Es wird das Tragverhalten von druckbeanspruchten Betonkörpern untersucht, die gleichzeitig durch Querzug beansprucht werden. Hierzu werden Versuchsaufbauten verschiedener wissenschaftlicher Untersuchungen vorgestellt und ausgewertet. Die Erbnisse werden mit einem Kräftemodell für den Mikrobereich Zuschlag-Zementmatrix gedeutet.

Es wird über Versuche berichtet, mit denen die mögliche Ausbiegung von Stützen unter konstanter Normalkraft und schrittweise gesteigertem Biegezwang bis zum endgültigen Versagen ermittelt wurde. Der Einfluss der Normaldruckkraft, der Querbewehrung und der Längsbewehrung wird rechnerisch untersucht. Verfahren zur Abschätzung der möglichen Stützenkopfausbiegungen werden dargestellt und Folgerungen für die Praxis gezogen.

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Meilensteine der Bautechnikgeschichte:
Historischer Aufsatz von Fritz Leonhardt: Leichtbau - eine Forderung unserer Zeit. Anregungen für den Hoch- und Brückenbau
mit einem Kommentar von J. Schlaich

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Brücken, Türme und weitgespannte Dächer werden geplant und gebaut, um eine bestimmte Funktion zu übernehmen. Sie bleiben dann während ihrer Lebensdauer allen Umwelteinflüssen und Belastungen hilflos ausgesetzt, ohne auf diese irgendwie reagieren zu können. Das heißt, die heute üblichen Ingenieurbauten sind fast ausnahmslos passiv. Sie sind also nicht aktiv in dem Sinne, daß sie sich verändernden Einflüssen anpassen können. Sie haben meist nicht die Intelligenz, ihr Tragverhalten situationsabhängig zu ändern, z. B. um sich wechselnden Lasten anzupassen. Sie sind zugleich nicht wandelbar und können sich deshalb den veränderten Nutzungsbedingungen nicht anpassen. Dächer und Brücken, die sich wegfalten können, wenn sie nicht gebraucht werden, sind Ausnahmen. Mit dem Konstruieren solcher aktiven und veränderbaren Tragwerke können wir Bauingenieure uns neue Geschäftsfelder erschließen. Die Natur kann uns mit ihren Lösungen für solche Probleme inspirieren. Jahrmillionen der Optimierung haben eine erstaunliche Vielfalt an Konstruktionen, vor allem Leichtbauten, hervorgebracht, die sich "ganz natürlich" allen wechselnden Randbedingungen anpassen. Dazu kommen die Fortschritte auf dem Gebiet der Elektronik, die schon jetzt bisher passive Ingenieursysteme wie Automobile, Flugzeuge und sogar Haushaltsgeräte revolutioniert haben. Vor allem durch den Einsatz billiger massengefertigter Mikrosysteme erreichen solche Systeme heute schon einen gewissen Grad von Autonomie. Dieser Artikel soll dazu anregen, in diesem Sinne über Ingenieurbauten nachzudenken, um sie aktiv oder wandelbar, intelligent, smart, adaptiv und autonom, auf jeden Fall also zeitgemäß werden zu lassen. Die gleichzeitige Anwendung von Erkenntnissen des Leichtbaus, der Bionik und der Mikrosystemtechnik auf künftige Tragwerke steht im Mittelpunkt. Nach einem Blick in die Zukunft werden vorhandene wandelbare Ingenieurbauten gezeigt, die einen ersten Schritt in die zuvor beschriebene Richtung bedeuten.

Der Messeturm in Rostock ist wohl der bisher höchste Tensegrity-Turm. Dieser Artikel streift kurz die Geschichte von "tensional integrity" und beschreibt dann ausführlich Entwurf, Konstruktion und Berechnung dieses hoch vorgespannten leichten Seiltragwerkes. Ein weiterer Aufsatz wird auf die Fertigung und Montage des Turmes eingehen.

