verschiedener zerstörungsfreier Verfahren die strukturelle Substanz von Asphaltbefestigungen zu erfassen und zu bewerten. Dieser Ansatz wurde auf der Modellstraße der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) validiert; auf dem Versuchsfeld der Modellstraße wurden zyklische Belastungen mit dem sog. Mobile Load Simulator (MLS10) zur Simulation von Strukturschädigungen in der Fahrbahn aufgebracht.
Durch eine systematische Analyse von Deflektionsmessungen bei bewegter Belastung wurden Rückschlüsse auf das Tragverhalten der Asphaltbefestigungen gezogen. Dabei wurden aus den gemessenen Deflektionen physikalisch begründete Struktur- und Materialparameter rechnerisch abgeleitet. Die Rückrechnung erfolgte mithilfe der Methode der finiten Elemente, wobei insbesondere auf eine realitätsnahe Abbildung des jeweiligen Belastungszustands durch bewegte Lasten geachtet wurde. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wurde ein eigenständiges Modul erarbeitet, welches als Grundlage für eine konzeptionelle Erweiterung bestehender Pavement-Managementsysteme hin zu einer realistischeren Berücksichtigung der Substanzwerte von flexiblen Befestigungen dienen kann.

Non-destructive evaluation of the structural state of asphalt pavements with geophones
Currently in Germany, methods used to assess the state of pavement bearing capacity rely solely on observations made at the surface. However, the bearing capacity of the pavements is influenced by the pavement structure and material properties, which means the current assessment is not comprehensive. The objective of this research project “In-Motion”, which is from the national road innovation program commissioned by the Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure, is to determine and evaluate the structural state of asphalt pavements by means of different kinds of non-invasive and non-destructive methods. The approach was validated on the full scale pavement test facilities at the German Federal Highway Research Institute (BASt); on the test section, cyclic loads were applied by the Mobile Load Simulator (MLS10) to simulate structural damage processes of asphalt pavements.
A systematic analysis of deflection measurements conducted with a moving load was used to draw conclusions about the bearing capacity of the asphalt pavement. The measured deflections were used to derive mechanically accurate structural material parameters. The back-calculation was carried out with the aid of the finite element method, whereby a realistic depiction of the respective load condition by moving loads was considered. The obtained results were used to develop an independent module which may serve as a conceptual enhancement for existing Pavement-Management-Systems due to a more realistic inclusion of in-situ characteristics of flexible pavements.

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Rodenhausen, Moritz; Obradovic, DraganStrukturdämpfung von Hybrid-Türmen für WindenergieanlagenBautechnik10/2017710-716Aufsätze

Abstract

Windenergieanlagen werden in Deutschland mit immer größeren Türmen installiert. Die Anforderungen an die strukturelle Auslegung werden ebenfalls immer größer - insbesondere weil wirtschaftliche Aspekte im Fokus stehen. Da Windenergieanlagen zunehmend mit variabler Drehzahl betrieben werden, besteht bei der Auslegung der Türme ein großes Interesse, Lasterhöhungen durch Resonanzen zu vermeiden. Dieser Artikel erörtert den Einfluss der strukturellen Dämpfung auf die mechanischen Lasten von Hybrid-Türmen. Ein Vorschlag für eine vereinfachte Methode zur Berechnung der strukturellen Dämpfung von Hybrid-Türmen wird gemacht, welche durch verschiedene Messmethoden validiert wurde.

Damping of wind turbines
The hub heights of wind turbines in Germany have significantly increased over the years. The requirements for these towers are also increasing - especially due to the high focus on costs. Since turbines are increasingly installed with variable rotor speeds, there is a high incentive to avoid potential resonance issues. This article investigates the influence of the structural damping on the mechanical loads on high hybrid-towers. A new method to estimate the structural damping is proposed, which has been validated by means of a full-scale measurement campaign.

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Boller, Christian; Fox, Christian; Starke, Peter; Wu, Haoran; Doktor, Markus; Kurz, WolfgangZustandserfassung von Stahlbauwerken mithilfe akustischer und elektromagnetischer Verfahren der ZfPBautechnik10/2017717-725Aufsätze

Abstract

In dem Beitrag wird dargestellt, wie man mit Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) Baustähle hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften wie auch ihres Schädigungsgrads im anrissfreien Stadium charakterisieren kann. Bei den angewandten ZfP-Verfahren handelt es sich um den Ultraschall und die Elektromagnetik. Mit der Elektromagnetik lassen sich Baustähle hinsichtlich ihrer Festigkeitsklassen unterscheiden, während mit Ultraschall mechanische Spannungen ermittelt werden, die wiederum als Basis für die Rückrechnung von Schnittgrößen herangezogen werden können. Das vorgestellte Verfahren SteBLife ermöglicht mit nur einer einzigen Werkstoffprobe die Ermittlung einer kompletten Werkstoffwöhlerlinie und unter Anwendung der ZfP-Verfahren sogar den kompletten nichtlinearen Schadensakkumulationsprozess. Statistische Verfahren runden den Prozess der Evaluierung ab. Die vorgestellten Verfahren bilden die Basis für einen Paradigmensprung im Management alternder Stahlinfrastruktur.

Health monitoring of steel structures based on acoustic and electromagnetic methods of NDT
This article describes on how to determine mechanical properties of structural steels as well as their damage condition in a pre-cracked stage using non-destructive testing (NDT) techniques. The NDT techniques considered include ultrasonics and electromagnetism. Electromagnetism allows structural steels to be differentiated regarding their yield strength while ultrasonics allows stresses to be determined which can then be taken as a basis to get acting forces determined. The SteBLife procedure being presented allows a complete S-N curve to be determined with a single specimen only and when considering NDT techniques even the complete non-linear damage accumulation process can be described. Statistical procedures do complement the evaluation process. The procedures presented do build a basis for a paradigm change in the management of ageing steel infrastructure.

