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Dieses Projekt wurde mit einem Prix Acier 2021 ausgezeichnet
Der Entwurf des neuen Fussballstadions der Stadt Lausanne geht auf einen internationalen Wettbewerb zurück und resultiert aus der interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Architekten und Tragwerksplanern. Die Leichtigkeit des weitgespannten Stahldachtragwerks war ein wesentlicher Faktor, der die effiziente und wirtschaftliche Umsetzung des architektonischen Entwurfs ermöglicht hat. Das Dachtragwerk wurde mit wenigen Tragelementen konzipiert. Ihre wiederkehrende Geometrie und klaren Linien stehen im Kontrast zum expressiveren Ausdruck des Gebäudesockels. Das subtile Gleichgewicht des leichten Dachtragwerks wirkt als Gegenpol zu den im architektonischen Ausdruck lesbaren Kräften des Spannbetonsockels. Dank der besonderen Leistungsfähigkeit von Stahl konnte das Dachtragwerk fast ohne provisorische Abstützungen in kurzer Zeit aufgerichtet werden. Die konstruktive Ausbildung widerspiegelt die klaren und einfachen Tragkonzepte der Stahlstruktur. Mit der Realisierung des Dachtragwerks des Stade de la Tuilière konnte die Wettbewerbsfähigkeit von Stahl für die Realisierung weitgespannter Tragwerke erneut unter Beweis gestellt werden. Als Fassade für das neue Stadion wurde eine funktionale gläserne Gebäudehülle konzipiert.

Light and subtly designed - the roof structure of the Stade de la Tuilière in Lausanne
The design of the new football stadium of the city of Lausanne goes back to an international competition and results from the interdisciplinary cooperation between architect and structural engineer. The lightness of the wide-span steel roof structure is the essential factor that enabled the efficient and economical implementation of the architectural design. The roof structure was designed with few load-bearing elements. Its recurring geometry and clean lines contrast with the more expressive building's base. The subtle balance of the light roof structure acts as a counterpoint to the forces of the prestressed concrete base, which are expressed in the architecture. Thanks to the special performance of steel, the roof structure could be erected in a short time without temporary supports. The structural details reflects the clear and simple load-bearing concepts of the steel structure. A functional glass envelope was designed as façade for the new Stade de la Tuilière. With the realization of the roof structure of the Stade de la Tuilière, the competitiveness of steel for the realization of long-span structures was proven once again.

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Auf dem Gebiet des Metallleichtbaus ist im Laufe der letzten Jahre eine Vielzahl von neuen innovativen Profiltypen entwickelt worden. Zudem wurde der Anwendungsbereich bestehender Profiltypen erweitert. Dies ist auf eine wachsende Nachfrage nach architektonisch ansprechenden und gleichzeitig nachhaltigen Produkten zurückzuführen. Für diese neuen speziellen Profiltypen und Anwendungsbereiche existieren nur vereinzelt und zum Teil in ihrer Anwendung sehr eingeschränkte Bemessungskonzepte. Im Rahmen eines aktuell an der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), in Kooperation mit den Projektpartnern Syndicat National du Profilage des Produits plats en Acier (SNPPA), Bacacier Profilage SAS, Société Bretonne de Profilage SAS (Joris Ide), Ingenieurbüro für Leichtbau (IFL) und Sokol Palisson Consultants SARL, durchgeführten europäischen Forschungsprojekts werden auf Basis experimenteller und numerischer Untersuchungen die Grundlagen für die Erweiterung der bestehenden spezifischen technischen Regelwerke geschaffen. Ziel ist die Erarbeitung von Richtlinien und Empfehlungen sowie Bemessungskonzepten für spezielle dünnwandige kaltgeformte Stahlprofile. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über das Forschungsprojekt und die zu untersuchenden Profile.

