Ausgehend von den kritischen Randbedingungen der Berechnung mit ganzheitlichen Gebäudemodellen werden typische und häufig anzutreffende Konstruktionsfälle diskutiert, bei denen Gesamtmodelle Vorteile für den Entwurf aufzeigen. Hier sind räumliche Tragwirkungen zu nennen, die Erfassung von Zwangsbeanspruchungen bei komplexen Grundrissen mit vielfältigen Festhaltungen sowie die Beanspruchung schlanker Gebäudestrukturen aus Windlasten und seismischen Einwirkungen. Für die genannten sinnvollen Anwendungsfälle werden die notwendigen Randbedingungen diskutiert. Die jeweiligen Anwendungsfälle werden anhand konkreter Gebäudebeispiele vorgestellt.

On the reasonable use of total building models in the design of building structures
Coming from the critical boundary conditions of the calculation with total building models, typical and prevalent constructions, where total models show advantages for the design, will be discussed. Here, spatial load-bearing impact, the registration of unforced interactions of complex ground plans with various supports as well as the stressing of slender building structures resulting from wind loads and seismic impacts have to be mentioned. For the stated reasonable use cases the necessary boundary conditions will be discussed. The respective use cases will be presented by means of concrete building examples.

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Ultrahochfester Beton (UHB) unterscheidet sich von normal- bzw. hochfestem Beton vor allem durch ein dichteres Materialgefüge. Dies bewirkt, daß Bauteile aus UHB einen größeren Widerstand gegen mechanischen Abrieb und Frost-Tausalzbeanspruchung sowie eine größere Undurchlässigkeit für Flüssigkeiten und Gase aufweisen. Ohne den Zusatz von Stahlfasern ist UHB jedoch ein äußerst sprödes Material, das im Grenzzustand der Tragfähigkeit schlagartig versagt. Durch die Zugabe von Stahlfasern läßt sich ein duktiles Materialverhalten erzeugen. Dieser Beitrag zeigt, wie man einen solchen stahlfaserverstärkten UHB durch Entwicklung von Spannungs-Dehnungsbeziehungen auf Biegung bzw. Biegung mit Normalkraft bemessen kann.

Selbstverdichtender Beton (SVB) kann einen erheblichen Beitrag zur Verbesserung der Ausführungsqualität von Betontragwerken leisten. Während für den Hoch- und Fertigteilbau bereits Erfahrungen bei der Herstellung, Verarbeitung und dem Einbau von SVB gewonnen werden konnten, liegen hinsichtlich der Verwendung im Brückenbau kaum Untersuchungen in Deutschland vor. Ein wesentlicher Aspekt bei der Anwendung selbstverdichtender Betone im Brückenbau ist die Herstellung einer planmäßigen Neigung der ungeschalten Betonoberflächen. Der Beitrag faßt hierzu wichtige Erkenntnisse zusammen.

Bereits bei der Neukonstruktion von Spannbetonbrücken sollten Vorkehrungen getroffen werden, die eine Kontrolle der Spannglieder und deren späteren Ausbau und Ersatz zulassen. Dies gilt sowohl für die Längs- als auch für die Quervorspannung. Zudem sollten Konstruktionen angestrebt werden, die flexibel hinsichtlich zukünftiger Entwicklungen sind, auch wenn dies bei der Erstinvestition zu Mehrkosten führt. Verbundlose Monolitzen, die mit Korrosionsschutzmassen umhüllt sind, bieten hier erhebliche Vorteile. Beim Einsatz der Monolitzen für die Quervorspannung ergibt sich zudem der Vorteil der einfacheren Verlegung und der witterungsunabhängigen Herstellung. Bei geeigneter Ankerkopfausbildung ist die Kontrolle und Auswechselbarkeit der Querspannglieder gewährleistet.

