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Titelbild: Bautechnik 3/2021Bautechnik3/2021Titelbild

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Integratives computerbasiertes Planen und Bauen - BUGA Pavillon Heilbronn: Holzbau auf dem Level Industrie 4.0 - Gemeinsam haben die müllerblaustein HolzBauWerke GmbH, das Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) und das Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart für die BUGA Heilbronn einen Holz-Pavillon entwickelt, geplant und realisiert, der auf den biologischen Prinzipien eines Plattenskeletts basiert. Ziel des Forschungsprojekts war es, die Möglichkeiten digitaler Technologien, computerbasierter Planung und robotergestützter Fertigung für die Zukunft des Bauwesens und der Architektur zu demonstrieren. Mit der Geiger Holzsystembau GmbH & Co.KG führt das Holzbauunternehmen müllerblaustein die revolutionären Erkenntnisse nun weiter fort, um die Kundenanforderungen ganzheitlich, nachhaltig und aus einer Hand erfüllen zu können. (Foto: Roland Halbe)

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Inhalt: Bautechnik 3/2021Bautechnik3/2021Inhalt

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Menges, Achim; Sobek, Werner; Kloft, Harald; Curbach, Manfred; Mark, PeterNetzwerk der ZukunftBautechnik3/2021193Editorials

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Knippers, Jan; Kropp, Cordula; Menges, Achim; Sawodny, Oliver; Weiskopf, DanielIntegratives computerbasiertes Planen und Bauen: Architektur digital neu denkenBautechnik3/2021194-207Aufsätze

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Die Herausforderung an das Bauen der Zukunft besteht darin, mehr zu bauen, dabei weniger Schadstoffe zu emittieren und weniger endliche Ressourcen zu verbrauchen und trotzdem eine qualitätsvolle und lebenswerte gebaute Umwelt zu schaffen. In einem sich wechselseitig beeinflussenden Prozess müssen hierfür sowohl die Produktivität der Bauprozesse als auch die Energie- und Ressourceneffizienz der Bausysteme verbessert werden. Digitale Technologien bieten neue Lösungsansätze für diese Herausforderungen. Ziel des Exzellenzclusters IntCDC an der Universität Stuttgart und dem Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme ist es, das volle Potenzial digitaler Technologien zu nutzen, um das Planen und Bauen in einem integrativen und interdisziplinären Ansatz neu zu denken und damit die methodischen Grundlagen für eine umfassende Modernisierung des Bauschaffens zu legen. Eine zentrale Zielsetzung ist die Entwicklung einer übergeordneten Methodologie des “Co-Design” von Methoden, Prozessen und Systemen, basierend auf interdisziplinärer Forschung zwischen den Bereichen Architektur, Bauingenieurwesen, Ingenieurgeodäsie, Produktions- und Systemtechnik, Informatik und Robotik sowie Geistes- und Sozialwissenschaften. So sollen Lösungswege für die ökologischen, ökonomischen und sozialen Herausforderungen aufgezeigt und die Voraussetzungen für eine qualitätsvolle, lebenswerte und nachhaltige gebaute Umwelt sowie für eine digitale Baukultur geschaffen werden.

Integrative computational design and construction: digitally rethinking architecture
Increasing the construction capacity, while at the same time significantly reducing harmful emissions and consumption of non-renewable resources, and still providing a liveable and affordable built environment, provides a great challenge for future construction. In order to achieve this, both the productivity of construction processes and the energy and resource efficiency of construction systems have to be improved in a reciprocal process. Digital technologies make it possible to address these challenges in novel ways. The vision of this Cluster of Excellence IntCDC at the University of Stuttgart and the Max Planck Institute for Intelligent Systems is to harness the full potential of digital technologies to rethink design and construction based on integration and interdisciplinarity, with the goal of laying the methodological foundations to profoundly modernize the design and construction process and related building systems by adopting a systematic, holistic and integrative computational approach. One key objective is to develop an overarching methodology of “co-designing” methods, processes and systems based on interdisciplinary research encompassing architecture, structural engineering, building physics, engineering geodesy, manufacturing and systems engineering, computer science and robotics, humanities and social sciences. In this way, the cluster aims to address the ecological, economic and social challenges and to provide the prerequisites for a high-quality and sustainable built environment and a digital building culture.