Im Bauwesen werden Kohlenstofffaser-Lamellen bisher fast ausschließlich zur Verstärkung bestehender Bauwerke verwendet. Im Einsatz für den Neubau liegt ein großes, derzeit kaum genutztes, wirtschaftliches und konstruktives Potential. In der Versuchshalle des Instituts für Bauingenieurwesen der TU Berlin wurde nun eine Spannbandbrücke gebaut, deren primäres Tragelement aus Kohlenstofffaser-Lamellen besteht. Spannbandbrücken gehören zu den leichtesten und elegantesten Brückenbauwerken. Die Geh- bzw. Fahrbahnplatten liegen direkt auf Bändern auf, die zwischen zwei Widerlagern spannen und dort verankert sind. Üblicherweise werden für die Bänder Stahlbleche oder -seile verwendet. Die Verwendung von Kohlenstofffaser-Lamellen anstelle der Stahlbänder ermöglicht die Weiterentwicklung dieses Brückentyps. Im Vergleich zu gewöhnlichen Baustählen können mit diesem Werkstoff, wegen seiner ca. 10-mal größeren Zugfestigkeit bei einem Fünftel des Eigengewichts, größere Spannweiten und schlankere Querschnitte realisiert werden.

Ein großes Glashängedach schwebt seit Anfang des Jahres vor dem Hauptbahnhof Heilbronn. Die rund 1000 m² große Glasmatte aus großformatigen Scheiben, die die hohen Anforderung an Überkopfverglasungen erfüllen, hängt mit Edelstahlhalterungen an Edelstahlseilen und diese in einem Stahlrohrrahmen mit Gußknoten. Dabei wird das Glas auch zur Lastabtragung herangezogen, indem die Horizontallasten über die Gläser abgetragen werden. Entwurf und Konstruktion dieser leichten und transparenten Struktur sollen hier beschrieben werden. Für die Verbundglasscheiben und die eigens dafür entworfenen Klemmteller waren Zustimmungen im Einzelfall nötig. Auf das dazu notwendige Versuchsprogramm für die Gläser, den Windkanalversuch zur Ermittlung der Windlasten und Untersuchungen zur Alterung der elastischen Kunststoffeinlagen in den Edelstahlknoten wird auch eingegangen. Dies ist wohl das zur Zeit größte reine Glashängedach.

Im Jahr 2007 wurde in Saßnitz der 250 m lange “Balkon zum Meer” fertiggestellt. Die Besonderheit dieser Fußgängerbrücke ist, dass sie über eine freie Spannweite von 120 m als einseitig aufgehängte, im Grundriss gekrümmte Hängebrücke mit exzentrisch angeschlossenen Hängerseilen ausgebildet ist. Die Brücke, die eine seit langem benötigte Verbindung zwischen der Stadt Saßnitz und dem 25 m tiefer liegenden Stadthafen herstellt, wurde 2010 mit dem Deutschen Brückenbaupreis ausgezeichnet. Der vorliegende Artikel beschreibt den Entwurf, die konstruktive Durchbildung und die Bauausführung dieser einzigartigen Konstruktion.

alcony overlooking the sea - The Sea Bridge Saßnitz, Germany.
In July 2007, a 250 m long suspension bridge for pedestrians was inaugurated in the city of Saßnitz on Rügen Island in the German part of the Baltic Sea. The curved part of the deck of 120 m length is supported by cables on one side only. The bridge, one of the longest of its kind, is part of an urban renewal project. It reconnects Saßnitz Harbour to the city, being separated from each other during the cold war.
The most interesting feature of this bridge is the cantilevering support girders that protrude from the deck to connect to the hangers so that their axes aim towards the centre of gravity of the pertinent deck section. This structural solution allows for one-sided hanger supports without causing bending or torsion in the curved girder due to distributed dead load or live loads. The paper describes the structural concept of the Saßnitz Bridge. It also elaborates on structural design and erection issues.