Investigations on the integration of special profiled steel sheets in the Eurocodes.
In the field of lightweight metal structures, a wide range of new innovative profile types has been developed over the past years. In addition, the application field of profile types has been enlarged. This can be attributed to the growing request for architecturally appealing and simultaneously sustainable products. For these special new profile types and application fields there are only occasionally and partly very limited design concepts in their application. Within the scope of a current European research project at the Research Center for Steel, Timber and Masonry, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), performed in cooperation with the project partners Syndicat National du Profilage des Produits Plats en Acier (SNPPA), Bacacier Profilage SAS, Société Bretonne de Profilage SAS (Joris Ide), Ingenieurbüro für Leichtbau (IFL) and Sokol Palisson Consultants SARL, the fundamentals for the enlargement of existing specific technical regulations are created on the basis of experimental and numerical investigations. The objective is the elaboration of regulations and recommendations as well as design concepts for special thin-walled cold-formed steel profiles. This article gives an overview of the research project and the profiles to be examined.

In neuester Literatur werden Zweifel geäußert, ob die in DIN 18800-1 und Eurocode 3 ähnlich geregelten grenz (b/t)-Werte für das Verfahren Elastisch-Plastisch bzw. Querschnittsklasse 2 ausreichend sicher sind. Es wurden eigene numerische Berechnungen durchgeführt, die auf einer Systematisierung der Anforderungen zur Aktivierung der plastischen Querschnittsreserve beruhen und deren Ergebnisse exemplarisch durch Versuche überprüft wurden. Die so ermittelten Ergebnisse zeigen zwar gewisse Unzulänglichkeiten der derzeitigen Regelungen auf, geben jedoch nicht genügend Anlaß, die derzeitigen Grenzwerte zu verschärfen.

Im Zusammenhang mit der Entwicklung wurde auch ein besonderer Teil 1.5 der ENV 1993 von Bemessungsregeln für Stahlbrücken im Teil 2 der ENV 1993 für die Berücksichtigung des Beulens beim Tragsicherheitsnachweis dünnwandiger Stahlkonstruktionen mit und ohne Blechaussteifungen entwickelt. Der vorliegende Beitrag stellt die neuen Regelungen vor und begründet die neuen Vorgehensweisen und Verbesserungen gegenüber den bisher im Teil 1.1 der ENV 1993 veröffentlichten Beulregelungen bei Schub und örtlicher Lasteinleitung. Die neuen Beulregelungen sind an Bauteilversuchen kalibriert, und die Sicherheitselemente wurden so festgestellt, daß die für die Eurocodes geforderten Zuverlässigkeiten erreicht werden. Es werden auch einige Unterschiede zur Vorgehensweise nach DIN 18800 - Teil 3 aufgezeigt.

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Infolge dynamischer Belastung von Stahlbetontragwerken (Windenergieanlagen) kann es auch bei Lasten unterhalb der statischen Festigkeit zu Materialermüdung im Betonstahl kommen. Materialseitig wird die dynamische Festigkeit im Dauerschwingversuch geprüft. Neben der Oberflächengeometrie, der chemischen Zusammensetzung hängt das Dauerschwingverhalten auch vom Belastungsregime ab. Im vorliegenden Beitrag wurden theoretische Berechnungen zur verrichteten physikalischen Arbeit während den Dauerschwingversuchen durchgeführt und in einer Parameterstudie für unterschiedliche Lastregime ausgewertet. Vergleichende experimentelle Untersuchungen zeigten, dass die Ergebnisse des Lastregimes mit fixierter Oberspannung zur Prüfung von Betonstahl nicht den theoretischen Berechnungen gleichen. Vor diesem Hintergrund ist zu diskutieren, inwieweit die Rahmenbedingungen des Dauerschwingversuchs die Absicht der Quantifizierung einer realitätsnahen Wöhlerlinie für Betonstahl tatsächlich erlauben.