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Carow, Christian; Rackwitz, Frank; Savidis, StavrosÜber ein elastoplastisches Stoffgesetz für zyklisch beanspruchten SandBautechnik9/2017604-612Aufsätze

Abstract

Die numerische Simulation aktueller Problemstellungen in der Geotechnik erfordert Stoffgesetze, die das Spannungs-Dehnungsverhalten von Sand realitätsnah beschreiben. In Bezug auf monotone Lasten sind mit bestehenden Modellierungsansätzen bereits sehr gute Ergebnisse zu erzielen. Das Materialverhalten bei zyklischer Beanspruchung ist jedoch außerordentlich komplex. Selbst die derzeit leistungsfähigsten Stoffgesetze können nur einzelne Aspekte abbilden. Daher ist weitere Forschungsarbeit dringend erforderlich.
Vor diesem Hintergrund stellt der Beitrag ein Stoffgesetz für Sand vor, das auf der Grenzflächenplastizität sowie dem Konzept kritischer Zustände basiert. Es kann das Verhalten des Bodens für komplexe zyklische Belastungspfade über eine breite Spanne von Dichte- und Spannungszuständen mit einem einzigen Parametersatz abbilden. Die Funktionsweise des Stoffgesetzes wird im Beitrag konzeptionell dargestellt. Die Ergebnisse der numerischen Simulation zyklischer undränierter Triaxialversuche werden den Ergebnissen entsprechender Laborversuche gegenübergestellt. Der Vergleich liefert eine gute Übereinstimmung. Die Eignung des Stoffgesetzes für den Einsatz in komplexen numerischen Simulationen wird anhand eines Berechnungsbeispiels gezeigt. Hierfür wurde ein Staudamm gewählt, der durch einen Erdbebenzeitverlauf an der Basis angeregt wird. Abschließend werden im Beitrag Ansätze zur Weiterentwicklung des Stoffgesetzes aufgezeigt.

Modeling the behavior of cyclically loaded sands by means of a bounding surface plasticity model
Thanks to contemporary information processing technology it is possible to numerically solve complicated geotechnical boundary value problems that involve cyclic loading. In order to obtain reliable and realistic simulation results one has to utilize an efficient and powerful constitutive model for the soil. Vast amounts of such models have been developed during the past five decades. Nevertheless, a sufficiently comprehensive model is still missing, especially with regard to sands.
This article aims at presenting a model for sands which currently seems to be one of the most promising. The model is based on the principles of bounding surface plasticity and critical state soil mechanics. With a single set of material constants, the model is able to reproduce the stress strain behavior of sands over a broad range of stresses and densities for monotonic as well as for cyclic loading paths. The article depicts the modeling approach in detail. The capabilities of the model are illustrated by simulating cyclic laboratory tests and the response of a reservoir dam to earthquake loading. After that the models shortcomings are analyzed and further developments are being discussed.

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Schmüdderich, Christoph; Gußmann, Peter; König, Diethard; Schanz, TomVergleichende Untersuchungen zum räumlichen Erdwiderstand mit der Kinematischen-Elemente-MethodeBautechnik9/2017613-623Aufsätze

Abstract

Die Bestimmung des Erdwiderstands gehört zu den grundlegenden Aufgaben in der Geotechnik und ist allgemein als ein Traglastproblem zu behandeln. Mithilfe der Kinematischen-Elemente-Methode (KEM), welche eine geeignete Methode darstellt, um Tragfähigkeiten und Standsicherheiten im Grenzzustand zu berechnen, wird im vorliegenden Beitrag das Problem des räumlichen Erdwiderstands untersucht und eine umfangreiche Parameterstudie durchgeführt. Aus den Ergebnissen werden für variable Reibungswinkel, Wandreibungswinkel sowie Seitenverhältnisse die räumlichen Erdwiderstandsbeiwerte für den Anteil aus Bodeneigengewicht abgeleitet und in Form von Tabellen und Diagrammen präsentiert. Es zeigt sich, dass auch im räumlichen Fall durch Verfeinerung existierender KEM-Mechanismen Bruchzustände genauer abgebildet und geringere Erdwiderstandsbeiwerte bestimmt werden können. Der Vergleich mit kinematischen Ansätzen aus der Literatur sowie der deutschen Norm ergibt, dass mit der KEM gute Abschätzungen des räumlichen Erdwiderstands möglich sind.

Comparative investigations on spatial passive earth pressure by the kinematic element method
The determination of earth pressures belongs to the fundamental tasks in geotechnical engineering and is generally treated as a load capacity problem. Using the Kinematic Element Method (KEM), which is an appropriate method for the prediction of limit states, the spatial passive earth pressure is examined. From the results the earth pressure coefficients are determined for variable friction angles, wall friction angles as well as wall geometries. These coefficients are presented in tables and diagrams. Comparing the KEM results to other kinematic approaches as well as the German standard, it turns out that good estimation of the spatial passive earth pressure is possible already with simple mechanisms. Further refinement may additionally improve the quality of the results.

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Klein, Linus; Moormann, ChristianBeitrag zur Abbildung von Schlitzwänden in räumlichen Finite-Elemente-BerechnungenBautechnik8/2017559-578Aufsätze

Abstract

Bei der Herstellung wasserdruckhaltender Baugruben sowie zur Gewährleistung geringer aushubbedingter Verformungen angrenzender baulicher Anlagen werden häufig Schlitzwände eingesetzt. Im Zuge der Durchführung numerischer Berechnungen mit räumlichen Finite-Elemente-Modellen zur Untersuchung des Verformungsverhaltens der Baugrube und der Verformungsauswirkungen auf Bauwerke im Umfeld stellt sich die Frage, welchen Einfluss die Schlitzwandfugen auf das Trag- und Verformungsverhalten der Baugrube haben. Basierend auf einer Betrachtung der zur Ausführung kommenden Fugensysteme sowie der bestehenden Ansätze zur Berücksichtigung der Schlitzwandfugen werden in dem Beitrag die Ergebnisse einer numerischen Parameterstudie, in deren Rahmen unterschiedliche Modellierungsansätze für die Schlitzwandfugen bei Verwendung von Volumen- und Schalenelementen zur Abbildung der Verbauwände betrachtet werden, vorgestellt. Dabei wird der Einfluss der Schlitzwandfugen auf die Horizontalverformungen und Biegemomentenbeanspruchung der Verbauwände, die Setzungen der Geländeoberfläche sowie die Verteilung des entlang der Verbauwände einwirkenden Erddrucks untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schlitzwandfugen einen gewissen, jedoch geringfügigen Einfluss auf die auftretenden Verformungen von Verbauwand und Geländeoberfläche haben. Auch die Verteilung des einwirkenden Erddrucks entlang der Verbauwand sowie deren Biegebeanspruchung werden nicht maßgeblich beeinflusst. Unter Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse wird ein Vorschlag zur einfachen Berücksichtigung des Einflusses von Schlitzwandfugen bei der Durchführung von numerischen Verformungsberechnungen unter Einsatz von Schalenelementen entwickelt.