Die Tonnenschale für die HanseMesse bildet eines der größten Holzlamellendächer und zeigt, daß sich die Zollingerbauweise bei Verwendung moderner Mittel auch für große Spannweiten eignet. Dieser Artikel beschreibt Entwurf, Konstruktion und Bau dieses Daches.

Als Infraleichtbeton bezeichnen wir Beton, dessen spezifisches Gewicht unterhalb der von der Norm angegebenen Werte für gefügedichten Leichtbeton, also unterhalb 800 kg/m3, liegt. Die mit dem geringen Gewicht einhergehenden guten Wärmedämmeigenschaften erlauben es, monolithische Sichtbetonbauten ohne weitere Wärmedämmung - energiesparend und nachhaltig - zu errichten. Ein an der Technischen Universität Berlin entwickelter Infraleichtbeton und ein damit gebautes Wohnhaus werden hier vorgestellt.

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Schrägseil- oder Extradosed-Brücken sind dadurch gekennzeichnet, dass in der Regel die Seile, die den Überbau tragen, alle im Pylon enden und dort einzeln verankert sind. Um die Verankerung zu vereinfachen und um Platz zu sparen, werden neuerdings auch Sattelsysteme eingesetzt, die wie bei Hängebrücken, die Seile - heute meist Litzenbündel - am Pylonkopf ohne Zwischenverankerung von einer Seite zur anderen durchführen. Während das Trag- und Ermüdungsverhalten einzelner Litzen unter Axialbelastung ausgiebig erforscht ist, gibt es für zug- und biegebeanspruchte Litzen mit Sattelsystemen mit kleinen Radien noch wenig Erfahrung.
Die Einrichtungen am Institut für Bauingenieurwesen der Technischen Universität Berlin boten die Möglichkeit, Ermüdungsversuche für Litzen-Sattelsysteme mit 55 und 37 Litzen durchzuführen. Diese Versuche wurden in den Jahren 2009 und 2010 in Übereinstimmung mit den fib-Empfehlungen, Bulletin 30, vom Januar 2005 durchgeführt.
In diesem Bericht werden kurz die heute verwendeten Sattelsysteme für Litzenbündel von Schrägseilbrücken und die Prüfmethoden für Ermüdungsversuche an Litzenseilen oder -bündeln beschrieben. Ausführlich wird auf die Anlage und die Versuche an der TU Berlin sowie die seither durchgeführte Forschung eingegangen.

Large scale fatigue tests of strands on saddle systems for cable-stayed bridges
Stay cables made of parallel strands for cable-stayed or extradosed bridges are usually anchored in the pylon or the mast of the bridge. New saddle systems provide the opportunity to support them by saddles that guide the strands continuously from one side of the pylon to the other. While cables made of strands have been tested for fatigue extensively, saddle systems were not yet tested much although the fatigue mechanism occurring inside a saddle is particularly complex. The need to perform such a test and the facilities that exist at the Berlin Institute of Technology (TU Berlin), Department of Civil and Structural Engineering provided the unique opportunity to perform large scale fatigue test on cable saddle systems with 55 and with 37 strands. These tests were performed in accordance to fib recommendations, bulletin 30, January 2005. This paper describes the saddle systems used today as well as the test rig and tests conducted in Berlin.

Für Spannbetonbrücken können Spannglieder aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) verwendet werden. Solche Zugglieder zeichnen sich durch hohe Festigkeit aus, sie rosten und ermüden nicht und sie haben ein sehr geringes Gewicht. Ihre Anwendung kann zu mehr Nachhaltigkeit und Eleganz im Brückenbau führen, weil so schlankere Querschnitte möglich werden und gleichzeitig die Dauerhaftigkeit erhöht werden kann. In diesem Beitrag werden zuerst der Stand der Carbonbetonforschung an der TU Berlin und der Stand der Technik bei Brücken mit Carbonelementen vorgestellt. Hauptsächlich geht es im Anschluss um Fragen der Versagensankündigung und der Querschnittsbemessung von Bauteilen mit Carbonvorspannung. Zuletzt wird der Entwurf einer integralen Rahmenbrücke aus Betonfertigteilen mit Carbonvorspannung vorgestellt.

