Ein Vergleich der Kernmaterialien von Sandwichelementen hat inkonsistente Zusammenhänge zwischen ihren Steifigkeitsmoduln bei unterschiedlichen Kerndicken ergeben. Daher wurden zwei Testverfahren zur Ermittlung der Schubeigenschaften des Kernwerkstoffs von Sandwichelementen theoretisch und experimentell untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass bei dem Schubbalkenversuch nach DIN EN 14509 eine genauere Definition der Lastverteilungsplatten notwendig ist und die übliche Vernachlässigung der Eindrückung am Auflager lediglich bei dünnen und mittleren Bauteildicken gerechtfertigt ist. Die Untersuchungen zum Gelenkquadratversuch haben den Einfluss der Exzentrizität zwischen der Gelenkebene und der Probenaußenkante gezeigt und mündeten in der Entwicklung eines neuen Versuchsaufbaus. Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen liefern die Grundlage dafür, das Tragverhalten von Sandwichelementen künftig realistischer modellieren zu können.

Determination of the shear properties of sandwich core materials
A comparison of the core materials of sandwich panels has revealed inconsistent relationships between their stiffness moduli at different core thicknesses. Therefore, two test methods for determining the shear properties of the core material of sandwich panels were assessed theoretically and experimentally. The results show that for the shear beam test according to EN 14509 a more precise definition of the load distribution plates is necessary and that the usual neglect of the indentation at the support is only justified for thin and medium panel thicknesses. The investigations on the square shear test have shown the influence of the eccentricity between the joint plane and the top edge of the specimen and resulted in the development of a new test setup. The findings from the investigations provide the basis for more realistic modelling of the load-bearing behavior of sandwich panels in the future.

Die Wärmebrückenwirkung von Fassadenunterkonstruktionen aus Metall kann durch den Einbau geschlitzter Unterkonstruktionen reduziert werden, wodurch die energetische Qualität vorgehängter hinterlüfteter Fassaden erhöht werden kann. Fehlende Bemessungshilfen zur Berücksichtigung der Schlitzgeometrien in der Unterkonstruktion verhindern allerdings häufig die Anwendung in der Praxis. Im Rahmen eines durch die AiF geförderten Forschungsvorhabens wird das Lehr- und Forschungsgebiet für Nachhaltigkeit im Metallleichtbau in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Stahlbau und Leichtmetallbau der RWTH Aachen University Lösungen zur statischen und bauphysikalischen Bemessung von geschlitzten Stahlleichtbauprofilen für die Gebäudehülle aus Metall entwickeln. Die vorliegende Bearbeitung zeigt zwei Ansätze zur Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten von Außenwänden mit geschlitzten Unterkonstruktionen aus Metall. Ein Verfahren nimmt den geometrischen Weg der durch die Schlitzgeometrie abfließenden Wärme auf und leitet hieraus eine äquivalente Wärmeleitfähigkeit des geschlitzten Profils ab. Bei dem zweiten Verfahren wird der geschlitzte Stegbereich durch einen Bereich mit äquivalenter Wärmeleitfähigkeit ersetzt und kann hiermit im Rahmen von vereinfachten FEM-Berechnungen berücksichtigt werden. Beide Ansätze sollen im Rahmen des Forschungsvorhabens validiert werden.

Thermally improved steel substructures for metal facades
The thermal bridge effect of metal facade substructures can be reduced by installing slotted substructures, which can increase the energy quality of rear-ventilated facades. However, the lack of design aids to take account of the slotted geometries in the substructure often prevents their use in practice. As part of a research project funded by the AiF, the Chair of Sustainable Metal Building Envelopes in collaboration with the Chair of Steel Construction and Lightweight Metal Construction at RWTH Aachen University will develop solutions for the structural and physical design of slotted lightweight steel profiles for metal building envelopes. The present work shows two approaches to determine the thermal transmittance of exterior walls with slotted metal substructures. One method takes the geometric path of heat dissipation through the slot geometry and derives an equivalent thermal conductivity of the slotted profile. In the second method, the slotted bar area is replaced by an area with equivalent thermal conductivity and can thus be taken into account in simplified FEM calculations. Both approaches are to be validated within the scope of the research project.

Sandwichelemente aus außenliegenden dünnwandigen Stahldeckschichten mit innenliegendem Dämmkern stellen mittlerweile die Standardlösung für den Raumabschluss im Hallenbau dar. Für die Wandverkleidung werden üblicherweise Elemente mit beidseitig flachen Deckschichten verwendet. Bei Dachelementen ist mindestens eine Deckschicht profiliert. In der Praxis werden sowohl Wand- als auch Dachelemente als Mehrfeldträger verlegt, um die Bauausführung zu beschleunigen und die Anzahl der Fugen zu reduzieren. Im Folgenden soll nun das Tragverhalten von zweifeldrigen Sandwich-Dachelementen unter Punktlasten, welche bspw. infolge von Photovoltaikaufbauten (PV) auftreten, numerisch untersucht werden. Hierzu werden Modellierungsvarianten für das auf Querdruck und Biegung belastete Mittelauflager sowie der Einfluss verschiedener Kerneigenschaften verglichen. Ziel soll es sein, die Querschnittsaktivierung infolge der lokalen Belastung zu quantifizieren und rein rechnerische Nachweise für PV auf Sandwich-Dachelementen zu ermöglichen.

Numerical analysis of two-span sandwichelements with point loads
Sandwichelements with thin-walled steel-faces and inner insulating core are the standard solution for the envelope of hall-constructions. The outer faces of wall-elements are usually lightly profiled, whereas roof-elements have at least one considerably profiled face. For a fast assembling with a minimum amount of joints, they are usually mounted as multi-span systems. In this article the load bearing behavior of two-span sandwichgirders exposed to point-loads, which occur due to top-mounted photvoltaic-systems (PV) for example, shall be discussed. Modelling examples for the middle support, which is stressed by vertical pressure and bending, and the effects of varying core-stiffnesses are studied. The goal is to determine the cross-section activation under point loads to advance design by calculation.

Die Digitalisierung der Planung, Konstruktion und Bauausführung führt zu einer Transformation des Berufsbilds bei Architekten und Ingenieuren. In diesen Fachbereichen unterstützen digitale Werkzeuge schon seit vielen Jahren die Entwurfs- und Designprozesse, doch gerade in der heutigen Zeit wird der Einsatz effizienter, digitaler und innovativer Technologien auf allen Arbeitsbereichen als unabdingbar betrachtet. Das Lehr- und Forschungsgebiet Nachhaltigkeit im Metallleichtbau an der RWTH Aachen University untersucht den Mehrwert des integrativen Einsatzes solcher Technologien im Metallleichtbau. Dieser Aufsatz gibt in diesem Kontext einen Einblick in Forschung und Lehre und stellt Projekte aus der Praxis vor.

Digitalization in lightweight metal construction
Digitalization of planning, design and construction leads to a transformation among architects and engineers. Digital tools have been supporting the drafting and design processes in these specialist areas for many years. Today the use of efficient, digital and innovative technologies in all work areas is considered indispensable. The teaching and research area of sustainability in lightweight metal construction at the RWTH Aachen University examines the added value of the integrative use of such technologies in lightweight metal construction. In this context the article provides an insight into research and teaching and presents practical projects.