Contribution to the modeling of diaphragm walls in spatial finite element calculations
In the construction of deep, watertight excavation pits ensuring small excavation-induced deformations of adjacent structures, diaphragm walls are often used. Nowadays numerical calculations with 3D finite element models are used for evaluating the deformation behavior of the excavation pit and the deformation effects on buildings in the surrounding area. In case of diaphragm walls the question arises, which influences on the bearing and deformation behavior of the retaining walls result from the joints between the diaphragm wall panels. Initially different temporary and permanent systems for the execution of the joints as well as the existing approaches for their consideration in 3D numerical simulations are shown. Subsequently a numerical parameter study with various modeling approaches for the joints in the diaphragm walls when using volume and shell elements for the discretization of the retaining walls is presented. The scope of investigation includes the horizontal deformations and the bending stresses of the retaining walls, the settlements of the ground surface as well as the distribution of the earth pressure acting along the retaining walls. The results show that the joints between the diaphragm wall panels have a certain, but slight influence on the deformations of the retaining wall and the surrounding ground surface. Also, the distribution of the earth pressure along the side walls as well as the bending stresses are not significantly influenced. For deformation calculations using shell elements a proposal for the simple consideration of the influence of joints between diaphragm wall panels is developed.

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Seeger, Julia; Horn, Sebastian; Weller, BernhardEntwicklung eines temperaturregulierenden Fotovoltaik-Fassadenpaneels mit PCM - Ein Beitrag zu gebäudeintegrierter PV in Pfosten-Riegel-FassadenBautechnik8/2017579-587Aufsätze

Abstract

Opake Fassadenbereiche besitzen ein großes Potenzial zur Energieerzeugung durch den Einsatz von Fotovoltaik (PV). Die Leistung der Module sinkt mit zunehmender Temperatur der PV-Zellen, wodurch sich die Verwendung im Fassadenbereich bisher hauptsächlich auf Kaltfassaden beschränkt hat, da hier die Hinterlüftung zur Kühlung der PV-Module beiträgt. Im Unterschied zu Kaltfassaden erfolgt bei standardmäßigen Pfosten-Riegel-Fassaden (Warmfassaden) keine Hinterlüftung. Um auch hier den Einsatz von PV-Modulen zu realisieren und gleichzeitig den temperaturbedingten Leistungsabfall zu minimieren, sollen die PV-Module mit rückseitig angebrachten Latentwärmespeichern (PCM) kombiniert werden. Erreicht die Temperatur in der Fassade den festgelegten Schmelzpunkt des gewählten PCM, erfolgt ein Phasenübergang von fest zu flüssig. Dabei absorbiert das Material thermische Energie und entzieht sie auf diese Weise dem PV-Modul, sodass ein Temperaturanstieg abgepuffert wird. Nachts wird die im PCM latent gespeicherte Wärmeenergie wieder an die Umgebung abgegeben.

Development of a temperature-regulating photovoltaic façade panel with phase change material - a contribution to building-integrated PV in mullion and transom façades
Opaque façade areas show great potential for generating energy by using photovoltaic (PV) modules. Their use in the façade sector has so far been limited mainly to cold fronts because the performance of these modules drops with increasing temperature of the PV cells. In contrast to cold fronts, rear ventilation in order to cool the modules is not possible in standard mullion and transom façades. To ensure low module temperatures and thus a high performance, the PV modules are combined with rear-mounted phase change materials (PCM). When the temperature in the façade reaches the defined melting point of the selected PCM, it results in a phase transition from solid to liquid. The material absorbs thermal energy from the PV module and the temperature increase of the module can be buffered. At night, the thermal energy which is latently stored in the PCM is released back into the ambient air.

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Wagner, Rosemarie; Heinlein, KaiUntersuchungen von ebenen und gering vorgespannten Membranen unter WindBautechnik8/2017588-596Aufsätze

Abstract

Zelthallen werden vorwiegend für temporäre Nutzungen verwendet und bestehen aus einer Unterkonstruktion, die mit Membranen aus beschichtetem Gewebe bespannt wird. Die Membranen dieser Hallen besitzen entgegen den klassischen Vorstellungen des textilen Bauens keine Krümmung, sondern sind eben. Zum Verhalten von ebenen und gering vorgespannten Membranen unter Windlasten fehlen bis heute Grundlagen, die über die Bestimmung der einachsigen Zugfestigkeit hinausgehen. Von diesen Grundlagen sind im Folgenden die Versuchsergebnisse zur Abhängigkeit der Dehnungen von der Belastungsgeschwindigkeit für ein PVC-beschichtetes Polyestergewebe zusammengestellt. Über das werkstoffbezogene Dämpfungsverhalten der beschichteten Gewebe, welches in Zelthallen eingesetzt wird, ist wenig bekannt. In einem Versuch, welcher möglichst realistisch das Einwirken einer Windböe auf die Membranen abbildet, ist das Schwingungsverhalten untersucht und in den wesentlichen Erkenntnissen zusammengefasst worden.

Experimental analysis of flat and less tensioned membranes under windload
Shelters are mainly used for temporary purpose and are made of a rigid aluminium, steel or wooden structure, covered by a coated fabric. The membranes are missing any curvature which is against the way of applying membranes to carry snow and wind loads. Till today only little information is available to describe the behaviour of flat and less tensioned membranes under wind. The material behaviour is reduced to the uniaxial tensile strength of the fabric, seams and clamping and in some cases the biaxial stress-strain-behaviour. One of the less known parameter is for example the influence the loading speed acting onto the membrane. The results of tests describing the influence of the loading speed to the strain behaviour are given for a PVC coated fabric. Another unknown parameter is the damping behaviour of the coated fabric used in shelters. Presented is a test set up to represent the realistic impact of a wind gust onto the membrane. The oscillations are measured by a laser sensor and the results of the test are summarized in the presented paper.