Bridges made of prestressed carbon concrete
Tendons made of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) can be used for the prestressing of concrete bridges. Such tendons can be highly tensioned, they do not rust or fatigue, and they are very lightweight. Their application can lead to more sustainability and elegance in bridge construction, as they allow for slimmer cross-sections and at the same time increase durability. In this paper, first the status of carbon concrete research at the TU Berlin and the state of the art in bridges with carbon elements is presented. The main focus is then shifted to questions of warning to failure and the cross-sectional design of components with prestressed and non-prestressed carbon reinforcement. Finally, the design of a prototype integral frame bridge made at the TU Berlin with precast CFRP posttensioned girders is presented.

Carbonfasern eignen sich aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit ausgezeichnet für zugbeanspruchte Tragwerke. Besonders hochvorgespannte Seilnetze, bei denen bei orthogonaler Belastung hohe Rückstellkräfte aktiviert werden können, erlauben es, das Potenzial dieser Hochleistungsfasern voll auszuschöpfen. Ausgehend von der Erfahrung mit verglasten Stahlseilnetzfassaden wurde deshalb ein neuartiger Fassadentyp mit Seilen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) entwickelt. Das gesamte Tragwerk dieser neuartigen Fassade, ein Netz aus hochvorgespannten und sehr dünnen Carbonzuggliedern, ist in den Fugen zwischen den Glasscheiben untergebracht. So liegen die Carbonseile geschützt im Silikon, wodurch gleichzeitig eine Glasfassade ohne sichtbares Tragwerk entsteht.
In diesem Beitrag werden sowohl der Entwurf und die konstruktive Durchbildung einer solchen Fassade beschrieben als auch die vielversprechenden Erkenntnisse und Ergebnisse aus den Versuchen an einem Prototyp vorgestellt.

Carbon fibers are ideal for tensile structures
Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) can be used for highly tensioned cable nets, which become very stiff due to second order effects when loaded perpendicularly to their plane. Based on experience with steel cable-net glass facades, a new type of glass facade was developed, which allows for the positioning the entire load bearing structure, consisting of very thin and highly tensioned CFRP cables, in the joints between the individual glass panels. In this fashion, not only are the cables well protected, but more importantly, large glass facades without any visible load bearing structure become possible.
In this paper the conceptual and structural design as well as the very promising results of a prototype test will be described.

Extradosed Brücken, von relativ flachen Seilen getragene steife Trägerbrücken, sind im Spannweitenbereich zwischen 100 und 200 m eine wirtschaftliche Alternative zu Betonhohlkastenträgern einerseits und Schrägseilbrücken anderseits. Während die Seilkräfte von Schrägseilbrücken mit schlankem Stahlbetonüberbau in der Regel so eingestellt werden, dass sie fast die ganzen ständigen Lasten tragen und der Überbau sich dann wie ein Durchlaufträger auf starren Stützen verhält, müssen Extradosed Brücken mit ihrem schweren und steifen Überbau anders behandelt werden. In diesem Artikel werden die typischen Eigenschaften der Extradosed Brücken beschrieben und gezeigt, wie deren Seilkräfte und der Verlauf der Biegemomente im Überbau unter ständigen Lasten einfach und wirtschaftlich eingestellt werden können. Auch die zusätzliche Anordnung von Spanngliedern im Überbau zur weiteren Reduktion dieser Momente im Brückenträger wird behandelt.

Extradosed bridges
Extradosed bridges with their flat/shallow stay cables and stiff decks are an economic alternative to box girder bridges and cable-stayed bridges for spans of 100 to 200 m. The structural system of extradosed bridges is considered also as a transition between the structural systems of the box girder bridges and the cable-stayed bridges. The stay cables for extradosed bridges are normally designed to carry nearly the full permanent load and the deck behaves as a continuous beam on rigid supports. The method, used usually for the determination of the stay cable forces under permanent load for cables-stayed bridges, cannot be followed for the extradosed bridges with their heavy and stiff decks. The typical configurations for such type of bridges will be presented in this paper. Further, a simple and an economic method for the determination of the stay cable forces and the corresponding bending moment distribution along the deck elements under permanent load, for extradosed bridges, will be proposed. Additionally, the arrangement of the prestressing tendons inside the concrete deck elements, to nearly eliminate the bending moments under permanent load, will be consistently handled.