Schubringe von Druckschachtpanzerungen dienen zur Längskraftübertragung zwischen Rohr und Gebirge und werden primär aus der Deckeldruckkraft beansprucht. In diesem Aufsatz wird auf das realitätsnahe Tragverhalten von mehreren hintereinanderliegenden Schubringen bei zusätzlichen Zwangsbeanspruchungen aus Innendruck und Temperatur für repräsentative Ausführungsfälle eingegangen, wobei auch die Rohrreibung mit einbezogen wird. Dazu dienen numerische FE-Berechnungen. Des Weiteren wird ein 1D-Stabmodell (Bemessungsmodell) dargestellt, das von den Autoren entwickelt wurde. Die Ergebnisse am 1D-Stabmodell werden jenen am FE-Modell gegenübergestellt. Es kann gezeigt werden, dass auch für maßgebende Einwirkungskombinationen mit dem 1D-Stabmodell ausreichend zutreffende Schubringkräfte erhalten werden. Die FE-Berechnungen zeigen auch, dass Einwirkungskombinationen nur zutreffend als Gesamtbelastung analysiert werden können, eine Superposition von Einzellastfallergebnissen führt hier mitunter zu groben Fehleinschätzungen.

Penstocks with multiple thrust rings - accurate forces at thrust rings due to constraining effects and comparison with a simple design model
Thrust rings are a component of penstocks and have to transfer the longitudinal forces of the steel pipe to the surrounding rock mass. Longitudinal forces occur primarily due the pressure loads at valves or at pipe covers. Within this paper, the realistic load bearing behaviour of different penstocks geometries with multiple thrust rings is presented, including constraining effects due to internal pressure and temperature. Results are shown with and without friction effects between steel pipe and surrounding concrete and are based on numerical FE analyses. In addition, a simple 1D beam model (design model), developed by the authors, is presented. The forces at the thrust rings are compared between both models. It is shown that also for different load combinations the simple 1D beam model gives accurate results for practical application. The FE study also shows, that always the load combinations with the constraining effects due to internal pressure and temperature must be analysed - a superposition of the results of the individual load cases leads to misleading results.

Etablierte Fertigungsmöglichkeiten erlauben den genauen Zuschnitt der Kontur von auf Hohlprofilgurten aufgesetzten Fachwerkstäben als runde oder rechteckige Hohlprofile. Bei der Tragfähigkeitsberechnung von Hohlprofilanschlüssen nach DIN EN 1993-1-8 und ISO 14346 werden volltragfähige Schweißverbindungen vorausgesetzt. Einflüsse auf die Tragfähigkeit von Hohlprofilanschlüssen haben u. a. die Schweißnahtgeometrie, die Stähle der Gurte und Füllstäbe sowie die verwendeten Schweißzusatzwerkstoffe und Schweißprozesse. Verschiedene Versagensformen setzen voraus, dass der Anschluss eine ausreichende Duktilität ausweist. Daher muss ausreichend plastisches Umlagerungsvermögen vorhanden sein. Mit zunehmender Streckgrenze wird es schwieriger, diese Voraussetzung zu erfüllen. Gründe hierfür können in einer Festigkeitsreduzierung oder Versprödung der Schweißnahtbereiche liegen. Um ein vorzeitiges Versagen innerhalb der Wärmeeinflusszone zu vermeiden, ist eine sach- und fachgerechte Ausführung der Schweißverbindungen erforderlich. In einem weiteren Beitrag der vorliegenden Ausgabe der Stahlbau wird auf die statische Tragfähigkeit geschweißter, hochfester Hohlprofilknoten eingegangen. Zu den hierzu laufenden AiF-FOSTA-Forschungsvorhaben wird eine Übersicht gegeben. Im folgenden Beitrag wird die Bemessung und Ausführung von Schweißverbindungen an hochfesten Stahlhohlprofilen erläutert. Dabei wird zunächst auf die Bemessungsregeln von Schweißnahtverbindungen in der Neuausgabe der EN 1993-1-8 eingegangen. Es folgen Erläuterungen zur Herstellung geschweißter Stahlhohlprofilanschlüsse einschließlich des Zuschnitts, der Flankenvorbereitung und der schweißtechnischen Ausführung. Darauf aufbauend wird die Entwicklung eines Versuchsprogramms zur Untersuchung von Füllstab-Gurt-Anschlüssen vorgestellt und der Einfluss der Fertigungsparameter auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte und der Wärmeeinflusszone beschrieben.

Design and fabrication of welded high-strength hollow section joints
Established manufacturing facilities allow the precise cutting of the contour of truss members placed on hollow section chords as round or rectangular hollow sections. When calculating the load-bearing capacity of hollow section joints according to DIN EN 1993-1-8 and ISO 14346, fully load-bearing welded connections are assumed. Influences on the load-bearing capacity of hollow section joints include the weld geometry, the steel grades of the chords and braces, and the filler materials and welding processes used. Various failure modes require that the joint show sufficient ductility. A plastic rearrangement capacity must be ensured. As the yield strength increases, it becomes more difficult to meet this requirement. Reasons for this may be a reduction in strength or embrittlement of the weld areas. To avoid premature failure within the heat-affected zone, the welded connections must be properly and professionally executed. Another article in this issue of Stahlbau deals with the static load-bearing capacity of welded high-strength hollow section joints. An overview is given of the current AiF-FOSTA research projects in this area. The following article explains the design and execution of welded connections on high-strength hollow section joints. First, the design rules for welded connections in the new edition of EN 1993-1-8 are discussed. This is followed by explanations of the execution of welded hollow section joints, including cutting, flank preparation and welding. Based on this, the development of a test program for the investigation of brace-to-chord connections is presented and the influence of the processing parameters on the mechanical properties of the welds and the heat-affected zone is discussed.

Mischverbindungen aus normalfesten und hochfesten Stählen ermöglichen einen optimierten Materialeinsatz durch die Anpassung an die einwirkenden Kräfte. Das führt ökologisch und wirtschaftlich zu Vorteilen durch einen reduzierten Materialverbrauch und kleinere Schweißnahtgeometrien. Da normativ derzeit keine Regelungen für stumpfgeschweißte Mischverbindungen aus normalfesten und hochfesten Stählen bestehen, soll im laufenden Forschungsprojekt “Effiziente Nachweiskonzepte für Mischverbindungen im Stahlbau” ein Bemessungsansatz dafür entwickelt werden. Darüber hinaus werden die bereits bestehenden Bemessungskonzepte für Stumpfnahtverbindungen und Kehlnahtverbindungen bis zur Stahlsorte S960 erweitert, sodass die geplante neue Fassung des Teils EN 1993-1-12 entsprechend ergänzt werden kann. Dafür werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur Tragfähigkeit durchgeführt, bei denen die Einflussgrößen Grundwerkstoff, Schweißzusatz, Energieeintrag, Blechdicke und Nahtgeometrie variieren. Mit den erzielten Ergebnissen und weiterführenden Begleituntersuchungen können die Auswirkungen variierender Einflussgrößen auf die Tragfähigkeit der Schweißverbindungen identifiziert werden. Über erste Ergebnisse wird im Folgenden berichtet.