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Auslobung: Deutscher Architekturpreis 2021Bautechnik3/2021207Wettbewerbe

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Sobek, Werner; Sawodny, Oliver; Bischoff, Manfred; Blandini, Lucio; Böhm, Michael; Haase, Walter; Klett, Yves; Mahall, Mona; Weidner, Stefanie; Burghardt, Timon; Leistner, Philip; Maierhofer, Mathias; Park, Sumee; Reina, Guido; Roth, Daniel; Tarín, CristinaAdaptive Hüllen und Strukturen - Aus den Arbeiten des Sonderforschungsbereichs 1244Bautechnik3/2021208-221Aufsätze

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Die “Große Beschleunigung” bei Bevölkerungszahlen, klimaschädlichen Emissionen, Wasserverbrauch und vielem anderen stellt die gesamte Menschheit vor große Herausforderungen. Dies trifft besonders auf das Bauschaffen zu. Es gilt, zukünftig für mehr Menschen mit weniger Material emissionsfrei zu bauen. Hierfür muss unsere Art des Planens, Bauens und Nutzens von Bauwerken neu gedacht und neu konzipiert werden. Auf der bautechnischen Seite bedeutet dies die konsequente flächendeckende Umsetzung von Leichtbaustrategien. Zu diesen zählt neben dem klassischen Leichtbau und den Gradientenbauweisen auch das Bauen mit adaptiven Hüllen und Strukturen. Unter Adaptivität sind dabei unterschiedliche Veränderungen der Geometrie, der physikalischen Eigenschaften von einzelnen Bauteilen oder von ganzen Bauwerken zu verstehen. Durch Adaption können Spannungsfelder homogenisiert, Bauteilverformungen reduziert und bauphysikalische Verhalten von Bauteilen verändert werden. All dies verringert nicht nur den Materialbedarf, sondern liefert auch einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung des Nutzerkomforts. Adaptivität im weiteren Sinne bezeichnet einen ganzheitlichen Ansatz, in dem die Anpassung sozialer, kultureller und räumlicher Erfahrungen sowie architektonischer und planerischer Handlungsweisen eng mit den technologischen Entwicklungen verknüpft wird. Die Zusammenführung dieser Perspektiven ist Anspruch des SFB, um ganzheitliche Lösungen für eine zukünftige gebaute Umwelt zu finden.

Adaptive skins and structures - from the work of the Collaborative Research Centre 1244
The “Great Acceleration” in world population, climate-damaging emissions and water consumption poses major challenges for the whole of humanity. This is also relevant for the building sector. It is essentially in the future to build emission-free for more people using less material. The way in which buildings are planned, built and inhabited must be rethought and reconceived. On the engineering side, this implies the strict and comprehensive application of lightweight strategies. In addition to classic lightweight strategies and the use of graded materials this includes the implementation of adaptive skins and structures. Adaptivity in this context means various rapid changes in the geometry, physical properties of components and thus also of buildings. Adaptation can be used to homogenise stress fields, reduce component deformations or change the building physical properties of components. All this not only reduces material requirements, but can also make a significant contribution to increasing user comfort. Seen in a broader perspective, adaptivity describes a holistic approach in which the adaptation of social, cultural and spatial experiences as well as architectural and planning procedures are closely linked to technological developments. Bringing these perspectives together is the SFB's claim to find holistic solutions for a future built environment.

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Kloft, Harald; Gehlen, Christoph; Dörfler, Kathrin; Hack, Norman; Henke, Klaudius; Lowke, Dirk; Mainka, Jeldrik; Raatz, AnnikaTRR 277: Additive Fertigung im BauwesenBautechnik3/2021222-231Aufsätze

Kurzfassung

Die Bauwirtschaft stellt eine der bislang am wenigsten digitalisierten Branche dar. Im Unterschied zu anderen Produktionsbereichen ist die Herstellung von Gebäuden durch individualisierte Bauprozesse gekennzeichnet. Digitale Fertigungstechniken anderer Wirtschaftszweige haben sich im Bauwesen nicht durchgesetzt, da sie nicht die notwendige Individualisierung ermöglichen oder unwirtschaftlich sind. Die Vorteile additiver Fertigungstechnologien bestehen darin, dass Automatisierung und Individualisierung nicht im Widerspruch zueinanderstehen und dass beim 3-D-Drucken nur dort Material aufgebaut wird, wo es strukturell oder funktionell erforderlich ist. Die additive Fertigung ist insofern wirtschaftlich und ressourceneffizient zugleich. Der DFG-Sonderforschungsbereich/Transregio TRR 277 der beiden Universitäten TU Braunschweig und TU München will die Technologie der additiven Fertigung grundlegend für das Bauwesen erforschen und zur Digitalisierung der Bauwirtschaft beitragen. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick zu den Zielen, der Struktur und den Methodiken des TRR 277 sowie zu den drei Projektbereichen mit seinen insgesamt 18 wissenschaftlichen Teilprojekten.