In der zeitgenössischen Architektur bieten textile Membranen insbesondere für Fassaden und Dächer vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Üblicherweise bestehen solche Membranen aus einem konventionellen Gewebe, das beidseitig zum Schutz vor Umwelteinflüssen und zum Erlangen der Wasserdichtigkeit mit einer Deckschicht versehen ist. Dadurch verliert sich unter Umständen der textile Charakter und seine Haptik. Aber genau diese Sicht- und Fühlbarkeit der Textur, kombiniert mit einem traditionellen, identitätsstiftenden Farbmuster war ein zentraler Entwurfsparameter für die 71000 m2 große Untermembran eines Stadionprojekts der FIFA Weltmeisterschaft Katar 2022. Dem entwurfsprägenden Leitgedanken des Beduinenzelts folgend, wurde eine neuartige architektonische Membran entwickelt, bei der jeder einzelne Polyesterfaden direkt und in unterschiedlichen Farben PVC-ummantelt ist und anschließend mit einem speziellen Verfahren verwoben wird. Durch die Verwendung eines Jacquard-Webstuhls kann das Gewebe mit unterschiedlichen Mustern versehen werden, was vollkommen neue Anwendungen ermöglicht. Allerdings variieren die mechanischen Materialeigenschaften der Membran dabei nicht nur in Kett- und Schussrichtung, sondern auch innerhalb einer Richtung mit dem entsprechenden eingewebten Muster. Dies stellt besondere Anforderungen an Bemessung und Verarbeitung.

Development of an innovative membrane material for the biggest Bedouin tent in the world.
In contemporary architecture, textile membranes offer a variety of applications. Typically, architecture membranes consist of regular fabric, covered with a protective layer on both sides to protect the base fabric from environmental influences. Most of the time the membrane loses its textile appearance and its feel. But especially this visual and textile property, combined with a traditional color scheme, was one key aesthetic design parameter for the 71,000 m2 lower membrane in a stadium project for the FIFA World Cup in Qatar 2022. In order to do justice to the design concept, an innovative architectural membrane has been developed, which consists of individual PVC-coated polyester threads, interwoven in different colors. By using a Jacquard loom, different patterns can be created with the fabric. Thereby the mechanical material properties of the membrane not only vary in warp and weft direction but also within one direction with the corresponding woven pattern.

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This paper presents an experimental study on the cross-sectional capacity and flexural buckling resistance under fire conditions. Steady state stub and slender column tests were carried out at ambient and elevated temperatures on square and rectangular hollow sections as well as H-sections. In addition, transient state slender column tests were performed on H-section test specimens. The compressive load was applied centrically or eccentrically to the test specimens. The paper presents the testing programme, the geometry of the test specimens including initial geometrical imperfection measurements, elevated temperature material properties, test setup, the execution and the results of the stub and slender column tests.

Querschnitts- und Knickwiderstand im Brandfall - Experimentelle Untersuchungen.
Der Beitrag analysiert mit Hilfe experimenteller Methoden den Querschnitts- und Knickwiderstand im Brandfall. Die stationären Versuche zum Widerstand gedrungener und schlanker Stützen unter Druck- sowie kombinierter Druck- und Biegebeanspruchung bei Normaltemperatur und erhöhten Temperaturen wurden an Hohlprofilen sowie H-Querschnitten durchgeführt. Zusätzlich wurden schlanke Stützen unter transienten Versuchsbedingungen analysiert. Der Beitrag stellt das Versuchsprogramm, die Geometrie der Versuchskörper einschließlich geometrischer Imperfektionen, die Materialeigenschaften bei erhöhten Temperaturen, die Versuchseinrichtung sowie -durchführung und die Ergebnisse der Versuche zum Querschnitts- und Knickwiderstand dar.

Windbelastete Türme aus Stahl weisen vielfach dynamische Beanspruchungswechsel in einer Größenordnung auf, die aus wirtschaftlichen Erwägungen nicht mehr mit quasistatischen Modellen abgebildet werden können, da damit die Materialausnutzung im Grenzzustand der Ermüdung auf das Dauerfestigkeitsniveau beschränkt ist. Im vorliegenden Beitrag wird ein modernes Berechnungsverfahren präsentiert, das die Beanspruchbarkeit im Grenzzustand der Ermüdung auf Betriebsfestigkeitsebene mittels stochastischer Methoden berechenbar macht. Aufgrund der analytischen Formulierung des Berechnungsweges lassen sich auch instationäre Last-Admittanzen, wie sie beispielsweise bei Windenergieanlagen auftreten, mit großem Zeitvorteil gegenüber transienten Verfahren berücksichtigen. Neben einem baupraktischen Anwendungskonzept für die Ermüdungsbewertung einfacher Strukturen werden die Vorzüge der stochastischen Modellbildung auch exemplarisch anhand einer Windenergieanlage aufgezeigt. Die Anwendungsbeispiele demonstrieren die Eignung des Verfahrens für baupraktische Zwecke.