Effective design concepts for welded mixed connections in steel structures
Mixed connections made of normal strength and high strength steels enable optimal material use to the forces acting on them. This leads to ecological and economic advantages through reduced material consumption and smaller weld geometries. Normative rules for butt-welded mixed connections of normal strength and high strength steels do not exist, therefore a design approach for such connections is to be developed in the research project “Effective design concepts for mixed connections in steel structures”. In addition, the design concepts already developed for butt-welds and fillet-welds are being extended up to S960, in order to integrate the results into the new version of EN 1993-1-12. For this purpose, extensive experimental investigations of the load-carrying capacity are carried out by varying the base material, welding consumable, heat input, plate thickness and weld geometry. With the results obtained and further accompanying investigations, the influences of the varying parameters on the load-carrying capacity of the welded connections will be identified. First results of that project are reported in the following.

Bei hochbeanspruchten Stahlkonstruktionen wie Windenergieanlagen oder Brücken ist der Einsatz höchstfester Baustähle interessant, allerdings wird bei diesen Bauwerken meist der Ermüdungsnachweis maßgebend. Die in den zu verwendenden Regelwerken angegebenen Kerbfälle sind unabhängig von der Werkstofffestigkeit, sodass der Einsatz hoch- oder höchstfester Stähle bei einer Dominanz des Betriebsfestigkeitsnachweises keine Vorteile bei diesen Konstruktionen bietet. Durch den Einsatz einer Schweißnahtnachbehandlung mit höherfrequenten Hämmerverfahren (HFH) kann die Ermüdungsfestigkeit geschweißter Verbindungen jedoch entscheidend erhöht werden. Dabei zeigen alle bisherigen Untersuchungen eine zunehmende Effektivität der HFH-Verfahren mit steigender Werkstofffestigkeit. Die neue DASt-Richtlinie 026 regelt die Ermüdungsbemessung von Kerbdetails aus den Stahlsorten S235-S700 für die Anwendung von HFH-Verfahren. Die Erweiterung auf höchstfeste Stähle bis S960 steht noch aus. Ebenso ist der Umgang mit geometrischen Imperfektionen außerhalb der Grenzwerte der Schweißnahtbewertungsgruppe B gemäß ISO 5817 bislang nicht geregelt. Im laufenden AiF-FOSTA-Forschungsprojekt 21410 BG (P 1505) sollen die Grundlagen für eine Erweiterung der DASt-Richtlinie 026 auf höchstfeste Stähle bis S960 gelegt und der Einfluss von erhöhten Fertigungsimperfektionen auf die Ermüdungsfestigkeit HFH-behandelter Schweißnähte gezielt untersucht werden. Im Folgenden wird das Vorhaben vorgestellt und erste Projektergebnisse gezeigt.

HFMI-treatment of ultrahigh-strength steels - extension of the DASt-guideline 026
In the case of highly loaded steel structures such as wind towers or bridges, the use of newer ultra-high-strength structural steels is interesting, but the fatigue verification is usually decisive for these structures. Standards and guidelines specify detail categories for fatigue assessment that are independent of material strength, so there is no benefit regarding the use of high-strength steels in fatigue loaded structures. By using post-weld treatment by high-frequency mechanical impact treatment (HFMI), the fatigue strength of welded joints can be increased to a great extent. Previous investigations show an increasing effectiveness of HFMI-treatment with increasing material strength. The new DASt-guideline 026 gives rules for the fatigue assessment of constructional details made of steel grades reaching from S235 to S700 after the application of HFMI-treatment. An extension for steels up to a steel grade of S960 is pending and geometric imperfections exceeding weld quality level B of ISO 5817 are not covered yet. The objective of the current AiF-FOSTA project 21410 BG (P 1505) is to develop the basis for an extension of the DASt-guideline 026 for high strength steels up to a steel grade of S960 and to investigate the influence of increased imperfections on the fatigue strength of HFMI-treated welds. Therefore, experimental investigations are carried out on constructional details with and without imperfections. Moreover, the influence of various imperfections is analysed numerically. In the following, the project is presented and first project results are shown.

Für die Umsetzung der klimapolitischen Ziele ist eine wirtschaftliche und ressourcenschonende Bauweise von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) dringend erforderlich. Die Erhöhung der anzusetzenden Ermüdungsfestigkeit durch den Einsatz hochfester Stähle und durch die Anwendung von Schweißnahtnachbehandlungsmethoden bietet großes Potenzial zur Senkung des Materialeinsatzes und der Kosten bei Monopiles. Speziell in der automatisierten Fertigungskette der OWEA bieten sich automatisierte Prozesse wie das Festwalzen an. Festwalzen ist ein im Maschinenbau etabliertes mechanisches Bearbeitungsverfahren zur Erhöhung der Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit von metallischen Komponenten. Der vorliegende Aufsatz stellt Ergebnisse des Festwalzens als neuartige Nachbehandlungsmethode zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von Schweißnähten dar. Es werden die Oberflächen- und Randzoneneigenschaften UP-geschweißter Stumpfnahtstöße aus einem Baustahl der Güte S355MLO vor und nach dem Festwalzen gezeigt. Um den Einfluss des Festwalzens auf die Nahtgeometrie zu quantifizieren, werden zusätzlich Ergebnisse von Messungen mit einem Laserliniensensor dargestellt. Abschließend werden die Ergebnisse der Ermüdungsversuche diskutiert, die das große Potenzial des Festwalzprozesses als Schweißnahtnachbehandlungsmethode aufzeigen.

Automated post weld treatment for offshore wind turbines
A more economical and resource-saving construction of offshore wind energy converters (OWEC) is necessary in order to implement climate policy objectives. The increase of the fatigue resistance by using high-strength steels and by applying post-weld treatment methods offers great potential for reducing the use of materials and costs for monopiles. Specifically, in the automated OWEC manufacturing chain, automated processes such as deep rolling are a suitable option. Deep rolling is an established process in mechanical engineering for increasing the wear and fatigue resistance of metallic components. This paper presents results of deep rolling as a new post treatment method to increase the fatigue strength of welds. The surface and subsurface zone properties of submerged arc welded butt joints made of a structural steel grade S355MLO before and after deep rolling are shown. In order to quantify the influence of deep rolling on the weld geometry, measurements of a laser line sensor are presented. Finally, the results of fatigue tests are discussed, which show the great potential of the deep rolling process as a post weld treatment method.

Die Stadt Freiburg und der Fußballverein SC Freiburg haben ein neues Stadion sowie angrenzende Trainingsplätze und ein Verwaltungsgebäude mit identitätsstiftender Architektur errichtet. Dabei stand das gemeinsame Erlebnis für die Fans neben der klaren Architektursprache von Beginn an im Mittelpunkt. Das Stadion besitzt eine rechteckige Grundform mit einem umlaufenden Massivbau für die Tribünen sowie ein dreistöckiges Verwaltungsgebäude, welches in das Stadion integriert ist. Das gesamte Stadion wird durch eine Stahldachkonstruktion mit einer Grundfläche von 24.000 m2 überdacht. Das Dachtragwerk des Stadions ist als Stahlfachwerkkonstruktion mit knapp 44 m langen und weit auskragenden, geschweißten Hauptfachwerkträgern geplant. Mit seinen rundum laufenden diagonalen Stützen, welche die Zugkräfte in den Baugrund einleiten, ist die neue Spielstätte des SC Freiburg schon von außen ein echter Hingucker.