TRR 277: additive manufacturing in construction
The construction industry is one of the least digitalised sectors of the economy to date. In contrast to other production sectors, the production of buildings is characterised by individualised construction processes. Digital production techniques from other branches of the economy have not become established in the construction industry because they do not allow the necessary individualisation or are uneconomical. The advantages of additive manufacturing (AM) technologies are that automation and customisation are not contradictory, and 3-D printing builds material only where it is structurally or functionally necessary. Additive manufacturing is therefore both economical and resource-efficient. The DFG Collaborative Research Centre/Transregio TRR 277 of the two universities TU Braunschweig and TU Munich wants to research the technology of additive manufacturing fundamentally for the construction industry and also contribute to the digitisation of the construction industry. This article gives an overview of the goals, structure and methods of the TRR 277 and its three focus areas with its 18 scientific research projects.

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Beckmann, Birgit; Bielak, Jan; Scheerer, Silke; Schmidt, Christopher; Hegger, Josef; Curbach, ManfredStandortübergreifende Forschung zu Carbonbetonstrukturen im SFB/TRR 280Bautechnik3/2021232-242Aufsätze

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Neue Materialien ermöglichen neue Bauformen und Konstruktionsarten. Erste Bauprojekte mit den neuen Materialien zeigten aber, dass zunächst weiterhin nach traditionellen - im Falle von Carbonbeton dem Stahlbeton entlehnten - Konstruktionsprinzipien gebaut wird, herkömmliche Materialien also lediglich substituiert werden. Erst in Verbindung mit intelligenten Konstruktionsstrategien wird das volle Potenzial innovativer Werkstoffe ausgenutzt. Losgelöst von etablierten Denkmustern sollen im Sonderforschungsbereich/Transregio (SFB/TRR) 280 “Konstruktionsstrategien für materialminimierte Carbonbetonstrukturen - Grundlagen für eine neue Art zu bauen” an der Technischen Universität Dresden und der RWTH Aachen University die Grundlagen für eine neue Form des Bauens mit Beton auf Basis tiefgreifender Erkenntnisse zum strukturmechanischen Verhalten neuartiger, mineralisch basierter Komposite geschaffen werden. Die neuen Leichtbau-Konstruktionsstrategien und Werkstoffkombinationen reduzieren Ressourcen- und Energieverbrauch bei gleichzeitig hoher Gebrauchstauglichkeit, Tragsicherheit und Dauerhaftigkeit; eine anspruchsvolle Ästhetik leistet einen Beitrag zur Baukultur. Der langjährige Forschungsverbund von TU Dresden und RWTH Aachen vereint exzellente Kompetenzen, was die Erforschung des materialminimierten Bauens mit mineralischen Kompositen beflügeln wird. Im Beitrag werden die für den Zeitraum Juli 2020 bis Juni 2024 geplanten Forschungsaktivitäten vorgestellt.

Collaborative research on carbon reinforced concrete structures in the CRC/TRR 280
New materials afford new building designs and construction types. Yet, first application projects using the new materials show that traditional construction principles are used, i. e. that conventional materials are merely substituted. Only combined with intelligent construction strategies it is possible to exploit the full potential of the innovative material carbon reinforced concrete. Detached from today's established thought patterns, the fundamentals for a new way of building with concrete shall be created in the frame of the Collaborative Research Centre Transregio (CRC/TRR) 280 “Design Strategies for Material-Minimised Carbon Reinforced Concrete Structures - Principles of a New Approach to Construction” at Technische Universität Dresden and RWTH Aachen University, based on profound insights into the mechanical behaviour of novel mineral structures. Innovative construction strategies and material composites reduce the resource and energy consumption by means of novel lightweight construction principles and offer a high serviceability, ultimate capacity and durability. Furthermore, they are reflected in ambitious aesthetics evolving to a novel “art of construction”. The long-term research alliance of TUD and RWTH pools the existing excellent competences, which will inspire research into material-minimised construction with mineral composites. The article highlights the research activities planned for the period July 2020 to June 2024.