Investigations of the test methodology in fatigue tests of reinforcing steel - Considerations on physical work
Cyclic loading of reinforced concrete structures (e. g. wind energy plants) can cause fatigue fractures in reinforcing steel even with loads far below its yield strength. The dynamic tensile strength of rebars is determined in the fatigue tests of which the results strongly depend on the geometry and chemical composition of the reinforcing steel. Furthermore, the influence of the load regime has to be taken into account. In this paper, theoretical calculations of the physical work borne during the fatigue tests were carried out on three different load regimes within a parameter study. Comparative experimental investigations showed that the results of the load regime with fixed upper stress level (for testing reinforcing steel according to DIN EN ISO 15630-1) could not be explained by theoretical calculations. The results seem to depend more on process factors and surface conditions of the rebars than on the tests boundary conditions. Hence, it should be discussed to what extent the boundary conditions of the fatigue test allow for an actual quantification of a S-N-curve for reinforcing steel.

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Zu einer Verbesserung der Dauerhaftigkeit von hochbeanspruchten Betonbauwerken im Freien sollten unerwünschte Frührißbildungen möglichst vermieden werden. Hierzu ist eine wirklichkeitsnahe Beurteilung des jungen Betons zur Definition geeigneter Betonzusammensetzungen besonders wichtig. Im Beitrag werden dementsprechende Untersuchungen präsentiert und anhand eines Anwendungsbeispiels verdeutlicht. Auf die besondere Rolle von Experimenten in einer Temperatur-Spannungs-Prüfmaschine wird eingegangen.

Ziel dieser Untersuchungen an vorgefertigten Tübbingen aus Stahl- und Stahlfaserbeton war es, das Zusammenwirken von Stabbewehrung und Stahlfasern an Bauteilen im Maßstab 1:1 zu beurteilen. Die Belastungsversuche bezogen sich in einer ersten Phase auf die stark beanspruchten Randzonen und in einer zweiten Phase auf ganze Tübbingelemente. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß die Stahlfaserbewehrung einen Teil der Stabbewehrung, insbesondere die aufwendige Bügelbewehrung in den Randzonen, ersetzen kann. Es ist jedoch nicht angezeigt, bei Tübbingen mit großen Radien auf eine Biegebewehrung mit Stabstählen gänzlich zu verzichten. Für kleine Tunnelradien kann eine reine Stahlfaserbewehrung unter Umständen ein befriedigendes Verhalten bezüglich Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit gewährleisten. Die beschränkte Anzahl der Versuche erlaubt es jedoch nicht, allgemein gültige Folgerungen zu diesem komplexen Problem zu ziehen. Insbesondere ist es aufgrund dieser Versuche nicht möglich, einen Grenzradius oder einen Mindestgehalt an Stahlfasern zu nennen.

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Nach Einführung der DIN -Fachberichte ist die Verwendung von Stahlblechen bis 100 mm Dicke im deutschen Eisenbahnbrückenbau bauaufsichtlich geregelt. Die Umsetzung dieser Möglichkeiten vergrößert das Anwendungsspektrum von Stahlbrücken. So ist der Einsatz von dicken, unausgesteiften Fahrbahnblechen möglich. Dieses ist insbesondere sinnvoll, wenn durch geometrische Randbedingungen nur minimale Bauhöhen für die Fahrbahn zur Verfügung stehen und diese durch Querrippenfahrbahnen technisch nicht mehr realisierbar sind.

The primary objective of this new study of fibre-reinforced polymer (FRP)-reinforced concrete (RC) beams is to evaluate the mechanical performance of RC beams made of low strength concrete internally reinforced with FRP. The use of FRP rebars with low compressive strength concrete is desirable in order to avoid the accelerated corrosion processes that could occur with steel rebars. For this purpose, an experimental programme was designed to identify the failure modes and bending behaviour. The experimental results are compared with equations from ACI 440.1R-06, CSA S806-12 and other design codes as well as with other results from a review of the literature.
The comparisons indicate that the resistance moment is well predicted by codes for flexural failure. At ultimate loads, the deflection of the beams is further underestimated compared with the deflection of Reinforced Concrete beams with a higher compressive strength. An analytical simulation of 690 beams indicates that deflection is the major limiting criterion at the serviceability limit state.
Finally, the formulation problem of the optimal FRP design for reinforced concrete beams can be turned into a programming problem. The space of the feasible design solutions and the optimal solutions can be obtained using only a reduced number of design variables and an existing design method.