Slender steel roof construction - new soccer stadium for SC Freiburg
The city of Freiburg and the soccer club SC Freiburg built a new soccer stadium as well as an adjoining training ground and an administration building with identity-forming architecture. In addition to the clear architectural language, the shared experience for the fans was the focus right from the very beginning. The stadium has a rectangular shape with a surrounding solid structure for the grandstands and a three-storey administration building that is integrated into the stadium. The entire stadium is covered by a steel roof construction with a floor area of 24,000 m2. The roof construction of the stadium is planned as a steel truss construction with almost 44 m long and cantilevering, welded main truss girders. With its surrounding diagonal supports, which transfer the tension forces into the subsoil, the new SC Freiburg stadium is a real eye-catcher even from the outside

Im Stahl- und Verbundbrückenbau steht der Anschluss von außen- oder innenliegenden Diagonalen mittels eingestecktem Knotenblech wegen der Ermüdungsbeanspruchbarkeit in der Diskussion. Derzeit kommen verschiedene Ausführungsvarianten zum Einsatz, die grundlegend unterschiedliche Kerben aufweisen und nicht durch DIN EN 1993-1-9 bzw. DIN EN 1993-2 oder Nationalen Anhang geregelt sind. Ziel des DASt-AiF-Forschungsvorhabens 20452 “Praxisgerechte Gestaltung von Diagonalrohr-Anschlüssen im Stahl- und Verbundbrückenbau” war die Entwicklung allgemeingültiger Regelungen, um einen wirtschaftlicheren und abgesicherten Ansatz für die Bemessung und Ausführung von Stahl- und Verbundbrücken zu ermöglichen. Dazu wurden innerhalb des Vorhabens experimentelle Untersuchungen an drei unterschiedlichen Ausführungsvarianten von Diagonalrohr-Anschlüssen mittels eingestecktem Knotenblech durchgeführt, um die charakteristische Ermüdungsfestigkeit zu ermitteln, die als Grundlage für den Normvorschlag in prEN 1993-1-9 dient. Weitere geometrische Parameter wurden in numerischen Untersuchungen herausgearbeitet und fließen u. a. in die Ausführungs- und Bemessungsempfehlungen des Bundes (RE-ING bzw. BEM-ING) ein.

Practice-oriented design of tubular bracings in steel and composite bridges
In steel and composite bridges, the joints with slitted tubes and gusset plates that are usually used for tubular bracings inside or outside of box girders are under discussion due to their critically assessed fatigue behaviour. For the currently various design variants used in bridge construction with basically different notches, no clear rules are given regarding the detail category by the standards EN 1993-1-9 or EN 1993-2. The aim of the DASt-AiF research project 20452 “Practice-oriented design of tubular bracings in steel and composite bridges” was the development of generally applicable rules to enable a more economical and safe approach for the design of steel and composite bridges. For this purpose, experimental investigations were carried out within the project on three different design variants of tubular bracings in order to determine the characteristic fatigue strength, which serves as basis for the proposal in prEN 1993-1-9. Further geometric parameters were numerically investigated and considered in the design and execution recommendations of the German RE-ING and BEM-ING.

Die zerstörungsfreie Seilprüfung mittels magnetinduktiver Prüfung ist bei Seilbahnen und Schachtförderanlagen seit Jahrzehnten gängige Praxis, welche auch in Vorschriften und Normen Einzug gehalten hat. Dieses Prüfverfahren wird auch vermehrt bei seilabgespannten Brücken sowie bei mit Litzenbündeln ausgeführten Brücken angewendet und bei den Hauptprüfungen gefordert. Herausforderungen bestehen hierbei v. a. bei aufwendig gestalteten Seilkonstruktionen, bei denen nur bedingt die Prüfungen durchgeführt bzw. bei denen die wichtigen Bereiche (z. B. Klemmenbereiche) nicht begutachtet werden können. Des Weiteren werden vermehrt Ultraschallprüfungen bei vergossenen Seilendverbindungen zur Detektion von Drahtbrüchen u. Ä. gefordert, obwohl die verfügbaren Messverfahren für diese Art der Prüfung nicht ausreichend erforscht bzw. entwickelt sind. Neben diesen zerstörungsfreien Prüfungen kann auch die softwaregestützte visuelle Seilkontrolle durchgeführt werden. Diese kann helfen, Oberflächendefekte wie fehlenden Korrosionsschutz oder durch Blitzschläge oder in der Nähe unsachgemäß durchgeführte Schweißarbeiten verursachte Verschweißungen von Drähten zu detektieren. Die genannten Prüfverfahren werden in diesem Beitrag näher vorgestellt und deren Vorteile und Verbesserungspotenziale aufgezeigt. Weiter werden generelle Angaben zu Seilprüfungen und Inspektionen gemacht.

Non-destructive testing of bridge cables and end connections
Non-destructive rope testing using the magneto-inductive measuring technology has been common practice for ropeways and shaft hoists for decades and has also found its way into the regulations and standards. This measuring method is also increasingly used and required for rope-tensioned bridges and bridges with strand bundles. Challenges exist with complex rope structures where the inspection can only be carried out to a limited extent or where the important areas (e. g. clamp areas) cannot be inspected. Furthermore, ultrasonic testing is increasingly demanded for wire breaks etc. in casted rope end connections, although the available measuring methods have not been sufficiently researched or developed for this type of testing. In addition to these non-destructive tests, a software-supported visual rope inspection can also be carried out, which helps to detect surface defects such as a lack of corrosion protection or lightning strikes. In this article, the above-mentioned testing methods are presented in more detail, and their advantages and potential for improvement are shown. Furthermore, general information on rope tests and inspections is given.

Der vorliegende Beitrag spiegelt die fortschreitende Entwicklung der ersten europäischen Bemessungsnorm für den Membranbau wider. Sie wird als CEN/TS 19102 “Design of tensioned membrane structures” veröffentlicht werden. Neben Bemessungsregeln wird sie übergangsweise u. a. auch auf das Bemessungskonzept abgestimmte Ausführungsregeln beinhalten. Der aktuelle Stand der geplanten Regelungen dieser beiden Teilbereiche wird im Beitrag präsentiert.

Design and execution of membrane structures according to prCEN/TS 19102
This paper reflects the progressive development of the first European design standard for membrane structures. It will be published in future as CEN/TS 19102 “Design of tensioned membrane structures”. In addition to design rules, it will also contain interim execution rules based on the design concept. The current status of the planned regulations in these two areas is presented in this article.