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Proske, DirkVergleich der Versagenswahrscheinlichkeit und der Versagenshäufigkeit von BrückenBautechnik7/2017419-429Aufsätze

Abstract

In diesem Artikel werden Versagenshäufigkeiten von Brücken mit den Zielversagenswahrscheinlichkeiten moderner Normen verglichen. Die Bestimmung der Versagenshäufigkeiten basiert im Sinne einer Metaanalyse auf verschiedenen Veröffentlichungen, die sowohl verschiedene Bezugszeiten als auch verschiedene Regionen umfassen. Außerdem werden die Zielversagenswahrscheinlichkeiten für neue und bestehende Bauwerke kurz diskutiert. Der Vergleich der Werte zeigt eine relativ gute Übereinstimmung.

Comparison of probability of failure and collapse frequency of bridges
This paper compares the collapse frequency of bridges with the goal values of the probability of failure according to modern codes of practice. The estimation of the collapse frequency is based on the review of existing publications related to different regions and different times in terms of a meta-analysis. Furthermore goal values of the probability of failure for new and existing structures are discussed in short. The comparison reveals a good agreement between the goal values and the observed values.

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Hahn, Sarah-K.; Rost, Michael; Kusche, Christian; Knaust, Christian; Krause, UlrichDokumentation der Entwicklung des m-Faktors und neuer Aspekt der VerbrennungseffizienzBautechnik6/2017337-343Aufsätze

Abstract

Vor dem Hintergrund der Zurückziehung der DIN 18230 Teil 2 zur Bestimmung des m-Faktors von Materialien für die Brandlastbewertung im Industriebau müssen neue Wege gefunden werden, wie das Abbrandverhalten alternativ quantifiziert werden kann. Der Beitrag fasst die Entstehung und die Entwicklung der Bestimmungsweise von Abbrandfaktoren zusammen und gibt Ausblick auf eine neue Möglichkeit zur Bewertung von Brandlasten, die Verbrennungseffizienz.

Structural fire protection in industrial buildings - development of the m-factor and new aspect of the combustion efficiency
In consequence of the withdrawal of DIN 18230 part 2 describing the determination of m-factors for the weighting of fire loads in industrial buildings, alternatives must be found to quantify the combustion behavior of materials. The contribution describes the development of the m-factor and refers to another possibility for rating fire loads, the combustion efficiency.

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Schubert, Stefanie; Krause, UlrichNumerische Untersuchung zur Rauchgasströmung in energieeffizienten Gebäuden mit kontrollierter WohnraumlüftungBautechnik6/2017344-349Aufsätze

Abstract

Der vorliegende Beitrag ist ein Auszug aus einer CFD-basierten Studie zum Einfluss der Lüftungstechnik auf die Rauchausbreitung und Brandentwicklung in einem energieeffizienten Gebäude. Es wurde ein Brand im Hauswirtschaftsraum eines Einfamilienhauses simuliert. Die Brandsimulationen wurden mit dem Programm Ansys CFX Version 14.5 berechnet. Das Programm wurde durch das Fractional-Effective-Dose-Modell (FED) zur Beurteilung der Personensicherheit und ein Modell zur Brandausbreitung ergänzt. Die Luftzufuhr in dem Gebäude erfolgt über ein kombiniertes Zu- und Abluftsystem. Es wird der Druckgradient gezeigt, der sich zwischen dem Brandraum und dem angrenzenden Raum einstellt. Der zeitliche Verlauf von Gaskonzentrationen und Temperaturen im Brandraum wird vorgestellt. Mithilfe des FED-Modells werden Aussagen zur Personensicherheit und Fluchtfähigkeit getroffen. Die Ausbreitung des Brandrauchs wird anhand eines Volumenrenderings gezeigt.

Numerical analysis of smoke migration in an energy-efficient building with controlled room ventilation
The present paper is an extract from a CFD-based study on the influence of ventilation installations on smoke spreading in an energy-efficient building. For the numerical investigation a fire in a utility room in an one-family house was selected. To model the fire the CFX code Ansys CFX 14.5 was used. The software had to be modified for the application by implementing the FED model for assessing personal safety and by implementing a fire spread model. The air supply is ensured with a combined exhaust and supply ventilation system. Results for pressure gradients between the room of fire origin and the adjacent corridor are presented. With the FED model, conclusions are drawn about personal security and the ability to escape. In addition the smoke distribution is shown.

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Zehfuß, Jochen; Siemon, MatthiasExperimentelle Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten brandbeanspruchter TunnelschalenBautechnik6/2017350-360Aufsätze

Abstract

Ereignisse wie der Brand im Eurotunnel, bei dem über eine Länge von 500 m Betonabplatzungen von bis zu 30 cm Tiefe auftraten, resultierten in der Einführung unterschiedlicher Anforderungen, um das Abplatzen sowohl in Bezug auf die Abplatztiefe als auch die betroffene Fläche auf ein verträgliches Maß zu begrenzen. Im Vergleich zu Bränden im Hochbau ist bei Tunnelbränden mit hohen Aufheizraten der brandbeanspruchten Bauteile zu rechnen. Aus diesem Grund kommt bei der versuchstechnischen Bewertung von Tunnelbauteilen für Eisenbahntunnel in Deutschland die sogenannte EBA-Tunnelbrandkurve zum Einsatz, die anhand von Großversuchen an Eisenbahnwaggons abgeleitet wurde.
Das Tragverhalten von Tunnelbauteilen unter Brandbeanspruchung wurde in den vergangenen Jahren im Rahmen verschiedener Forschungsvorhaben untersucht. Die in diesem Beitrag vorgestellten Ergebnisse basieren auf einem von der Deutschen Bahn beauftragten Vorhaben zur Untersuchung und Überprüfung von zwei Betonrezepturen sowie dem Nachweis der Standsicherheit der Tunnelinnenschale im Brandfall mithilfe von Großversuchen. Für diese Versuche wurden maßstabsgetreue Tunnelsegmente abgeleitet, die hinsichtlich ihrer Abmessungen, Konstruktion und Bewehrungsführung der maßgebenden Stelle eines real existierenden Eisenbahntunnels entsprachen.
Vor dem Start der Beflammung wurden die Probekörper mithilfe von horizontal und vertikal angeordneten hydraulischen Pressen belastet. Die Prüfkräfte wurden in Vorberechnungen bestimmt und berücksichtigen die gebettete Lagerung der Tunnelinnenschale, den Boden- und Wasserdruck, das Eigengewicht sowie die thermisch induzierten Zwangkräfte aufgrund Brandbeanspruchung. Um weitere Zwangkräfte während des Versuchs zu verhindern, wurde der Probekörper statisch bestimmt gelagert und die Versuchslasten kraftgesteuert eingeleitet.