Persönliches:
Nachruf auf Hans Peter Tzschucke

Nachrichten:
Modellfabrik für Carbonbeton in Leipzig eröffnet

Wettbewerbe:
bauma Innovationspreis 2022

Veranstaltungen:
Call for papers - 12. Symposium Experimentelle Untersuchungen von Baukonstruktionen (SEUB)
40. Deutscher Stahlbautag in Berlin

Die gängige Methode zur Beurteilung der Grundbruchsicherheit von Fundamenten bei seismischer Beanspruchung basiert auf dem Ansatz von pseudo-statischen Beschleunigungskräften, welche die Trägheitskräfte aus dem Überbau und im Boden repräsentieren. Die einzelnen Komponenten der klassischen dreigliedrigen Grundbruchgleichung in der DIN 4017 werden hierfür mit geeigneten Abminderungsfaktoren versehen. Ergebnisse hierzu aus neueren numerischen Studien werden zusammengestellt. Eine Alternative stellen kuppelförmige 3-D-Grenzfächen der Tragfähigkeit als Kombinationen von Vertikallast, Horizontallast und Biegemoment dar, die zum Versagen führen. Auch die DIN-Gleichung kann in eine solche Grenzfläche umgewandelt werden. 3-D-Grenzflächen werden für den Fall eines rein kohäsiven und eines kohäsionslosen Bodens verglichen und bewertet. Ein weitverbreitetes FEM-Programm mit einer Grenzbedingung nach MOHR-COULOMB wird eingesetzt, um den Einfluss der Lastneigung und -exzentrizität sowie der Trägheitskräfte im Boden für typische Konfigurationen numerisch zu erfassen. Die Eignung der FEM als robuste Berechnungsmethode wird bestätigt, wobei alle Modellierungsdetails adäquat berücksichtigt werden müssen. Auf den Einfluss des Dilatanzwinkels wird gesondert eingegangen. Es wird gezeigt, dass die erweiterte Grundbruchgleichung für die praktische Anwendung sehr gut geeignet ist und zudem den Vorteil eines stetigen Übergangs vom statischen zum seismischen Lastfall bietet.

Assessment of pseudo-static methods for the bearing capacity of footings under seismic loading
The common method for assessing the bearing capacity of foundations under seismic loading is based on the assumption of pseudo-static acceleration forces which represent the inertial forces from the superstructure and those in the ground. The components of the classic tripartite bearing capacity equation in DIN 4017 are provided with suitable reduction factors for this purpose. Results from recent numerical studies are compiled. An alternative representation is a dome-shaped 3-D bearing strength surface in terms of combinations of vertical load, horizontal load, and bending moment that lead to failure. The equation in the DIN can also be converted into such a surface. 3-D surfaces are compared and evaluated for the case of a purely cohesive and a cohesionless soil. A widely used FEM code with a Mohr-Coulomb constitutive model is then applied to numerically capture for typical configurations the effects of load inclination and eccentricity as well as of the inertial forces in the soil. The suitability of the FEM as a robust calculation means is confirmed, provided that all modelling details are adequately considered. The influence of the dilation angle is discussed separately. It is shown that the extended bearing capacity equation is particularly suitable for the application in design, and also offers the advantage of a steady transition from the static to the seismic loading case.

In dem Studentenprojekt “Experimental Structures” wurden im Sommersemester 2014 am Lehrstuhl für Tragwerksplanung der Technischen Universität München sieben Tragstrukturen auf experimentelle Weise entwickelt. Die Masterstudenten nutzten Techniken wie Flechten, Falten oder Biegen, um parametrisch kontrollierte Strukturen auf modularer Basis zu erstellen. Dabei wurden unterschiedliche Lösungsansätze für die Unterteilung und Konstruktion von gekrümmten Flächen aufgezeigt. Die Ergebnisse bewegen sich zwischen effizientem Tragwerk und spielerischer Skulptur. Die Strukturen von ca. 2 × 2 m Spannweite wurden am Technischen Zentrum der TU mithilfe computergesteuerter Werkzeuge gefertigt und im Rahmen der Jahresschau der Architekturfakultät ausgestellt.