Das thermoplastische Fluorpolymer Ethylen/Tetrafluorethylen, kurz ETFE, wird seit den 1980er-Jahren vermehrt in Membranstrukturen des Bauwesens verwendet. Der Kunststoff weist ein nichtlineares viskoelastisches Materialverhalten auf, welches bislang nicht vollumfänglich untersucht ist. Beim Bau von Membranstrukturen mit ETFE-Folien sind jedoch die Kenntnisse über das nichtlineare viskoelastische Materialverhalten essenziell, um weitspannende, offen wirkende und zugleich sichere und wirtschaftliche Strukturen bauen zu können. Das Materialverhalten kann hierbei in das Kurzzeitzugverhalten und das Langzeitverhalten, sowohl unter monoaxialen als auch biaxialen Beanspruchungen, unterschieden werden. Für die Konfektionierung der Flächentragwerke ist das Verschweißen einzelner Zuschnittsbahnen unabdingbar, da das Grundmaterial nur in begrenzten Warenbreiten erhältlich ist. Über das Tragverhalten geschweißter ETFE-Folien gibt es bisher nur wenige Untersuchungen. In diesem Aufsatz wird ein Kurzüberblick über das Materialverhalten von ETFE-Folien in Kurzzeitzug- und Langzeitversuchen bereitgestellt. Zudem werden Materialmodelle vorgestellt, die das Materialverhalten in den o. g. Versuchen bzw. Zuständen beschreiben. Weiterhin werden erste Einblicke in das Bruchverhalten geschweißter ETFE-Folien gegeben.

Mechanical-technological behaviour of ETFE foils and their welded connections
The thermoplastic fluoropolymer ethylene/tetrafluoroethylene, ETFE, has been increasingly used in membrane structures in the construction industry since the 1980s. The plastic ETFE exhibits a nonlinear, viscoelastic material behaviour that has not yet been fully investigated. However, when building membrane structures with ETFE foils, knowledge of the nonlinear, viscoelastic material behaviour is essential in order to be able to build wide, open and at the same time safe and economical structures. The material behaviour can be divided into short-term tensile behaviour and long-term behaviour, both under monoaxial and biaxial stresses. For the assembly of the surface structures, welding of the individual cut length is essential, since the basic material is only available in limited product widths. So far, there have only been a few studies on the load-bearing behaviour of welded ETFE foils. This article provides a brief overview of the material behaviour of ETFE foils in short-term tensile tests as well as long-term tests in monoaxial and biaxial stress conditions. In addition, material models are presented which describe the material behaviour in the above-mentioned tests or stress-states. Furthermore, first insights into the fracture behaviour of welded ETFE foils are given.

Für die Ausbildung von Leichtbaukonstruktionen werden bei Kranen, im Offshore-Bereich sowie bei Busstrukturen oder im Landmaschinenbau häufig Hohlprofile verwendet, die als geschweißte Fachwerk- oder Rahmenkonstruktionen zur Anwendung kommen und dabei hohen variablen Ermüdungsbeanspruchungen unterliegen. Als Grundlage für eine Betriebsfestigkeitsbemessung dient in der Praxis üblicherweise die lineare Schadensakkumulation nach Palmgren-Miner, die jedoch aufgrund der einfachen Handhabung auch Schwächen aufweist. So können Einflüsse aus der Lastreihenfolge, das Auftreten von Überlasten sowie der Einfluss von Schweißeigenspannungen auf die Lebensdauer nicht berücksichtigt werden. Im Rahmen des FOSTA-Forschungsvorhabens P 1195 wurden daher zum Einfluss der Reihenfolge und von Überlasten auf die Betriebsfestigkeit umfangreiche Untersuchungen zu typischen geschweißten Hohlprofilknoten aus dem Anwendungsbereich des Kranbaus und des Nutzfahrzeugbaus durchgeführt. Eine Zusammenfassung der erzielten Ergebnisse für die geschweißten Hohlprofilkonstruktionen aus dem Anwendungsbereich des Kranbaus ist im Rahmen dieses Beitrags gegeben.

Lifetime estimation of hollow sections joints under variable amplitude loading
Hollow sections are often used for light weight constructions for cranes, for offshore structures as well as for bus constructions or in agricultural machines. Normally these structures are built up as truss or frame constructions and are typically subjected to very high variable amplitude loadings. The linear damage accumulation acc. to Palmgren-Miner serves the basis for the structural durability design, which, however, also have many weaknesses due to the simple handling of this rule. For instance, influence factors like the load sequence, occurring overloads and welding residual stresses cannot be taken into account for the lifetime estimation. Within the framework of the FOSTA research project P 1195, extensive experimental tests were carried out on typical welded hollow section joints from the application area of crane constructions and bus constructions. A summary of the results obtained in the field of the application area of crane constructions is presented in this paper.

Geschraubte gleitfeste Verbindungen werden traditionell im Stahl- und Anlagenbau immer dann eingesetzt, wenn Schlupf und Verformung in den geschraubten Anschlüssen minimiert werden müssen. Die derzeitige Prüfprozedur der DIN EN 1090-2, Anhang G ist auf das grundlegende Tragverhalten unter Laborbedingungen beschränkt. Seitens der Industrie treten wiederkehrend Fragestellungen auf, inwieweit fertigungs-, montage- und betriebsbedingte Einflüsse bei der Ausführung von gleitfesten Verbindungen zu berücksichtigen sind, da diese die Wirtschaftlichkeit dieser Verbindungsform beeinträchtigen. Im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens Nr. 19749 BG “Einfluss von fertigungs- und montagebedingten Imperfektionen auf das Tragverhalten geschraubter gleitfester Verbindungen im Stahlbau” wurden systematische Untersuchungen an gleitfest vorgespannten Verbindungen der Kategorien B/C nach DIN EN 1993-1-8 vom Institut für Metall- und Leichtbau der Universität Duisburg-Essen (IML) in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik in Rostock (IGP) und dem Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH (IKS) durchgeführt. Hierbei wurden zunächst Referenzversuche ohne eingebrachte Imperfektionen vorgenommen und diese anschließend den Verbindungen mit künstlich hervorgerufenen Imperfektionen gegenübergestellt. Anhand der Versuchsergebnisse konnte der Einfluss verschiedener Imperfektionen auf das Tragverhalten gleitfester Schraubverbindungen im Stahlbau erfasst werden.

Slip-resistant connections with imperfections
Slip-resistant connections are traditionally used in steel and plant structures whenever slip and deformation in the bolted connections must be minimized. The current test procedure according to EN 1090-2, Annex G is limited to the basic load-bearing behaviour under laboratory conditions. For the industry, important questions are to which extent production-, assembly- and operation-related influences have to be considered in the design of slip-resistant connections, as they affect the economic efficiency of this type of connection. In the frame of the IGF research project 19749 BG “Influence of manufacturing- and assembly-related imperfections on the bearing behaviour of bolted slip-resistant connections in steel structures” carried out by the Institute for Metal and Lightweight Structures (IML) of the University of Duisburg-Essen in cooperation with Fraunhofer Institute for Large Structures in Production Engineering (IGP), Rostock and Institute for Corrosion Protection Dresden GmbH (IKS), systematic investigations into slip-resistant connections of categories B/C according to EN 1993-1-8 were carried out. Herein, reference tests were conducted without imperfections and then compared with connections with artificial imperfections. Based on the test results, the influence of different imperfections on the load-bearing behaviour of slip-resistant connections in steel construction could be determined.