Experimental study regarding the load and displacement behavior of fire exposed tunnel elements
Incidents like the fire in the Channel Tunnel, where concrete spalling with a depth of 30 cm over a length of 500 m was determined, have led to requirements in limiting the spalling depth and involved zone to local and compatible magnitudes. To account for the high heating rate of tunnel fires, the fire resistance of railway tunnel structures was investigated using the German EBA tunnel fire curve, which was derived from large scale fire tests on railway cars.
The behavior of structural tunnel elements exposed to fire and mechanical loads have been investigated in several research programs during the last years. In this paper, the results of an extensive research program investigating the fire behavior of two concrete mixtures four small- and two large-scale tests are presented. The small-scale tests prior to the main tests were conducted to determine an appropriate concrete mixture for the large-scale tests. For those tests, real-scale tunnel segments representing a design-relevant sector of an existing railway tunnel were used.
During the large-scale tests, the tunnel segment is loaded with horizontal and vertical loads derived from a calculation taking into account the ground pressure, water pressure and dead loads corresponding to the situation of the existing railway tunnel. Additionally, the resulting restraint forces were calculated using the soil stiffness and the EBA tunnel fire curve as fire scenario and induced via hydraulic jacks (force controlled). In order to avoid additional restraint forces during the experiment, thermal strains due to fire exposure were allowed by the statically determined boundary conditions.

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Steeger, Felix; Küppers, Judith; Brunkhorst, SvenSchwel- und Brandverhalten von Wärmedämmverbundsystemen aus HolzfaserdämmplattenBautechnik6/2017361-367Aufsätze

Abstract

Die deutsche Musterbauordnung fordert in Bezug auf Außenwandbekleidungen für die Gebäudeklassen 4 und 5, dass diese einschließlich der Dämmstoffe schwer entflammbar sein müssen. Derzeitig auf dem Markt verfügbare Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen sind überwiegend als normal entflammbar klassifiziert. Ihr Brandverhalten kann durch die Verwendung von Flammschutzmitteln zwar verbessert werden, allerdings bestehen aufgrund der weiterhin vorhandenen Schwel- bzw. Glimmneigung bauordnungsrechtlich große Hürden. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wird das Schwel- bzw. Glimmverhalten von Holzfaserdämmplatten zur Verwendung in Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) untersucht. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Gesamtsystems, das die brandschutztechnischen Anforderungen an Fassaden für die Gebäudeklassen 4 und 5 erfüllt. Dafür wurden die Bedingungen zur Auslösung von Schwel- bzw. Glimmprozessen sowie der Verlauf dieser Zersetzungsprozesse in Abhängigkeit von den Materialparametern des Holzfaserdämmstoffs und unter der Verwendung von Flammschutzmitteln untersucht. Die brandschutztechnischen Schutzziele konnten dabei nicht allein durch Optimierungen der Materialeigenschaften erreicht werden. Parallel wurden verschiedene Putzsystemvarianten auf ihre thermische Schutzwirkung hin untersucht, mit dem Ziel, die Entstehung von Schwelprozessen im WDVS zu verhindern. Ein weiterer Untersuchungsschwerpunkt war die Begrenzung bereits ausgelöster, kontinuierlich fortlaufender Schwelprozesse im WDVS durch bauliche Maßnahmen. In einem ersten Versuch am Fassadenprüfstand, mit einem großzügig dimensionierten Putzsystem, konnte das Auslösen von Schwelprozessen verhindert werden. Im Rahmen des laufenden Forschungsvorhabens sind weitere Versuche am Fassadenprüfstand, Schutzziel- und Risikobetrachtungen sowie ergänzende Untersuchungen zum Löschverhalten von Holzfaserdämmplatten und zu konstruktiven Details des WDVS vorgesehen.

Smoulding and fire behaviour of external thermal insulation component systems with wood fibreboards
The German model building code stipulates that insulation materials of external thermal insulation component systems (ETICS) in building-classes 4 and 5 (multi-storey buildings) must be flame retardant. The fire behaviour of renewable materials can be enhanced by the use of flame-retardants, but they still do not comply with the requirements of ETICS for multi-storey buildings because of their tendency to smoulder. In the scope of this research project, the fire and smouldering behaviour of wood fibreboards were examined in order to develop an ETICS for multi-storey buildings. For this purpose, the material parameters of the wood fibreboards and the use of alternative flame-retardants were taken into consideration, but the smouldering behaviour could not be reduced to acceptable levels. Furthermore, the use of various plaster systems as protective measure were investigated. Another focal point was the ability to limit established and continuous smouldering processes by means of constructional measures. In an initial real-scale test with wood fibreboard ETICS a thick layer plaster system was used to prevent the start of smouldering processes. In addition to the current investigations, there will be further real-scale tests, safety and risk analyses, research to the firefighting of wood fibreboards and constructive details of the ETICS.