Verification of the fatigue limit state of gust induced structural response of tower constructions.
Tower structures made of steel, show often stress cycle amplitudes due to the wind loading, which cannot be treated by quasi-static models anymore for economic reasons. In the present paper a methodology is described which allows for a detailed verification of the fatigue limit state, using a realistic stress cycle count distribution. Due to the analytical formulation of the approach, it is possible to consider nonsteady load admittance relations, which are present in e. g. in case of wind turbines or structures with cylindrical cross-sections with a low computational effort, compared to transient methods. Besides a practical concept for the verification of simple structures, the advantages of the method are shown exemplary using the example of a wind turbine with lattice tower. The shown examples emphasize the usability for structural problems.

Die neue Rheinbrücke Wesel im Zuge der B 58n befindet sich zur Zeit in Bau. Das insgesamt 773 m lange Bauwerk wird als einhüftige Schrägseilbrücke mit einer Hauptöffnung von 335 m ausgeführt. Mit seinem 130 m hohen Pylon wird das Bauwerk die flache Rheinlandschaft nachhaltig prägen. Die Brückenkonstruktion unterteilt sich in den 409 m langen Stahlüberbau der Strombrücke und die 364 m lange Spannbetonbrücke über das linksrheinische Vorland. Beide Abschnitte sind biegesteif miteinander gekoppelt. Der Aufsatz beschreibt die statischen, konstruktiven und gestalterischen Besonderheiten des Bauwerks aus der Sicht der Entwurfsverfasser und geht auf die Ausschreibung und Vergabe dieses herausragenden Bauvorhabens ein.

Bei mittleren Stützweiten im Brückenbau ergeben sich häufig Aufgabenstellungen, bei denen sich die Bauweise der dichten Kleinkästen in der Konkurrenz mit den übrigen Bauweisen des Verbundbaus und auch mit den Massivbauweisen durchsetzt. Die Besonderheiten in der Konstruktion und Ausführung werden dargestellt. Die Konsequenzen, die sich daraus für die Entwurfsüberlegungen ergeben, werden zusammengestellt. Der Einsatzbereich der Bauweise der dichten Kleinkästen wird im Vergleich mit anderen möglichen Bau-weisen erörtert, und auf Entwicklungsmöglichkeiten wird eingegangen.

Die “wichtigste Vorsorgemaßnahme gegen Schlossschäden” ist gemäß EAU 2012 die lagetreue Einbringung der Tragelemente von kombinierten Spundwänden. Toleranzen für kombinierte Spundwände sind nicht allgemein festgelegt und für jede Baumaßnahme gesondert zu vereinbaren.
Heutige Konstruktionen mit kombinierten Spundwänden unterliegen zunehmend erhöhten Anforderungen in Form von großen Geländesprüngen und hohen Wasserüberdrücken. Gerade im Hinblick auf die damit verbundenen Profillängen und die erhöhten Beanspruchungen der Spundwandschlösser während der Herstellung sind die derzeitigen Toleranzangaben und Bewertungskriterien zum Einbau der Zwischenbohlen oftmals unzureichend.
In diesem Beitrag wird die beschriebene Problematik dargestellt und im Hinblick auf Überwachung, Ausführungskontrollen und Lösungsansätze diskutiert.

Tolerance requirements for long combined sheet pile walls
According to EAU 2012 the true positioning of the king piles is the most important precautionary measure against declutching of combined sheet pile walls. Tolerances for combined sheet pile walls are not generally specified and are to be agreed separately for each construction project.
Today combined sheet pile walls challenge an increase in water depth and high water pressure respectively. In association with an increase in profile lengths and in loads on the sheet pile locks during installation, the current tolerances and evaluation criteria regarding the installation of the intermediate piles are often insufficient.
This article presents the problems described and discusses monitoring measures and possible solutions.