Das Zug-/Abschertragverhalten von Schrauben aus nichtrostendem Stahl wird wesentlich durch ihre spezifischen Materialeigenschaften (Nichtlinearität, Kaltverfestigung) beeinflusst. In der Bemessung wird dies allerdings derzeit nur bedingt berücksichtigt. Im Wesentlichen erfolgt die Bemessung nach DIN EN 1993-1-4 auf Basis von Regelungen der DIN EN 1993-1-8, die für Schrauben aus Kohlenstoffstahl hergeleitet wurden. Auf nationaler Ebene wurden bereits die Abschertragfähigkeiten von nichtrostenden austenitischen Schrauben basierend auf wenigen Untersuchungen abweichend bemessen. Für nichtrostende Duplex-Schrauben gab es bisher gar keine spezifischen Regelungen. Im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens Nr. 20651 N “Entwicklung normativer Grundlagen zum Tragverhalten von zugbeanspruchten Scher-/Lochleibungsverbindungen aus nichtrostendem austenitischen und austenitischen-ferritischen (Duplex-)Stahl M12 bis M36” wurden erstmalig systematisch experimentelle und numerische Untersuchungen sowie statistische Bewertungen nach DIN EN 1990 zur Zug-, Abscher- und kombinierten Zug-/Abschertragfähigkeit von Schrauben aus nichtrostendem Stahl durchgeführt. Die Ergebnisse sind aktuell in die Revision der EN 1993-1-4 eingeflossen. Zusätzlich wurde das Lochleibungstragverhalten von Blechen aus nichtrostendem Stahl untersucht. Letztendlich führen die neuen Regelungen zu einer wirtschaftlicheren Bemessung geschraubter Verbindungen aus nichtrostendem Stahl.

New design rules for bolted connections made of stainless steel
The tensile/shear behaviour of stainless steel bolts is significantly influenced by their specific material properties (non-linearity, strain hardening). However, this is currently only taken into account to a limited extent in the design. Essentially, the design according to EN 1993-1-4 is based on regulations of EN 1993-1-8, which were derived for bolts made of carbon steel. At national level, the shear capacities of stainless austenitic bolts have already been designed differently, based on a few investigations. For duplex stainless bolts, there have been no specific regulations at all so far. Within the framework of the IGF research project no. 20651 N “Development of a normative basis of the load bearing capacity of bolted connections loaded in shear and tension made of austenitic and austenitic-ferritic (duplex) stainless steel M12 to M36”, experimental and numerical investigations as well as statistical evaluations according to EN 1990 on the tensile, shear and combined tensile-shear load-bearing capacity of bolts made of stainless steel were carried out systematically for the first time. The results have currently been implemented into the revision of EN 1993-1-4. In addition, the bearing resistance of stainless steel plates was investigated. Ultimately, the new regulations lead to a more economical design of bolted connections made of stainless steel.

Aufgrund des defizitären Zustands der bestehenden Rheinbrücke Duisburg-Neuenkamp sowie der ständig zunehmenden Verkehrsbelastung sind die Schaffung einer leistungsfähigen Rheinquerung und der achtstreifige Ausbau der A 40 zwischen der AS Duisburg-Homberg und dem AK Duisburg zwingend erforderlich und daher als wesentlicher Bestandteil des Vorhabens 220 im Bundesverkehrswegeplan 2030 mit Planungsrecht ausgewiesen. Der vorliegende Aufsatz befasst sich mit den Besonderheiten der Planung des Ersatzneubaus der Rheinbrücke. Es wird auf die entwurfsbestimmenden Randbedingungen bis hin zur gestalterischen und statisch konstruktiven Ausbildung der Brückenbauwerke eingegangen sowie der Bauablauf vorgestellt.

Design of the new Rhine bridge Duisburg-Neuenkamp
Due to the deficient condition of the existing Rhine bridge Duisburg-Neuenkamp as well as due to the increasing traffic load, the realization of an efficient Rhine crossing and the eight-lane expansion of the highway A 40 between the Duisburg-Homberg junction and the Duisburg interchange is imperative and therefore designated as an essential part of the project 220 in the Federal Transport Infrastructure Plan 2030 with planning rights. This technical paper deals with the special features of the design of the new bridge over the Rhine. It deals also with the design-determining boundary conditions up to the design and structural design of the bridge structures and presents the construction process.

Auf dem Werksgelände der SEH Engineering GmbH in Hannover ist ein multifunktionales und hochmodernes Bürogebäude entstanden, das eindrucksvoll die nahezu unendlichen Einsatzmöglichkeiten des Werkstoffs Stahl zeigt. Die Aufgabenstellung war kurz und knackig: einen Raum schaffen für ein Klima der Offenheit, wo inspirierendes Denken, Begeisterung und Fokussierung auf die Aufgaben - frei von Mustern - gefördert wird. Ein Bauwerk mit einer klaren Formensprache, dessen Design sich deutlich vom üblichen Bürostandard abhebt. Man spürt förmlich von außen wie von innen: Hier wird gern mit dem Werkstoff Stahl gearbeitet. Durch die sichtbare Stahlstruktur im Inneren entsteht ein Loftcharakter. Der kubusartige Baukörper hat klare Gebäudekanten, die Gebäudehülle lässt sich sehr gut mit dem Werkstoff Holz kombinieren. Große, bodentiefe Verglasungen schaffen eine freundliche und offene Atmosphäre mit ausreichend Tageslicht. Jalousien, die bei Bedarf hinter der Fassade verschwinden, sorgen für einen wirksamen Blend- und Sonnenschutz. Auf nur acht Stahlrundstützen ruhend, hat das Gebäude einen schwebenden Charakter, der Raum darunter kann als Parkfläche und für andere Zwecke genutzt werden. Das Gebäude ist ca. 30 m lang, die Breite beträgt im Regelbereich ca. 9 m mit einer Höhe von 10,70 m. Das Space Cube wählt statt Einzelbüros Open-Space-Büros, in denen Fachteams zusammen Platz finden, mit offener Raumstruktur, gelockerter Arbeitsatmosphäre und ausgestattet mit modernster Technik.

The Space Cube of SEH Engineering - a special kind of modular construction
A multifunctional and ultra-modern office building has been built on the premises of SEH Engineering GmbH in Hanover, which impressively demonstrates the almost infinite possibilities of using the material steel. The challenge for the building was brief and to the point: to create a space for a climate of openness, where inspired thinking, enthusiasm and a focus on the task at hand - free of patterns - are encouraged. A building with a clear formal language, whose design clearly stands out from the usual office standard. You can literally feel it, from the outside as well as from the inside: steel is our favourite material to work with. The visible steel structure on the inside creates a loft character. The cube-like structure has clear building edges and the building envelope can also be combined very well with wood. Large, floor-to-ceiling glazing creates a friendly and open atmosphere with sufficient daylight. Venetian blinds, which disappear behind the façade when needed, provide effective glare and sun protection. Resting on just eight round steel columns, the building has a floating character, the space below can be used for parking or other purposes. The building is approx. 30 m long, the width in the standard area is approx. 9 m and its height is 10.70 m. Instead of individual offices, the Space Cube offers offices in which specialised teams can work together. Open space structure, relaxed working atmosphere and equipped with the latest technology.