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Workshop zur 6. Auflage der Empfehlungen des Arbeitskreises "Baugruben" (EAB)Bautechnik3/2021242Veranstaltungen

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Mark, Peter; Lanza, Gisela; Lordick, Daniel; Albers, Albert; König, Markus; Borrmann, Andre; Stempniewski, Lothar; Forman, Patrick; Frey, Alex Maximilian; Renz, Robert; Manny, AgemarVom Handwerk zur individualisierten Serienfertigung - Schwerpunkt adaptive Modulbauweisen mit FließfertigungsmethodenBautechnik3/2021243-256Aufsätze

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Bauen im Regen, eine katastrophale Vorstellung, doch Praxis auf Baustellen. Es bringt Ungenauigkeit, behindert den Einsatz moderner Hochleistungswerkstoffe und kostet Zeit, da Störungen im Bauprozess oft umständliche Rückläufe in den Planungsprozess bedeuten. Dennoch gilt der handwerklich geprägte Bauprozess als unvermeidlich, da jedes Bauwerk individuell und in Handarbeit vor Ort zu erstellen ist. Tatsächlich? Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft eingerichtete Schwerpunktprogramm “Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden” setzt auf einen gänzlich neuen Ansatz. Baustrukturen werden in ähnliche modulare Betonfertigteile zerlegt, in Serienfertigung mit Fließprinzip vorgefertigt, in ihrer Qualität gesichert und auf der Baustelle nur noch zusammengefügt. Die Bauzeiten reduzieren sich auf wenige Tage oder Wochen. Vergleichbar einem Puzzle aus vielen Teilen, bleibt die Einzigartigkeit des Tragwerks erhalten. Es gilt: “Individualität im Großen - Ähnlichkeit im Kleinen”. Der Beitrag zeigt Ansätze zur Modularisierung, Produktionskonzepte und verknüpfende digitale Modelle. Durch die ortsfeste Vorfertigung in Serie entstehen hohe Produktionsgeschwindigkeiten und schlanke, ressourceneffiziente Module, die zu Tragwerken mit geringen Maßabweichungen assembliert werden. Eine durchgängige Digitalisierung sichert die Qualität aller Einzelschritte. Sie reicht von der Fertigung über den Zusammenbau bis in die Nutzungszeit des Tragwerks. Es entsteht ein verschwendungsarmer, ressourceneffizienter Gesamtprozess.

From craft to customised flow production - the priority program adaptive modularised constructions made in a flux
Buidling under heavy weather is seldom beneficial, but common practice on site. It promotes inaccuracies and impairs the use of modern but sensible high-performance materials and costs time, since disruption in construction frequently causes complicated returns to the planning process. Nevertheless, a handcrafted production process is still considered the one and only alternative since all buildings are unique and thus must be manually constructed on site. Indeed? The priority program entitled “Adaptive modularised constructions made in a flux” funded by the German Research Foundation follows a completely new approach. Buildings are divided into similar modular precast concrete elements, prefabricated in flow production, quality assured, and just-in-time assembled on site. Comparable to puzzles with many pieces, the uniqueness of the structure is maintained. The motto is: “Individuality on a large scale - similarity on a small scale”. The contribution presents approaches of modularisation, production concepts, and linking digital models. Serial, stationary prefabrication enables short production times and resource-efficient modules that are assembled to load-bearing structures with low geometrical deviations. Stringent digitalisation ensures high quality of all intermediate steps. These comprise fabrication, assembly, and the whole service life of the structure. The result is a lean production process.

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Bautechnik aktuell 3/2021Bautechnik3/2021257-260Bautechnik aktuell

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Persönliches:
Zum 60. Geburtstag von Ulrich Jäppelt

Nachrichten:
Neubau im Berliner Regierungsviertel: Nachhaltig, effizient, außergewöhnlich
So schlank werden die Häuser der Zukunft

Rezensionen:
Ingenieurbauführer Berlin

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik3/2021260Veranstaltungskalender

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 3/2021Beton- und Stahlbetonbau3/2021Titelbild

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Zum Titelbild:
Das Titelbild zeigt eine typische Spannbetonbrücke aus den 1970er Jahren, die sich im bayerischen Landkreis Cham befindet. An diesem Bauwerk wurden verschiedenste Größen zerstörungsfrei gemessen, darunter Spannungsänderungen mittels Ultraschall und Schwingungen. Gut zu sehen sind hier der LKW für die Belastungsversuche und das Personal zur Überwachung der Messdatenaufzeichnung. Im dazugehörigen Beitrag auf den Seiten 183 bis 199 wird am Beispiel dieser Brücke und zweier Grenzzustände gezeigt, wie die Messergebnisse aus der zerstörungsfreien Prüfung in probabilistische Nachweise von Bestandsbauwerken einfließen können und welche Auswirkungen die Implementierung von gemessenen Daten bei der Bewertung von Bestandsbauwerken haben kann. Dadurch wird eine realtitätsnahe Bauwerksbewertung möglich. (Bild: BAM)

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 3/2021Beton- und Stahlbetonbau3/2021Inhalt

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Pürgstaller, AndreasWertschätzende Interaktion zwischen Erfahrung und DigitalisierungBeton- und Stahlbetonbau3/2021159Editorials