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Hettler, Achim; Hegert, HarrietBaugruben: Ermittlung des Bettungsmoduls auf der Grundlage von MobilisierungsfunktionenBautechnik5/2017239-249Aufsätze

Abstract

Brand et al. [1-3] stellen in umfangreichen Untersuchungen große Abweichungen zwischen gemessenen und nach EB 102 auf der Grundlage von Mobilisierungsfunktionen ermittelten Verformungen fest. Aufgrund der unklaren Sachlage wurde der betreffende Absatz der 4. Auflage in der 5. Auflage der EAB gestrichen. Hegert nimmt in [4] diese Fragestellung auf. Im Folgenden wird über die Ergebnisse berichtet. Es wird gezeigt, dass systematische Fehler bei den unter idealisierten Bedingungen abgeleiteten Mobilisierungsfunktionen oder beim Ansatz des Ausgangsspannungszustands nach Weißenbach und Gollub [5] bzw. EAB [6] ausgeschlossen werden können.
Eine erhebliche Verbesserung der Prognose des Bettungsverhaltens lässt sich durch Ansatz eines wirklichkeitsnahen Reibungswinkels im Sinne eines Mittelwerts anstelle eines unteren charakteristischen Werts erreichen. Verwendet man den Vorschlag von Besler [7], lässt sich die Steifigkeit durch Einführung eines Korrekturfaktors unter Beibehaltung der in der Praxis üblichen abgeminderten Reibungswinkel erhöhen, und es sind nicht getrennte Nachweise für den Grenzzustand der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit erforderlich.

Excavation walls: determination of the subgrade reaction modulus depending on mobilization functions
Brand et al. [1-3] show in extensive studies, that there is a big disagreement between measured and calculated wall movements based on mobilization functions recommended in EB 102. In consequence the respective section in the 4th edition was canceled in the 5th edition of the EAB. Hegert approaches this problem in [4]. The following article reports on the results. It is shown, that systematical errors in the mobilization functions, which are developed under idealized conditions, or the approach of the initial stress condition by Weißenbach and Gollub [5] or EAB [6] can be excluded.
A significant correction of the simulation of the subgrade reaction can be reached by the use of a realistic friction angle in the sense of a mean value instead of a lower characteristic limit. Using Besler's approach [7], the stiffness can be increased by the introduction of a correction factor at the same time maintaining the reduced friction angle, which is normally taken into account in practice. Therefore it is not necessary to investigate separately the ultimate and the serviceability limit state.

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Kurrer, Karl-Eugen; Lorenz, WernerBautechnikgeschichte in DeutschlandBautechnik5/2017274-294Aufsätze

Abstract

In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat Bautechnikgeschichte in der deutschen wie in der internationalen Wissenschaftslandschaft auf vielen Ebenen an Gewicht und Prägnanz gewonnen, in Lehre und Forschung ebenso wie in Publikationen, Tagungen und Vortragsreihen. 2004 war ein erster Statusbericht “Construction History in Europe” erschienen, zu dem Karl-Eugen Kurrer einen Überblick zum Stand und zu den Perspektiven der Bautechnikgeschichte in Deutschland, Österreich und der Schweiz beigetragen hatte. Im Folgenden wird über die disziplinäre Ausdifferenzierung, die institutionelle und personale Verankerung sowie die Forschungsnetzwerke der Bautechnikgeschichte in Deutschland berichtet, die sich seitdem weiterentwickelt haben. Es zeigt sich, dass die Bautechnikgeschichte in ihrer disziplinären Genese zwischenzeitlich die Konstituierungsphase hinter sich gelassen hat und bereits in die Etablierungsphase eingetreten ist.

Construction history in Germany
Over the past two decades, the history of construction has gained importance and become more focused among German and international scientific communities. And on many levels - in teaching, research, publications, conferences and lectures series. The first status report, Construction History in Europe, appeared in 2004. Karl-Eugen Kurrer wrote an overview of construction history in Germany, Austria and Switzerland for that report and described the outlook for the subject in those countries. The following article shows how the disciplinary differentiation, the institutions and persons involved and the construction history research networks in Germany have continued to evolve since that first report. It is clear that the emergence of disciplines in the history of construction has in the meantime left behind its constitution phase and has already entered its establishment phase.

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Gebbeken, NorbertUrbane Sicherheit bei Explosionen - Schutz durch BepflanzungBautechnik5/2017295-306Aufsätze

Abstract

Die Absicherung urbaner Räume vor terroristischen Gefahren erfordert neue Lösungen des baulichen Schutzes, die nicht als solche wahrgenommen werden. Dazu gehören Elemente der Stadtmöblierung und der Landschaftsarchitektur. Dieser Artikel beschreibt numerische und experimentelle Untersuchungen zur Schutzwirkung von Pflanzen bei Explosionsdruckwellen. Es zeigt sich, dass Pflanzen mit bestimmten Eigenschaften den Explosionsdruck um bis zu 60 % abmindern. Diese ersten Untersuchungen werfen jedoch auch einige Fragen auf, die es mithilfe weiterer Forschungsarbeiten zu beantworten gilt.

Urban security against explosions - protection through plants
The protection of urban areas against terroristic actions requires new solutions of protective systems that are not recognized as protective elements. Among them there are elements of city furniture and landscape architecture. This paper describes theoretical, numerical and experimental research towards protection capabilities of plants against blast. An outcome of the research is that plants of certain characteristics reduce the blast pressure up to 60 %. These first studies pose specific questions that need to be answered in further research work.

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Borrmann, André; König, Markus; Hochmuth, Markus; Liebich, Thomas; Elixmann, RobertDie INFRABIM-Reifegradmetrik - Formale Bewertung des Reifegrads von BIM-PilotvorhabenBautechnik4/2017215-219Aufsätze

Abstract

Das Bundesministerium für Verkehr und Digitale Infrastruktur (BMVI) beabsichtigt, die Methodik des Building Information Modeling (BIM) ab 2020 regelmäßig für Bauvorhaben in seinem Zuständigkeitsbereich anzuwenden. In Vorbereitung hierauf werden derzeit verschiedene Pilotvorhaben durchgeführt. Um noch bestehende Hürden und Defizite zu identifizieren und daraus Schlussfolgerungen in Hinblick auf zu ergreifende Maßnahmen zu treffen, ist es notwendig, den Umfang und die Qualität des BIM-Einsatzes in den Pilotprojekten zu messen und zu bewerten. Hierzu wurde von der wissenschaftlichen Begleitung eine Reifegradmetrik entwickelt, die anhand von mehr als 60 Einzelkriterien in zehn Teilbereichen die Tiefe der BIM-Umsetzung in einem Bauvorhaben detailliert erfasst. Der Artikel stellt die Metrik vor und illustriert ihre Anwendung anhand der vier ersten BIM-Pilotvorhaben des BMVI.