Free form - experimental structure - design and realisation of modular surface structures
During the summer project 2014 “Experimental Structures” seven structures were developed through experimental trials at the Department for Structural Design at the Technical University in Munich. The master students utilized various techniques like braiding, folding or bending to generate parametrically controlled modular structures. This produced different approaches of tessellating and constructing double curved surfaces. The resulting works cover a range between efficient structures and playful sculptures. The structures of approximately 2 × 2 m span were produced at the Technical Center of the TU using computer aided tools. They were exhibited at the Annual Show of the Architecture Faculty.

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In Bad Colberg ist ein attraktives Hallenbad als Teil der neuen Kuranlage entstanden. Seine Dachkonstruktion wird aus polygonal geführten Stahlträgern gebildet, deren Struktur aus dem Trajektorienbild einer Flachdecke entwickelt wurde. Die statische und konstruktive Bearbeitung der sehr unregelmäßigen Struktur erforderte den Einsatz modernster Computertechnologie. Wegen der aggressiven Umweltbedingungen innerhalb der Therme war ein wirksames Korrosionsschutzkonzept notwendig.

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Der Nachweis der Rissbreite verfolgt das Ziel, Maximalwerte der Rissbreite zu begrenzen, sodass der Nachweis gemäß DIN EN 1992-1-1 nicht auf Basis von Mittelwerten, sondern mit charakteristischen Werten erfolgt. Da entsprechende Quantilwerte oder auch Maximalwerte versuchstechnisch nur sehr aufwendig zu erfassen sind, ist eine Validierung bestehender Nachweisformeln - insbesondere für variierende Randbedingungen - schwierig. Werden dagegen experimentelle Mittelwerte verwendet, ist eine Umrechnung auf Maximalwerte bzw. definierte Quantilwerte erforderlich. Entsprechende Umrechnungsfaktoren lassen sich letztlich aus dem Verteilungstyp und der Streubreite ermitteln, wobei sich die Fachwelt bei dem Verteilungstyp von Rissabständen und Rissbreiten (zumeist normalverteilt oder log-normalverteilt) uneins ist. Zur genaueren Untersuchung der statistischen Verteilung von Rissabständen und Rissbreiten wurde ein rheologisches Modell hinsichtlich einer freien Rissbildung erweitert und mit Versuchen validiert. Bei der anschließenden Parameteranalyse hinsichtlich der Streuung von Rissabständen und Rissbreiten zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen der Verteilung der Rissabstände und der Verteilung der Rissbreiten, sodass die Streuung beider Parameter differenziert zu betrachten ist.

Statistical distribution of crack spacing and crack widths in reinforced concrete elements
The verification of the crack width aims at limiting maximum values of the crack width, thus the verification according to DIN EN 1992-1-1 is not based on mean values but on characteristic values. Since quantile values or even maximum values can only be recorded with great effort in terms of testing, it is difficult to validate existing formulas - especially for varying boundary conditions. If, on the other hand, experimental mean values are used, a conversion to maximum values or defined quantile values is necessary. Appropriate conversion factors can be determined from the distribution type and the scattering, although experts already disagree on the distribution type of crack spacing and crack widths (mostly normally distributed or log-normally distributed). For a more detailed investigation of the statistical distribution of crack spacing and crack widths, a rheological model was extended with respect to a free crack formation and validated with tests. The subsequent parameter analysis with regard to the scattering of crack spacing and crack widths showed clear differences between the distribution of crack spacing and the distribution of crack widths, so that the scatter of both parameters has to be considered in a differentiated way.