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Schuler, Harald; Meier, Florian; Trost, BurkhartMonitoring der Gerbergelenke im Erhaltungsprojekt Grenzbrücke BaselBeton- und Stahlbetonbau3/2021160-169Aufsätze

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Die Überwachung (Monitoring) von Bauwerken kann einen Betrag dazu leisten, Schäden rechtzeitig zu erkennen und mehr Sicherheit für die Nutzer von Infrastrukturbauwerken zu schaffen [1-3]. Dabei ist es sinnvoll, ausgewählte neuralgische Punkte des Tragwerks zu überwachen, um die Datenmenge nicht zu groß werden zu lassen und die Übersichtlichkeit zu erhalten. Sensoren können zusätzliche Informationen über Zustand, Einwirkungen oder Umwelteinflüsse (z. B. Temperaturverformungen) eines Bauwerks zur Verfügung stellen. Im Rahmen des hier beschriebenen Erhaltungsprojekts, Grenzbrücke Basel, wurden die Gerbergelenke im Bereich der Konsolbänke durch nachträglich eingebrachte und vorgespannte diagonale Zugstangen verstärkt. An diesem neuralgischen Punkt des Tragwerks wurden faseroptische Dehnungs- und Temperatursensoren auf den Verstärkungsstäben installiert, um mehr Informationen über die Beanspruchung der Zugstangen zu erhalten. Ein Warnsystem konnte für den Fall einer Überbeanspruchung des Gerbergelenks installiert werden. Dieser Aufsatz stellt das Konzept des Überwachungssystems, die installierte faseroptische Messtechnik und die Kalibrierung durch die Überfahrt von definiert beladen LKW vor.

Monitoring of the Gerber hinges in the maintenance project Grenzbrücke Basel
Monitoring helps to detect damage of structures at an early stage and provides more safety for the users of the infrastructure [1-3]. It is reasonable to consider only neuralgic points to reduce the amount of the measured data and provide clarity. Monitoring can help to receive information about the condition of the structure, the load situation, and environmental influences (e. g. temperature deformations). In the maintenance project, Grenzbrücke Basel, the Gerber hinges are retrofitted by diagonal prestressed rods. Fiber-optic strain and temperature sensors are applied on the rods to get more information about the stress state. Based on this stress state a warning system is installed. If the stress state exceeds a limit, a message is sent to the responsible engineer. This paper presents the concept of the warning system, the fiber-optic measurements, and its calibration using trucks with defined loads.

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Stadt Konstanz plant Gebäudesanierungen mit PLAN4-Software LösungBeton- und Stahlbetonbau3/2021169Nachrichten

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Reiterer, Michael; Strauss, Alfred; Kari, HannesAnsätze zur performancebasierten Zustandsbeurteilung und Lebensdauerprognose von IngenieurkonstruktionenBeton- und Stahlbetonbau3/2021170-182Aufsätze

Kurzfassung

Es werden neue innovative Ansätze zur performancebasierten Zustandsbeurteilung und Lebensdauerprognose von Ingenieurkonstruktionen auf Grundlage eines hybriden und modellbasierten Zuverlässigkeitsindex vorgestellt. Die Methode beruht auf der Zusammenführung der Ergebnisse aus rein visuellen Zustandsprüfungen von Ingenieurkonstruktionen mit vorhandenem Expertenwissen aus Versuchen und Berechnungen. Mittels Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) werden die Zustandsklassen aus der heuristischen visuellen Inspektion und das vorhandene Expertenwissen zur verfeinerten Ermittlung des zustandsabhängigen Zuverlässigkeitsindex unter Berücksichtigung der entsprechenden Schadensfolgeklassen (CCn) bei einem bestimmten Lebensalter der Konstruktion herangezogen. Es werden vier unterschiedliche Modelle für die Prognose der zukünftig sich ergebenden Zustandsentwicklung/Degradation und der zu erwartenden Lebensdauer der betrachteten Ingenieurkonstruktion vorgestellt. Diese methodischen Ansätze werden am Beispiel einer bei Zugvorbeifahrt hochgradig dynamisch beanspruchten Lärmschutzwandkonstruktion der Bahn zur Zustandsbeurteilung und Lebensdauerprognose skizziert.