Innovative Schweißverfahren, wie das Laserstrahl- und Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen, bieten u. a. aufgrund der reduzierten Wärmeeinbringung beim thermischen Fügen von höchst- und ultrahochfesten Feinkornbaustählen Vorteile gegenüber konventionellen MSG-Verfahren. Die Werkstoffe mit nominellen Streckgrenzen bis zu 1300 MPa werden im Mobilkranbau und verwandten Industriezweigen, insbesondere im Teleskopausleger, bereits eingesetzt. Bisher werden jedoch sowohl konventionell geschweißte als auch laserstrahlgeschweißte Verbindungen in hochbeanspruchten Bereichen der Tragstrukturen gemieden. Letztere insbesondere aufgrund fehlender Erfahrunsgwerte und Bemessungsregeln. Um dem zu entgegnen, wurden in Teil 1 die Grundlagen der Fügeverfahren, Schweißversuche sowie eine Charakterisierung von Stumpfnahtschweißungen vorgestellt. Der vorliegende Beitrag (Teil 2) baut darauf auf und setzt den Fokus auf die Ermüdungsfestigkeit dieser Verbindungen aus den Grundwerkstoffen S960MC, S1100M, S1100QL und S1300QL. Die Eigenschaften unter zyklischer Beanspruchung werden anhand der Kerbdetails Stumpfstoß mit und ohne Blechdickensprung sowie aufgeschweißte Längssteife quantifiziert. Insbesondere die laserstrahlgeschweißten Verbindungen zeigen eine hohe Ermüdungsfestigkeit bei bemerkenswert geringer Streuung der Einzelversuchsergebnisse. Auf Grundlage der Schwingfestigkeitsuntersuchungen werden für das Nennspannungskonzept abgeleitete Kerbfalleinstufungen als Bemessungsempfehlungen vorgestellt.

Laser beam and laser-GMAW-hybrid welded joints made of high-strength fine-grained structural steels - part 2: fatigue strength
Innovative welding processes, such as laser beam and laser-GMAW-hybrid welding, offer advantages over conventional gas metal arc welding (abbr.: GMAW) processes due to a reduced heat input during the welding of high-strength fine-grained structural steels. The materials, with nominal yield strengths of up to 1300 MPa, are already being used in mobile crane construction and related industries, particularly in telescopic booms. So far, both conventionally welded and laser beam welded joints have been avoided in highly-stressed areas of load-bearing structures. For the latter, in particular, this is due to a lack of experience and design rules. To counter this, part 1 presented the basics of laser beam and laser hybrid welding processes, welding tests and a characterisation of butt welds (visual, dye penetration and X-ray tests as well as transverse tensile tests and hardness field measurements). This article (part 2) focuses the fatigue strength of these welded joints made of the high-strength fine-grained structural steels S960MC, S1100M, S1100QL and S1300QL. The properties under cyclic loading are quantified for the details butt joint with and without different sheet thicknesses as well as for longitudinal stiffeners. In particular, the laser beam welded joints show a high fatigue strength with a remarkably low scatter of the individual test results. Based on the fatigue test results, fatigue classifications for the nominal stress concept are derived and design recommendations are presented.

Das Projektmanagement im Bauwesen ist geprägt von vielschichtigen und zahlreichen Abhängigkeiten, großen Projektvolumen, veränderlichen Randbedingungen und langen Laufzeiten. Da sich Kriterien, Einschätzungen und Meinungen verändern oder erst im Projektverlauf eindeutig werden, benötigt es strukturierte und definierte Planungsgrundlagen sowie flexible Handlungsmöglichkeiten. Im Forschungsprojekt DigitalTWIN bilden deshalb digitale Werkzeuge für das Projektmanagement einen wichtigen Schwerpunkt. Die Implementierung agil entwickelter Softwarefunktionen im Projektverlauf von Gitterschalenkonstruktionen und Seilnetzfassaden zeigt exemplarisch die Vorteile einer engen Kopplung zwischen Projektbeteiligten und Experten der Datenwissenschaft und der Softwaretechnik. Tatsächliche Projektabläufe werden schneller und präziser bewertbar, strukturierte Prozessentwicklungen können datenbasiert abgeleitet werden und erprobte Workflows werden situativ angepasst, ohne den Bezug zur wachsenden Datenbasis zu verlieren. Der Aufsatz leitet zu Managementmethoden ein und zeigt beispielhaft, wie in Bauprojekten durch individuelle Softwareentwicklung aus relevanten Daten schneller Wissen und Handlungsempfehlungen abgeleitet werden können. Die erforderlichen Cloud-Infrastrukturen, die Plattformtechnologien und Methoden werden dabei in Demonstratoren sukzessive entwickelt und geben einen Ausblick, wie mit verteilten IT-Systemen trotzdem strukturiert, schnell, umfassend, digital und vertrauenswürdig zusammengearbeitet werden kann.

Agile software development in construction projects - a report summarizing the DigitalTWIN research project
Project management in the construction sector is characterized by manifold and numerous interdependencies, high project volumes with variable constraints and long project durations. It requires structured and defined planning principles as well as flexibility, as criteria, assessments, and opinions change or only become clear during the course of a project. Digital tools for project management are consequently an important focus in the DigitalTWIN research project. The implementation of agile software development in the project course of grid shell structures and cable net facades show the advantages of a close collaboration between project stakeholders and specialists in data science and software engineering. Real project progress can be evaluated faster and more precisely, process designs can be developed based on data, and proven workflows can be adjusted to specific situations without losing the relation to a growing database. The paper gives an introduction to management methods and shows how knowledge and recommended actions for construction projects can be obtained faster from relevant data using individual software development. The required cloud infrastructures, platform technologies and methods are developed step by step in demonstrators and provide an outlook how collaboration can be structured, fast, comprehensive, digital and trustworthy using distributed IT systems.

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist ein Schweißverfahren, mit dem dreidimensionale Strukturen aus Stahl hergestellt werden können. Wie andere additive Fertigungstechnologien ermöglicht es die Herstellung geometrisch komplexer Strukturen, die mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur sehr aufwendig realisierbar sind. In diesem Beitrag wird ein Arbeitsablauf vom Entwurf bis zur Fertigung für den Einsatz von WAAM im Rahmen der Herstellung von Stützen mit außergewöhnlicher Geometrie vorgestellt. Hierbei wird die Erforschung von Materialverhalten und Prozessparametern mit dem Ziel kombiniert, ein digitales Werkzeug für den Entwurf und die Fertigung von Bauteilen mittels WAAM bereitzustellen. Um die gewünschten Geometrien zu erreichen, werden die erforderlichen Schweißparameter erfasst und in einem rudimentären Digitalen Zwilling gespeichert. Ergänzt wird dies durch mehrere Prozesskontrollen, die während des Druckprozesses durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass das Objekt wie geplant erzeugt wird. Schließlich werden die Strukturen hergestellt und einer kritischen Bewertung unterzogen, um das Potenzial für zukünftige Anwendungen zu ermitteln. Die Herausforderung, geometrische Komplexität mit der Fertigung in großem Maßstab zu verbinden, stellt einen nächsten Schritt in der Integration von WAAM in den Stahlbau dar.

3D printed columns with exceptional geometry
Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is a welding process used to build up three-dimensional structures in steel. Like other Additive Manufacturing technologies, it allows for geometrically-exceptional structures to be fabricated which are otherwise unfeasible or very expensive to manufacture using traditional methods. This paper presents an integrated design approach to the use of WAAM in the context of large-scaled applications, focusing on columns with exceptional geometric complexity. It combines material behaviour and process parameter research, with the aim of providing a digital tool to design and print structures using WAAM. To achieve the desired geometries, necessary welding parameters are stored and applied to a rudimentary digital twin model. This is complimented by multiple process-control checks, which are implemented during the printing process to ensure that an object is generated as planned. Finally, the structures are manufactured and are subjected to a critical evaluation in order to identify the possible future potential. The challenge of combining geometric complexity with manufacturing for large scale represents a next step in the integration of WAAM in steel constructions.