The INFRABIM maturity metric - formal assessment of the maturity of BIM pilot projects
The German Ministry of Transport and Digital Infrastructure (BMVI) aims at establishing the mandatory usage of Building Information Modeling for all building projects in its range of authority. To prepare this step, a number of pilot projects are being conducted. In order to identify yet existing hurdles and deficits and draw conclusions with respect to the required measures, it is necessary to formally assess the extent and the quality in the usage of BIM achieved in the pilot projects. To this end, the BMVI has installed a scientific counsel which developed a maturity metric which allows to measure the degree of the BIM implementation in a project in very detailed manner, by assigning scores in more than 60 criteria in ten different areas. The article introduces the metric and illustrates its application by means of the first four pilot projects of BMVI.

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Kepplin, Ragna; Schnellenbach-Held, Martina; Held, MarkusBuilding Information Modeling - Umsetzung in der TragwerksplanungBautechnik4/2017220-226Aufsätze

Abstract

Mit Building Information Modeling (BIM) wird der Planungsprozess von Bauprojekten grundlegend verändert. Dies bedeutet für alle Planungsbeteiligten, sich mit neuen Arbeitsprozessen und neuen Softwaretools vertraut zu machen. Grundlage für die neue Arbeitsmethode bilden ein dreidimensionales geometrisches Gebäudemodell und die daraus zur Verfügung stehenden Gebäudedaten.
In der Tragwerksplanung ermöglicht spezielle, für den BIM-Planungsprozess entwickelte Software eine automatisierte Überführung des geometrischen Gebäudemodells über ein analytisches Modell in ein Berechnungsmodell. Logische Folge dieses Arbeitsprozesses ist die Nutzung des dreidimensionalen Berechnungsmodells für den statischen Nachweis. Der Einsatz von 3-D-Statik-Software in der Praxis ist bereits zu verzeichnen.
Im Rahmen wissenschaftlicher Untersuchungen wurden für Gebäude aus dem Hochbau dreidimensionale Gebäudemodelle entsprechend dem BIM-Planungsprozess erstellt und ganzheitlich bemessen. In diesem Beitrag werden auf Basis der gesammelten Erfahrungen Defizite aufgezeigt, die bei der automatisierten Ableitung und Detaillierung des dreidimensionalen analytischen Modells und Berechnungsmodells sowie bei der Nutzung des 3-D-Modells in der Statik auftreten. Darüber hinaus werden Möglichkeiten, Intelligente Methoden in diesen Arbeitsprozess zu implementieren, dargelegt.

Building Information Modeling - implementation within structural design
Building Information Modeling (BIM) radically changes the planning process of construction projects. This implies that all planning partners have to familiarize oneself with new working structures and new software tools. A three-dimensional building design and its object-oriented database form the basis for this new working method.
Special applications, developed for the BIM planning process, assist the structural designer by providing features for an automated transformation from the building design over an analytical model in a calculation model. As a chain of reasoning three-dimensional calculation models are used for the static proof by this workflow. The application of 3d-static software in practice can already be noticed.
Three-dimensional calculation models concerning structural engineering were realized according to the BIM workflow for scientific research and designed in its entirety. This article points out difficulties of the transformation process, limits of structural detailing and problems of a 3d structural analysis based on experiences gained on three-dimensional analytic and calculation models. Additionally options to implement intelligent methods in the BIM workflow are presented.

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Tutsch, Joram; Hipper, Andreas; Schling, Eike; Barthel, RainerModulare Stahllamellenhallen von Hugo Junkers - Wissenschaftliche Grundlagen für eine denkmalgerechte InstandsetzungBautechnik3/2017161-169Aufsätze

Abstract

Der für seine bahnbrechenden Erfindungen im Flugzeug- und Anlagenbau bekannte Ingenieur HUGO JUNKERS (1859-1935) entwickelte in den 1920er-Jahren innovative Hallenkonstruktionen aus modularen Stahlblechlamellen, die weltweit vermarktet und gebaut wurden. Sie stehen in engem Kontext zur ebenfalls patentierten Holzbauweise FRIEDRICH ZOLLINGERS (1880-1945). Die Bauweise gilt als Meilenstein in der Entwicklung des modularen Leichtbaus und bedeutendes Zeugnis der Moderne. Bedauerlicherweise sind nur noch wenige dieser Bauwerke erhalten.
Auf dem Gelände des ehemaligen Militärflugplatzes Oberschleißheim stehen derzeit noch zwei dreischiffige, tonnenförmige Hallen von 1934. Die Hallen stehen unter Denkmalschutz, zeigen jedoch einen bedenklichen baulichen Zustand. Sie gaben den Anlass für ein Forschungsprojekt, das von 2014-2016 am Lehrstuhl für Tragwerksplanung der Technischen Universität München unter Förderung der Meitinger Stiftung bearbeitet wurde.
Die wesentlichen Ergebnisse der Untersuchungen werden im Rahmen des Artikels zusammengefasst: Exemplarisch wurde ein Hallenschiff in Oberschleißheim mit einem 3-D-Laserscan vermessen und die Punktwolke in ein statisches Rechenmodell überführt. Parametrische Analysen brachten neue Erkenntnisse zur Geometrie und Fügung des Konstruktionsprinzips. Studien zum Tragverhalten zeigen verschiedene Schwachpunkte der Struktur auf, die für eine Instandsetzung unbedingt berücksichtigt werden müssen.