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Zunehmend wird man in Baubehörden, bei den Feuerwehren oder bei Versicherungen mit den Ergebnissen aus rechnerischen Brandsimulationen konfrontiert. Sie werden herangezogen, um in Brandschutzkonzepten Begründungen für scheinbar jedwede Form von Sonderlösung und Abweichung gegenüber den Anforderungen der Bauordnung zu festigen. Wieviel Vertrauen kann man in diese, aus Gutachterhand stammende Berechnungsergebnisse legen? Aufgeschlüsselt lauten die Fragen: Was können Brandsimulationsmodelle überhaupt leisten? Welche Modelle und Modelltypen gibt es für welche Anwendungen? Was sind die wesentlichen Einflußgrößen auf die Rechenergebnisse, d. h. welche Eingabegrößen haben welchen Stellenwert, und wie sind sie abgesichert? Wie sind die Ergebnisse zu interpretieren? Wer kann mit diesen Modellen umgehen, und wie sollten sie bedient werden? Wie ist der Stand der Akzeptanz einzuschätzen?

Der Brenner Basistunnel verläuft von der Umfahrung von Innsbruck bzw. vom Innsbrucker Bahnhof nach Franzensfeste mit einer Länge von 55 km. Mit der Umfahrung Innsbruck beträgt die Gesamtlänge 62, 8 km, womit er zum längsten Eisenbahntunnel der Welt wird. Zwei parallel verlaufende Tunnelröhren mit einem etwa 12 m tiefer liegenden Erkundungsstollen kennzeichnen diesen Basistunnel. Zur baubetrieblichen Risikominimierung des Basistunnels, insbesondere jene Anteile die mit Tunnelvortriebsmaschinen vorgetrieben werden sollen, sind systematische Erkundungen mittels eines Stollens von großer Bedeutung. Derzeit wird am 10 km langen Erkundungsstollen Aicha - Mauls mit einer Tunnelbohrmaschine gearbeitet. Der Ausbau erfolgt mit dünnwandigen Betontübbingen. Dort werden auch spezielle Monitoringpunkte angebracht. Die Querschnittsoptimierung der Tübbinge, die betontechnologischen Studien und die geeigneten Bereiche für das Monitoring werden dargestellt.

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This article presents a new approach of quality control to vibro ground improvement techniques based on hybrid machine learning (ML), i.e., a combination of classical analysis and ML techniques. The process is monitored with an instrumented rig equipped with multiple sensors. Key performance indicators (KPIs) are used to identify anomalous foundation columns. As the foundation columns are sub-surface, there is no direct access to ground truth; consequently, unsupervised ML is applied to the recorded time-series data. The risk of not detecting defective elements is reduced by the combination of two independent methods for anomaly detection, KPI- and ML-based classification. The ML is used to gain a deeper process understanding and to detect anomalies which were not considered in the design phase of the KPI. New pre-processing techniques were derived from the insights gained from the ML classifier; this led to a more robust classifier. It is shown how unsupervised ML, using a multi-channel variational autoencoder (VAE) with long short-term memory (LSTM) layers, can be utilized in a knowledge discovery process (KDP).
Qualitätsüberwachung bei der Bodenverbesserung mittels Tiefenrüttelverfahren - Ein Ansatz des hybriden maschinellen Lernens
In diesem Fachbeitrag wird ein neuer Ansatz für die Qualitätskontrolle der Tiefenrüttelverfahren mittels hybriden maschinellen Lernens vorgestellt. Als hybrides maschinelles Lernen wird die Kombination von klassischen analytischen Methoden mit Methoden des maschinellen Lernens beschrieben. Die Prozessüberwachung wird basierend auf einer instrumentierten Rütteltragraupe durchgeführt. Durch Berechnung von Leistungskennzahlen werden Elemente mit abweichenden Qualitätsmerkmalen identifiziert. Unüberwachtes maschinelles Lernen wird auf die aufgenommenen Zeitreihen angewandt, da keine Grundwahrheit für jedes Element ermittelt werden kann. Durch die Kombination zweier unabhängiger Methoden, maschinelles Lernen und Klassifizierung mittels Leistungskennzahlen, wird das Risiko ein fehlerhaftes Element nicht zu erkennen, minimiert. Durch die Klassifizierung basierend auf maschinellem Lernen wird ein tieferes Prozessverständnis erlangt und es werden dadurch Anomalien erkannt, welche bei der Definition von Leistungskennzahlen nicht mit einbezogen wurden. Dadurch konnten neue Datenvorverarbeitungsmethoden abgeleitet werden, welche zu einer robusteren Klassifizierung führen. Es wird gezeigt wie unüberwachtes maschinelles Lernen mittels eines “Variational Autoencoders” mit mehreren Kanälen und “Long-Short-Term Memory” Layern in einem Wissensentdeckungsprozess verwendet werden kann.

