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Nominated for the Bernt Johansson Outstanding Paper Awards at Nordic Steel 2019
This paper presents a Two-Stage-Model for determining the fatigue life of steel structures. The model follows the distinction between crack initiation and crack propagation according to the phenomenological background. The first stage uses the local strain-life approach to predict the number of cycles for crack initiation Ni considering the cyclic material behaviour as well as the load-time history. The second stage calculates the crack propagation based on a linear-elastic fracture mechanics approach. Using X-FEM in combination with cyclic loading, an arbitrary, solution-dependent crack path is achieved to determine the number of cycles for propagation Np. The Two-Stage-Model was applied to butt welds to determine their total fatigue life Nf in terms of a proof-of-concept study. The study investigated the ability of the model to consider the influence of the weld geometry, i.e. plate thickness and weld imperfections (excess and vertical offset). The results are presented by means of S-N curves for initiation life, propagation life and total fatigue life. A comparison with experimental results provided in the literature shows that the Two-Stage-Model can reflect the weld quality of butt welds in terms of fatigue life.

Während aktuell das Neue Europäische Bauhaus mit einer interdisziplinären Ausrichtung die zukünftige Gestaltung unserer Lebens- und Bauweisen in den Blickpunkt rückt, fielen vor wenigen Jahren zwei Jubiläen zusammen. 100 Jahre waren seit der Bauhaus-Gründung vergangen und 90 Jahre seit der Gründung eines der ersten Forschungsinstitute mit dem Schwerpunkt Bauphysik. Natürlich trennt beide Institutionen nicht nur ein 10-jähriger “Altersunterschied”. Mit dem historisch einzigartigen Bauhaus ist die anfangs sehr kleine Stuttgarter Gruppe bauphysikalischer Enthusiasten nicht zu vergleichen. Rückblickend lassen sich aber Ähnlichkeiten der Motive beider Initiativen konstatieren und es ist anzunehmen, dass beim “Neuen Bauen” von Anfang an auch Überlegungen in den Entwurfsprozess einflossen, die der Bauphysik zentrale Fragestellungen und wichtige Impulse mit auf den Weg gaben. Diese Beziehung zwischen Bauhaus und Bauphysik wird am Beispiel des Reihenhauses Oud in der Weißenhofsiedlung in Stuttgart untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Bausubstanz im Reihenhaus Oud eine deutlich schlankere Konstruktion als Vergleichsbauten seiner Zeit aufwies. Die daraus resultierenden bauphysikalischen Auswirkungen, mit Fokus auf den Wärme-, Feuchte- und Schallschutz, werden analysiert. In Summe stellte das Haus Oud einen wertvollen Beitrag zur Erforschung und Weiterentwicklung von kostengünstigen, innovativen Wohnformen dar und war prägend für zukünftige Bauprozesse bis in die Gegenwart.

Bauhaus and building physics - A building physics analysis using the example of House of Oud
While the New European Bauhaus is currently focusing on the future design of our ways of living and building with an interdisciplinary orientation, two anniversaries coincided a few years ago. 100 years have passed since the founding of the Bauhaus and 90 years since the founding of one of the first research institutes focusing on building physics. The two institutions are not only separated by a 10-year “age difference”. The initially Stuttgart group of building physics enthusiasts cannot be compared with the historically unique Bauhaus. Retrospective, however, similarities in the motives of both initiatives can be observed, and it can be assumed that, from the very beginning, the Bauhaus also incorporated considerations into the design process that gave building physics central questions and important impulses along the way. This relationship between Bauhaus and building physics is investigated using the example of the house Oud in the Weißenhofsiedlung in Stuttgart.

In den letzten 15 Jahren hat sich eine große Anzahl von Fachleuten und Gremien mit der Ausführung direkt befahrener Parkdecks aus tragenden Stahlbetonkonstruktionen auseinandergesetzt, wobei technische und juristische Themen im Vordergrund standen. Eine streng wirtschaftliche Betrachtungsweise führt jedoch zu überraschenden Aspekten bzw. deutlich von solchen in zurückliegenden Veröffentlichungen abweichenden Empfehlungen, wobei im Rahmen dieses Aufsatzes ausschließlich die Ausführungsmöglichkeiten tragender Tiefgaragen-Bodenplatten analysiert werden.

Execution of carrying carpark-baseplates under economic aspects. Calculated damages vs. coating?
In the last 15 years a large number of professionals and bodies set apart with the execution of directly drive on parking decks made of carrying reinforced concrete structures, in which the focus was on technical and legal themes. A strictly economical approach leads to surprisingly aspects respectively clear from such publications in history with different recommendations. This essay only analyzes the execution abilities of carrying underground carpark-baseplates.

Die Schwingungsanfälligkeit von Brücken wächst mit dem Bau immer schlankerer Überbauten und dem Anwachsen der Verkehrslasten. Werden schwere Fahrzeuge durch äußere Einflüsse bei der Überfahrt von Brücken zum Schwingen angeregt, entsteht eine komplexe Interaktionsbeziehung, die zu hohen Brückenbeanspruchungen führen kann. Der Beitrag beschreibt Versuche zur Bestimmung der Brückenbelastung sowie den Ansatz für ein Rechenmodell.