Essen wurde im Jahr 2010 Europäische Kulturhauptstadt, und zu diesem Anlass wurde der Künstler Tobias Rehberger eingeladen, eine Skulptur über den Rhein-Herne-Kanal zu gestalten, die gleichzeitig Brückenfunktion übernehmen sollte. Für die früh ins Planungsteam gerufenen Bauingenieure ergab sich so die Möglichkeit, in der eher seltenen Konstellation Künstler-Bauingenieur das Brücken-Gesamtkunstwerk anzugehen: gute Kunst und gutes Tragwerk. Das Resultat, die Brückenskulptur Slinky Springs to Fame, ist eine leichte, mehrfeldrige und sehr farbenfrohe Spannbandbrücke, die, von einer Spirale umwickelt, den Rhein-Herne-Kanal in Oberhausen überspannt. In diesem Beitrag werden Entwurf, Konstruktion und Bau dieser Brücke sowie ihre dynamischen Besonderheiten beschrieben.

The multi-span stress ribbon bridge called Slinky Springs to Fame in Oberhausen, Germany.
The city of Essen became European Capital of Culture in 2010. For this reason, the artist Tobias Rehberger was invited to design a sculpture across the Rhein-Herne-Canal, which also should enable people to cross the canal. The structural engineers, who could join the team at an early design stage, had the opportunity to strive within the relation artist - structural engineer for a synthesis: good art and good structure. The result, the bridge sculpture Slinky Springs to Fame, is a lightweight and very colourful stress ribbon bridge crossing the Rhein-Herne-Canal, which is wrapped by a spiral. This paper describes in detail the conceptual and structural design as well as dynamic aspects and the construction of the bridge.

Infraleichtbeton ist nun - nach zehn Jahren Forschung an der TU Berlin und einem ersten Haus, das sich seit zehn Jahren bewährt - reif für die Praxis. Die Risiken, die er wie jede Neuerung mit sich bringt, sind jetzt überschaubar. Für diejenigen, die diesen Hochleistungsbeton als tragende Wärmedämmung einsetzen oder weiter erforschen wollen, ist in diesem Beitrag zuerst das Wichtigste zu solchen sehr leichten Betonen, die Sichtbetonbau praktisch ohne zusätzliche Dämmmaßnahmen ermöglichen, zusammengefasst. Die weiteren Ergebnisse der bisherigen Forschung der Autoren und laufende Untersuchungen werden danach ausführlich vorgestellt. Die werkstoffgerechte Durchbildung konstruktiver Details und das gestalterische Potenzial solch neuartiger Betone wird ebenso besprochen wie die für die Umsetzung bisher noch nötige Zustimmung im Einzelfall (ZiE) für Infraleichtbeton. Zum Schluss werden die wenigen bisher gebauten und gerade in Planung befindlichen Gebäude aus Infraleichtbeton vorgestellt.

Infra-Lightweight Concrete: Ready for practice
After ten years of research at the TU Berlin and a first house, which has proved successful for ten years, Infra-Lightweight Concrete is now ready for practice. The risks that any innovation takes are now manageable. For those who want to use or further explore this high-performance concrete as a load-bearing thermal insulation, this paper first summarizes the most important things about such very light concretes, which allow for fair-faced structures without any additional heat insulation measures. The further results of our recent and ongoing research are presented in detail. The material-compatible development of structural details and the design potential of such new concretes are discussed as well as the project-specific approval in the individual case that is required so far in practice. In the end, the few buildings that have been built until now and are currently being planned are presented.