Approaches for the performance-based condition assessment and lifetime prognosis of engineering structures
The contribution discusses approaches for the performance-based condition assessment including consequence class concepts and service life prediction procedures of complex high loaded structural components as used in railway engineering. These approaches are based on hybrid monitoring and modelling based reliability index concepts and includes the merging of the results from purely visual status checks of engineering constructions with existing expert knowledge from tests and calculations. Using artificial intelligence (AI) methods, the condition classes from the heuristic visual inspection and the existing expert knowledge for refined determination of the condition-dependent reliability index under consideration of the corresponding damage consequence classes (CCn) at a certain age are used. Four different models for the prognosis of the future state development / degradation and the expected lifespan of the considered engineering construction are presented. These methodical approaches are outlined using the example of a dynamically stressed noise barrier construction due to train passing for condition assessment and (remaining) service life forecast.

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Neue Hochbau-Projektaufträge für ImpleniaBeton- und Stahlbetonbau3/2021182Nachrichten

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Küttenbaum, Stefan; Maack, Stefan; Braml, Thomas; Taffe, Alexander; Strübing, ThorstenBewertung von Bestandsbauwerken mit gemessenen Daten, Teil 2 - Berechnung der Tragwerkszuverlässigkeit unter Einbeziehung der ZfP-MessergebnisseBeton- und Stahlbetonbau3/2021183-199Aufsätze

Kurzfassung

Durch die Einbeziehung von gemessenen Daten bei der Bewertung von bestehenden Bauwerken können Unsicherheiten bei der Beurteilung des Tragverhaltens reduziert werden, ohne das normative Zuverlässigkeitsniveau einzuschränken. Informationen sind die wesentliche Grundlage für die Analyse der Zuverlässigkeit von Tragwerken. Umso wichtiger ist die Kenntnis über die Präzision und die Richtigkeit der verwendeten Informationen. Aus messtechnischer Sicht kann ein Messwert, dem keine Messunsicherheit beigeordnet wurde, als wertlos erachtet werden. Liegt ein vollständig dokumentiertes Messergebnis vor, so ist die Qualität der gemessenen Information bekannt und deren Vergleichbarkeit gewährleistet. In diesem Beitrag wird am Beispiel einer Spannbetonbrücke und zweier Grenzzustände gezeigt, wie Messergebnisse aus der zerstörungsfreien Prüfung in probabilistische Nachweise von Bestandsbauwerken einfließen können und welche Auswirkungen die Implementierung von gemessenen Daten bei der Bewertung von Bestandsbauwerken haben kann.

Reassessment of existing structures based on measured data - Part 2: Structural reliability analyses using NDT results
Every decision about the reliability of a structure is associated with uncertainties. The reassessment of existing structures remains a major challenge. The decisive difference compared to the design of new structures is the possibility and necessity to collect individual information about the actual condition and properties of the structure. Such knowledge should be appreciated in the reassessment in order to reduce uncertainties and increase the validity of the results. Reliability analyses using measured data require the comparability of measurement results and the evaluation of the quality of the measured information. Both requirements can be met by adequate measurement uncertainty considerations. Besides, the destructive interventions necessary for the measurements should be kept to a minimum. This paper shows how non-destructively gathered measurement results can be incorporated into probabilistic reassessments and which effects the implementation of measured data can have when evaluating existing structures, using a prestressed concrete bridge as a case-study.

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Maack, Stefan; Küttenbaum, Stefan; Epple, Niklas; Aligholizadeh, MohammadDie Ultraschall-Echomethode - von der Messung zur bautechnischen Kenngröße - Studie zur Leistungsfähigkeit der Messmethode am Referenzmaterial Polyamid und an BetonBeton- und Stahlbetonbau3/2021200-211Aufsätze

Kurzfassung

Zerstörungsfreie Prüfverfahren liefern wichtige Informationen zur Beurteilung von Bauwerken. Mit ihnen können Materialeigenschaften bestimmt oder die innere Struktur von Bauteilen beschrieben werden. Für letzteres werden in der Regel Volumenverfahren angewandt. Einen besonderen Stellenwert haben in der Praxis die Radar- und die Ultraschall-Echoverfahren. Ihre Anwendung erfordert lediglich eine einseitige Zugänglichkeit zum Bauteil. Zudem lassen sich zahlreiche unterschiedliche Prüfaufgaben lösen. Zum Stand der Technik gehören beispielsweise die Ortung von Bewehrung und Spannkanälen, die Bestimmung der Dicke von Bauteilen oder die Fehlerlokalisierung. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie mithilfe von Ultraschall-Echomessungen gesammelte Messwerte in ein quantitatives Messergebnis überführt werden können, das wiederum in ingenieurtechnische Berechnungen einfließen kann. Einleitend werden die Prüfmethode und die Messtechnik erläutert. Anschließend wird das Vorgehen von der Auswertung der Messergebnisse bis zur Bestimmung der bautechnischen Kenngröße - Bauteildicke - gezeigt. Abschließend wird die Methodik an einem Referenzprüfkörper aus Polyamid demonstriert und den Ergebnissen von Messungen an Beton gegenübergestellt.