The multi-function station (MFS) Faido, with track crossovers located symmetrically around the transverse cavern, is accessed through a 2.7 km long access tunnel. The geology encountered in the transverse cavern and the first metres of boring the running tunnels was very different from the forecast. Technical, economic and scheduling considerations demanded the moving of the four crossovers by 600 m to the south. In the drill and blast excavation of the single-track tunnel to the north, deformations of up to 1.3 m occurred in the radius. In addition to the dangers of “squeezing rock” and “rock fall”, unforecast and serious rock burst also occurred in the east and west running tunnels, which could not have been foreseen. Yielding temporary support measures had to be carried out along a length of 500 m and sometimes massively strengthened.
Intensive probing in the form of hammer and core drilling and seismic methods (TSP - Tunnel Seismic Prediction) was carried out during the tunnel drives. The drives were also monitored with intensive rock mechanical measurements. The results of probing, the rock mechanical measurements and the interpretations of the encountered geology all confirmed that the decision was correct to move the MFS.
Die Multifunktionsstelle (MFS) Faido mit symmetrisch um die Querkaverne angeordneten Spurwechseln ist mit einem 2,7 km langen Zugangsstollen erschlossen. Die angetroffene Geologie in der Querkaverne und den ersten Metern Vortrieb in den Einspurstrecken wichen massiv von der Prognose ab. Technische, wirtschaftliche und programmliche Gründe erforderten eine Verschiebung der vier Spurwechsel um 600 m nach Süden. Im Sprengvortrieb der Einspurtunnel Richtung Norden stellten sich Deformationen von bis zu 1,3 m im Radius ein. Zu den Gefährdungen “Druckhaftigkeit” und “Nachbrüchigkeit” kamen nicht prognostizierte starke Bergschlagphänomene in der Ost- und Weströhre hinzu, die nicht vorhergesagt werden können. Die Ausbruchsicherungsmaßnahmen mussten aufgrund der Bergschlagphänomene auf ca. 500 m Länge nachgiebig ausgeführt und zum Teil massiv verstärkt werden.
Die Vortriebe wurden von einer intensiven Vorauserkundung in Form von Schlag- oder Kernbohrungen und mit Seismik (TSP - Tunnel Seismik Prediction) begleitet. Zudem wurden die Vortriebe mit intensiven felsmechanischen Messungen überwacht. Die Erkenntnisse aus den Vorauserkundungen, den felsmechanischen Messungen und den Interpretationen der vorgefundenen Geologie bestätigte die Richtigkeit der Entscheidung, die MFS zu verschieben.

Verfahren, bei dem wie beim Festpunktverfahren des Durchlaufträgers die Rahmen einzeln belastet werden.

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Erweiterung des Gaußschen Algorithmus zur Auflösung von Gleichungssystemen.

Im Rahmen des AiF-Projekts “Stabbündelstützen mit hochfestem Bewehrungsstahl” wurde das Tragverhalten von Stabbündelstützen bei Raumtemperatur und im Brandfall untersucht. Stabbündelstützen sind eine neue Art von Verbundstützen. Hierzu wird ein Bündel aus hochfesten Bewehrungsstäben mit einer Streckgrenze von 670 MPa in ein Stahlrohr eingestellt und anschließend mit Mörtel verpresst. Das Bündel kann aus 1, 3, 7 oder 19 Stäben bestehen. Um das Tragverhalten zu analysieren, wurden relevante Materialparameter im Kalt- und im Brandfall bestimmt. Anschließend wurden großmaßstäbliche Knickversuche unter Raumtemperatur und im Brandfall durchgeführt. Unter Berücksichtigung der erzielten Ergebnisse wurde ein FE-Modell erstellt und kalibriert. Auf dieser Basis wurde ein Bemessungskonzept ausgearbeitet.

Bar bundle columns with high-strength reinforcing steel
As part of the AiF project “Bar bundle columns with high-strength reinforcement steel” the load-bearing behavior of bar bundle columns in cold and fire conditions was investigated. Bar bundle columns are a new type of composite columns. To this purpose, a bundle of high-strength reinforcing bars with a yield strength of 670 MPa is placed in a steel tube and then grouted with mortar. The bundle can consist of 1, 3, 7 or 19 bars. To analyze the load-bearing behavior, relevant material parameters were determined in cold and in fire conditions. Subsequently, large-scale buckling tests were carried out under room temperature and in fire case. Considering the obtained results, an FE model was created and calibrated. On this basis, a design concept was developed.

Defizite im Einsatz von EDV-Werkzeugen liegen u. a. in der Qualität der Visualisierung, in der Generierung von 3D-Daten und in der Abbildung von Funktionalitäten. Die Virtuelle Realität stellt eine neue Mensch-Maschine-Schnittstelle dar. Sie erlaubt es dem Benutzer, virtuelle, nur im Datenraum vorhandene Strukturen individuell in Echtzeit zu betrachten und zu berwerten. Mit ihr ist eine sehr weitgehende Beurteilung des dynamischen Verhaltens von Tragstrukturen schon in einem sehr frühen Entwurfsstadium möglich. Das wird am Beispiel einer einfachen Strutur aufgezeigt.

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