The construction of underground structures in metro rail projects is always challenging as the project works normally affect a large number of adjacent surface structures with stringent settlement criteria and protection requirements. Project implementation becomes even more complex when the overburden is shallow and the area of the cross-section is comparatively large. In the case of design and build metro rail projects, the Client provides a tender stage design to the Contractor's designer; this initial design is often based on limited data and does not consider the construction phase in detail. This is a significant challenge for the Contractor's designer as the new design has to consider all relevant parties and boundary conditions with respect to the compatibility of other parts of the project. This paper describes such a challenge at Mumbai metro line 3, where a crossover structure had to be implemented during the detailed design as a change of scope. The initially proposed crossover cavern was re-arranged during the detailed design. The main emphasis of this paper is to explain the revised crossover arrangement, for optimized construction feasibility, construction staging and geotechnical stability of the excavation. After the options presented by the Contractor's designer met the original objectives, the detailed design of the primary support and modified construction sequence was carried out in accordance with the principles of NATM design.

On contract H8 - Tunnel Jenbach on the northern approach route to the Brenner Base Tunnel, a 54 km section of tunnel is currently being equipped with a geothermal system making use of energy lining segments, which enable the laying of absorber pipework in the TBM-driven tunnel. The system will be able to supply energy to the building yard in Jenbach though a connection in the emergency exit shaft. The design of the geothermal energy system covers the design of the energy segments, the sizing of the geothermal system, the installation of the segments in the tunnel and connecting them together in the tunnel and the laying of the connection pipework. Various restrictions resulting from the practicalities of tunnel construction had to be taken into account in the geothermal system. This article describes the experience gained during the design phase and the current state of the works. Then follows a discussion of the conditions for the future application of geothermal systems in tunnels.
Im Baulos H8 - Tunnel Jenbach, als Teil der Zulaufstrecke Nord zum Brenner Basistunnel, wird derzeit ein 54 m langer Tunnelabschnitt mit einer geothermischen Anlage ausgerüstet. Dabei kommen so genannte Energietübbinge zum Einsatz, welche die Verlegung von Absorberleitungen in TBM-vorgetriebenen Tunneln ermöglichen. Die Anlage wird über einen Notaustiegsschacht mit dem Bauhof der Gemeinde Jenbach verbunden, um diesen in Zukunft mit Wärmeenergie zu versorgen. Die Planung der Geothermieanlage erstreckte sich von der Bemessung der Energietübbinge, der Dimensionierung der Geothermieanlage, dem Einbau der Energietübbinge in den Tunnel, die Verbindung der Energietübbinge untereinander im Tunnel bis zur Verlegung der Anschlussleitungen. Dabei mussten zahlreiche tunnelbauspezifische Randbedingungen beachtet und mit den Erfordernissen der technischen Gebäudeplanungen abgestimmt werden. Dieser Beitrag berichtet über die in der Planungsphase gewonnenen Erfahrungen und stellt den derzeitigen Stand der Arbeiten vor. Abschließend wird diskutiert, unter welchen Rahmenbedingungen geothermische Systeme in zukünftigen Tunnelprojekten integriert werden könnten.

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Foot Bridge 2017
9. Symposium “Experimentelle Untersuchungen von Baukonstruktionen”
VFIB-Erfahrungsaustausch Bauwerksprüfung
Münchener Stahlbautage 2017
Neues im Stahl- und Verbundbau