Der Einsatz von Stahl im Bauwesen war über viele Jahre von engen Vorgaben hinsichtlich der einsetzbaren Halbzeuge geprägt und verlieh Stahlkonstruktionen häufig den Charakter von “Baukastensystemen”. Die Modernisierung der Bearbeitungsmethoden veränderte diese Gegebenheiten. Im digitalen Zeitalter ist es nunmehr möglich, nicht nur aufseiten der Produktion, sondern auch aufseiten des Entwurfs, der Darstellung, der Planung und der Konstruktion eine Prozesskette zu erstellen, mit deren Unterstützung hoch individualisierte Stahlbauteile erzeugt werden können, die Teil wiederum von individualisierten Bauwerken sind. Mit diesen Mitteln lassen sich Leichtbaukonstruktionen aus Blech mit individuellem Design erstellen, wie zwei Prototypen, die an der RWTH Aachen in Kooperation des Lehrstuhls Tragkonstruktionen mit dem Institut für Bildsame Formgebung entstanden sind, eindrücklich demonstrieren. Die neuartige Bauweise aus Feinblech erschließt einen für den Stahlbau bisher eher unzugänglichen Formenkanon und erweist sich als äußerst materialsparend und liegt so im Trend des nachhaltigen Bauens unserer Zeit.

Lightweight structures made of thin sheet metal
For many years, the use of steel in the construction industry was characterized by strict specifications regarding the semi-finished products that could be used and often gave steel structures the character of “modular systems”. The modernization of processing methods changed and improved these conditions. In the digital era, it is now possible to create a process chain not only on the production end, but also on the design, presentation, planning and construction end, with the support of which highly individualized steel components can be produced, which in return form part of individualized structures. With these means, lightweight sheet metal structures with individual design can be created, as impressively demonstrated by two prototypes that were created at RWTH Aachen University in cooperation between the Chair of Structures and Structural Design and the Institute of Metal Forming. The novel construction method using thin sheet metal opens up a canon of shapes that was previously rather inaccessible to steel construction and proves to be extremely material saving, thus being in line with the trend of sustainable construction of our time.

Prozesse beim Planen, Bauen und Betreiben sind von Abstimmungen, Bewertungen und Entscheidungen geprägt, bei denen Modelldaten, Visualisierungen und Simulationen wesentlich unterstützen. Im Forschungsprojekt DigitalTWIN steht deshalb der Einsatz von Diensten der erweiterten Realität (Extended Reality/XR) als ein wesentlicher Visualisierungsweg zukünftiger Arbeitsabläufe im Fokus. Eine durchgängige Datenverarbeitung, um Objekt-, Prozess- und Werkzeugdaten koordiniert kombinieren zu können, ist eine wesentliche Voraussetzung. Der systematische Einsatz der Gebäudedatenmodellierung (Building Information Modeling/BIM) und die Anwendung agiler Projektmanagementmethoden sind hierfür die Basis. Um die Schnittstellen durch IT-Werkzeuge schneller und aufgabenspezifisch zu lösen, wurden die entwickelten Dienste für kompatible, offene Plattformtechnologien entwickelt. Auch neue Funktechnologien für die latenzarme Vernetzung sowie die Frage des Breitbandausbaus auf der Baustelle wurden untersucht, da mit modernsten Visualisierungs- und Interaktionstechnologien die Anforderungen an die Breitbandinfrastruktur steigen. Der Aufsatz leitet zu den Möglichkeiten von XR-Diensten im Bauwesen ein und zeigt dann die entwickelten Szenarien für Stahl-Glas-Konstruktionen. Abschließend wird die Kombinierbarkeit der Softwaremodule für spezifische Einsatzszenarien gezeigt und ein Ausblick gegeben, wie Technologien des Industrial Internet of Things und der erweiterten Realität verknüpft werden können.

Situation-based use of extended reality technologies for steel-glass structures - a report from the DigitalTWIN research project
Planning, construction and operation are characterized by coordination, evaluation and decision-making processes, for which model data, visualizations and simulations provide essential support. The DigitalTWIN research project therefore focuses on the use of extended reality/XR services as an essential visualization path for future work processes. End-to-end data processing is an essential prerequisite in order to combine object, process and tool data in a coordinated manner is an essential prerequisite. The systematic use of building information modeling (BIM) and the application of agile project management methods are the base for this. Based on open platform technologies fast and task-specific services were developed in order to efficiently adapt and optimize software interfaces between individual modules. New wireless technologies for low-latency networking and the issue of broadband expansion on the construction site were also investigated, as state-of-the-art visualization and interaction technologies increase the demands on broadband infrastructure. The article introduces the possibilities of XR services in construction and then shows the developed scenarios for steel-glass constructions. Finally, the combinability of the software modules for specific application scenarios is shown and an outlook is given on how Industrial Internet of Things and augmented reality technologies can be linked.

Bei Feinkornbaustählen mit den aktuell höchsten nominellen Streckgrenzen von bis zu 1300 MPa stellt die Ausführung hochwertiger Schweißverbindungen eine besondere Herausforderung dar. Innovative Schweißverfahren, wie Laserstrahl- und Laserhybridschweißverfahren, bieten ein hohes Einsatzpotenzial, werden aber aufgrund mangelnder Erfahrungswerte bisher nur selten eingesetzt. Im Beitrag wird deshalb eine an vier verschiedenen Werkstoffen (S960MC, S1100M, S1100QL, S1300QL) und zwei Schweißverfahrensvarianten (Laserstrahlschweißen ohne Zusatzwerkstoff, Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen) durchgeführte Schweißnahtcharakterisierung vorgestellt. Die Untersuchungen der Stumpfnähte umfassen u. a. Sicht-, Farbeindring- und Röntgenprüfungen sowie Querzugversuche und Härtefeldmessungen. Die Schweißzonen zeigen auffallend geringe Abmessungen und nur eine moderate Entfestigung, die sich insbesondere auf die Anlasszone konzentriert. Eine Ausnahme stellen die Verbindungen des S1100M dar, bei welchem keine Entfestigung in der Anlasszone festgestellt wird.

Laser beam and laser-GMAW-hybrid welded joints made of high-strength fine-grained structural steels - part 1: procedure and weld characterisation
In the case of fine-grained structural steels with the currently highest nominal yield strengths of up to 1300 MPa, the execution of high-quality welded joints represents a particular challenge. Innovative welding processes, such as laser beam and laser hybrid welding, show high application potential, but have only rarely been used due to a lack of experience so far. This article, therefore, presents a weld characterisation carried out on four different materials (S960MC, S1100M, S1100QL, S1300QL) and two welding process variants (laser beam welding without filler metal, laser-GMAW-hybrid welding). The investigations of butt welds include visual, dye penetration and X-ray tests as well as transverse tensile tests and hardness field measurements. The weld zones show remarkably small dimensions and only moderate softening, which is particularly concentrated in the tempering zone. Exceptions are the joints of the S1100M, where no softening is observed in the tempering zone.