Modular steel lamella structures by Hugo Junkers - scientific bases for an appropriate repair
The German engineer HUGO JUNKERS (1859-1935) is well-known mostly for his innovations in plant engineering and aircraft design. In the mid-1920s, he developed an innovative roof construction that was comprised of modular steel lamellas, and is regarded a milestone in the development of lightweight structures. The technical construction principle is closely related to ZOLLINGER's (1880-1945) timber lamella roof design. Unfortunately, most of the buildings do not exist anymore or are in bad condition.
Two three-section, barrel-vaulted hangars from 1934 still exist on the site of the former military airfield in Oberschleißheim. They are classed as listed buildings but their structural condition is very alarming. They gave the occasion of a research project, promoted by the Meitinger Foundation, which has been edited from 2014-2016 at the Chair of Structural Design at the Technical University of Munich.
This article summarizes the main results of the investigations: The point cloud of a 3-D-laser-scanning was converted into a static calculation model. Parametric analyzes brought new insights into the geometry and fitting of the construction. Studies on the load bearing behavior show a number of weaknesses of the structure, which necessarily have to be considered in a maintenance.

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Becker, PatrickZum Nachweis der Abtragung von Vertikalkräften bei VerbauwändenBautechnik3/2017190-199Aufsätze

Abstract

Bei der Abtragung von Vertikalkräften bei Verbauwänden werden Erddruck und Erdwiderstand mit unterschiedlichen Mobilisierungsgraden für die Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS) beim Nachweis gegen Versinken berücksichtigt. Auf der Erdseite wird die Vertikalkomponente des Erddrucks an den aus der Biegebemessung und der Ermittlung der Einbindetiefe resultierenden mobilisierten erhöhten aktiven oder aktiven Erddruck gekoppelt. Die Festlegung des aktiven Erddruckneigungswinkels erfolgt dabei in der Regel ohne Berücksichtigung der aus der Vertikalkraft resultierenden Relativverschiebung. Es hat sich zwischenzeitlich herausgestellt, dass mit Umstellung vom Global- auf das Teilsicherheitskonzept der Nachweis der äußeren vertikalen Tragfähigkeit vermehrt bemessungsrelevant werden kann. In diesem Beitrag wird die Abtragung von Vertikalkräften bei Verbauwänden mit numerischen Methoden untersucht und gezeigt, dass für den Nachweis gegen Versinken im Grenzzustand der Tragfähigkeit eine Entkopplung der vertikalen Widerstände von den horizontalen Beanspruchungen aus der Biegebemessung möglich ist. Darüber hinaus werden Ansätze zur Berücksichtigung der mobilisierten Widerstände bei der Nachweisführung zur Diskussion gestellt.

Failure of earth retaining structures due to vertical displacements
The ultimate limit state of retaining structures with vertical loads considers in general diverse degrees of mobilization for vertical earth pressures independent from vertical displacements of the wall. The vertical component of the earth pressure on the earth-retaining site is coupled to the classical design. Shifting the design to the partial safety factor concept has shown an increasing significance of the vertical bearing capacity of earth retaining structures. In this paper, the mobilization of the vertical resistance of retaining walls is investigated with numerical methods and it can be shown that for the ultimate limit state a decoupling of the vertical resistance from horizontal stress states due to the classical design is reasonable.

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Schlammer, Janine; König, Claus; Schmidt, JörgDie produktrechtlichen Haftungsrisiken des BerechnungsingenieursBautechnik3/2017200-205Aufsätze

Abstract

Simulationsprogramme, wie z. B. die Methode der Finiten Elemente, gehören heute zu den Standardwerkzeugen in der Produktentwicklung. Mit diesen Systemen werden in vielen Bereichen technische und naturwissenschaftliche Probleme mathematisch abgebildet und deren Lösung grafisch aufbereitet. Den Entstehungsprozess des Produkts unterstützen diese Werkzeuge in hohem Maße, die fachlichen Entscheidungen allerdings trifft der Berechnungsingenieur. Dieser sollte für seine Tätigkeit über ein ausreichendes theoretisches und anwendungsspezifisches Fachwissen verfügen und somit auch Kenntnis über mögliche Fehlerquellen besitzen.
Da bis zum Ende des Projekts Fehler in der Analyse nicht ausgeschlossen werden können, verbleibt für den Projektingenieur ein erhebliches fachliches Risiko. Ein konsequentes Prozess- bzw. Qualitätsmanagement kann dazu beitragen, diese fachlichen Risiken zu verringern bzw. zu vermeiden. Mit den fachlichen Risiken verbunden sind stets auch Haftungsrisiken. Hier kann zwischen Ansprüchen aus Vertrag und solchen aus außervertraglicher Haftung unterschieden werden. Zu Letzterem zählen auch Ansprüche aus dem Produkthaftungsgesetz. Grundsätzlich ist das Risiko, für einen Produktfehler zur Verantwortung gezogen zu werden, umso größer, je mehr Verantwortung der Berechnungsingenieur innerhalb des Unternehmens besitzt.
Diese Ausarbeitung soll einen Überblick über das produktrechtliche Haftungsrisiko des Berechnungsingenieurs geben. Somit richtet sich die Thematik insbesondere an Unternehmen und Ingenieure, die Berechnungsdienstleistungen oder Berechnungsleistungen im Rahmen ihrer unternehmensinternen Produktentwicklung ausführen.

Civil law liability risk of calculation engineers
Simulation programs like the Finite Element Method belong to the set of standard tools in product development. These systems are used to describe scientific problems using mathematical means and present the solutions for those problems in a graphical way. They also support the development process of a product significantly. Subject matter decisions however, are made by the calculation engineer. To do that, she needs sufficient theoretical, application specific knowledge and thus knowledge about potential sources of errors.
As errors in the analysis cannot be ruled out even until the very end of the project, certain subject matter risks persist. Consistent process and quality management can help mitigating those risks or even avoid them completely. Liability risks are strongly related to subject matter risks. For those, we can distinguish between contractual and non-contractual liabilities. Product liability claims belong to the latter, too. Fundamentally, the risk to be accountable for a product defect is the greater, the more responsibility the calculation engineer has within the company.
This paper is supposed to give an overview about the civil law liability risks of calculation engineers. This means, it especially targets companies and engineers that provide calculation services to third parties or execute those services for internal product development.

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