Ultrasonic Echo Method - Deriving structural parameters from measured values
Non-destructive testing methods provide valuable information for the assessment of structures. The application of these methods facilitates the measurement of material properties and the description of the structures' inside geometry. The internal structure is usually examined non-destructively using volume methods. The ground penetration radar (GPR) method and the ultrasonic echo technique are important tools. Their application requires one-sided accessibility to the component only. Various testing tasks can be solved, e. g. the localization of reinforcement or tendon ducts, the determination of the thickness of components or the detection of structural defects. In this study it is shown how measurement results, suitable to be used later in engineering assessments, can be derived from observations made with ultrasonic echo measurements. The testing method and the measuring system are explained first. Subsequently, the procedure starting with the evaluation of the measurement signals via the calculation of the measurement uncertainty up to the determination of the characteristic material parameters is shown. Finally, the methodology is demonstrated on a reference specimen made of Polyamide. The findings are compared with the results of measurements on concrete.

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Volle Konzentration auf MörtelBeton- und Stahlbetonbau3/2021211Nachrichten

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Speck, Kerstin; Vogdt, Fritz; Curbach, Manfred; Petryna, Yuri; Marx, SteffenDehnungsmessung bei mehraxialen Druckversuchen an Beton mittels faseroptischer SensorenBeton- und Stahlbetonbau3/2021212-221Aufsätze

Kurzfassung

Für die Quantifizierung lastinduzierter anisotroper Schädigungen unter verschiedenen mehraxialen Spannungszuständen ist die Dehnungsmessung im Inneren kleinformatiger Probekörper erforderlich. Quasikontinuierlich messende faseroptische Sensoren ohne werksseitige Schutzummantelung können dafür neue Möglichkeiten eröffnen. Dieser Beitrag erläutert die Herausforderungen bei der Dehnungsmessung bei mehraxialen Versuchen und das Potenzial der quasikontinuierlichen Dehnungsmessung mit faseroptischen Sensoren. Es wird die Positionierung der Messfasern mittels eines Messingprofils in den unbewehrten Probekörpern erläutert und die Beeinflussung der Betoneigenschaften durch dieses Trägergestell. Die möglichen Messgenauigkeiten und messtechnischen Besonderheiten speziell hinsichtlich der querdruckempfindlichen und nicht alkaliresistenten Messfasern werden aufgezeigt. Ein Vergleich mit der häufig angewandten Dehnungsmessung über die Bürstenverformung zeigt, dass trotz aller bestehenden Herausforderungen die faseroptischen Sensoren eine Dehnungsmessung bei dreiaxialen Versuchen in bisher nicht erreichbarer Genauigkeit ermöglichen.

Strain measurement in multi-axial compression tests on concrete using fiber optic sensors
The quantification of load-induced anisotropic damage under various multi-axial stress conditions requires the measurement of strain inside small specimens. Therefore, quasi-continuously measuring fiber optic sensors without a protective coating were preferred. This paper explains the challenges of strain measurement in multi-axial tests and the potential of quasi-continuous strain measurement with fiber optic sensors. The positioning of the measuring fibers by using a brass profile in the unreinforced test specimens is explained and the influence of this support frame on the concrete properties is described. The available measuring accuracies and special measuring requirements, especially regarding the transverse pressure-sensitive and non-alkali-resistant measuring fibers, are shown. A comparison with the frequently used strain measurement via brush deformation shows that despite all existing challenges the fiber optic sensors allow strain measurement in triaxial tests in a so far not achievable accuracy.

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Kohm, Mareike; Stempniewski, LotharEntwicklung eines modal basierten Brückenmonitoring-Systems - Labortechnische Sensitivitätsanalyse der modalen ParameterBeton- und Stahlbetonbau3/2021222-231Aufsätze

Kurzfassung

In den vergangenen Jahren ist das Interesse an modal basierten Überwachungssystemen insbesondere für Brückenkonstruktionen stark gestiegen. Das Ziel ist es, Schädigungsprozesse frühzeitig zu erkennen und die Lebensdauer bestehender Brücken zu verlängern sowie die Instandhaltungskosten zu minimieren. Die modalen Parameter, Eigenfrequenzen und Eigenformen, sind globale Parameter, die von der Steifigkeits- und Massenverteilung der Konstruktion abhängen. Unter der Annahme, dass Schädigungsprozesse mit einer Steifigkeitsabnahme einhergehen, ermöglichen sie die Detektion sowie Lokalisierung von geschädigten Bereichen einer Struktur. Im Rahmen dieser Arbeit werden Laborversuche vorgestellt, bei denen die Sensitivität der modalen Parameter gegenüber einer anwachsenden Rissbildung untersucht wurde. Darüber hinaus wurden die vorgeschädigten Stahlbetonbalken mit extern applizierten carbonfaserverstärkten Kunststofflamellen (CFK-Lamellen) verstärkt und anschließend bis zum Versagen belastet. Es kann eine hohe Sensitivität der modalen Parameter hinsichtlich einer zunehmenden Rissbildung detektiert werden. Des Weiteren kann die Wirkung des Verstärkungssystems erfolgreich anhand der modalen Parameter belegt werden.

Development of a modal based bridge monitoring system
In recent years, the interest in modal based monitoring systems, especially for bridge constructions, has increased significantly. The aim is to detect damage processes at an early stage and to extend the service life of existing bridges and to minimize maintenance costs. The modal parameters, natural frequencies and mode shapes, are global parameters that depend on the stiffness and mass distribution of the structure. Assuming that damage processes are accompanied by a decrease in stiffness, they allow the detection and localization of damaged areas of a structure. In the context of this paper, laboratory tests are presented, in which the sensitivity of the modal parameters to increasing crack formation was investigated. In addition, the pre-damaged reinforced concrete beams were strengthened with externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) laminates and subsequently loaded until failure. A high sensitivity of the modal parameters with respect to increasing crack formation can be detected. Moreover, the effect of the amplification system can be successfully proven by means of the modal parameters.

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Rappl, Stefan; Osterminski, Kai; Ansary, Shima; Hiemer, FlorianDauerschwingverhalten von Betonstahl im Dauerfestigkeitsbereich N ? 10 MillionenBeton- und Stahlbetonbau3/2021232-239Aufsätze

Kurzfassung

Das Ermüdungsverhalten von Betonstahl im Dauerfestigkeitsbereich stellt sich so gut wie unerforscht dar. Windenergieanlagen (On- und Offshore) werden jedoch gerade diesen hohen Lastwechselzahlen aus Windbeanspruchung und Seegang ausgesetzt. Für die Untersuchung dieser Fragestellung wurden rund 80 Betonstähle mit zwei unterschiedlichen Durchmessern (10 und 16 mm) auf drei verschiedenen Schwingweiten getestet. Die Probekörper wurden teilweise bis zu 100 Mio. Lastwechseln in einem Hochfrequenzpulsator mit ca. 100 Hz beansprucht. Dabei wurde insbesondere der Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit bei größeren Durchmessern deutlich. So versagten die Proben mit Durchmesser 16 mm vorzeitig an Oberflächenbeschädigungen aus dem Walz- bzw. Richtprozess, während die dünneren Probekörper die vorgegebene Lastwechselzahl erreichten. Mit zunehmender Schwingweite konnte zudem eine starke Zunahme von Einspannbrüchen unabhängig vom Durchmesser festgestellt werden. Mit zunehmendem Durchmesser wurde ein stärkerer Abfall der Überlebenswahrscheinlichkeit beobachtet. Bei Betrachtung der Oberfläche mit dem Rasterelektronenmikroskop konnten zahlreiche Anrisse an der Oberfläche von Durchläufer-Probekörpern festgestellt werden. Diese waren insbesondere an kerbspannungsexponierten Stellen wie Rippenfüßen oder Kerben aus dem Richtprozess zu finden.

Fatigue behaviour of reinforcing steel in the very-high-cycle-fatigue regime N ≥ 10 millions
The fatigue behaviour of reinforcing steels in the very-high-cycle-fatigue regime is almost unexplored. Especially wind turbines (on- and offshore) are exposed to these high numbers of cycles caused by wind and tide. 80 reinforcing steels with two different diameters (10 and 16 mm) were tested on three different stress ranges for investigating into this topic. All experiments ran in a high frequency pulsator with a frequency of about 100 Hz, some of them reached up to 100 million numbers of cycles. The surface quality of the specimen with a larger diameter had a great influence on the fatigue behaviour. These specimen failed early at areas with surface damages caused by the rolling or straightening process. The thinner specimen reached the given number of cycles without any failure. A great increase of the failure type «breakage» could be detected with increasing stress range. This was independent of the specimen diameter. A greater decrease of the survival probability was detected for specimen with a larger diameter. The surface of run-out specimen was examined by a scanning electron microscope. Many cracks have been detected especially at areas with high notch stresses like rib feet or notches caused by the straightening process.

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