Weltweit wird die Lagertechnik durch den boomenden Onlinehandel, begrenzte Flächenkapazitäten und immer größere Bauhöhen von Regallagern geprägt. Die technische Ausführung von Regalanlagen folgt der rasanten Entwicklung in der Logistik jedoch nur schleppend. Auch das Potenzial von modernen höchstfesten Stählen, die sich im Automobil- und Maschinenbau längst durchgesetzt haben, wird in der modernen Lagertechnik nicht ausgeschöpft, obwohl Fachbodenregale für den Einsatz von höchstfesten Stählen prädestiniert sind. Das Ziel des FOSTA-Forschungsvorhabens P1512 (IGF Nr.21465/N) war daher die Erarbeitung der werkstoffspezifischen, fertigungs- und bemessungstechnischen Grundlagen zum Einsatz von höchstfesten Stahlblechen in Fachbodenregalen. Hierzu wurde einerseits die Eignung verschiedener hochfester Stähle für ihren Einsatz bei Fachböden und Stützen geprüft. Andererseits wurde durch experimentelle Untersuchungen das Trag- und Stabilitätsverhalten von Fachbodenregalstützen aus hochfesten Stählen analysiert; numerische Simulationen dienten der Optimierung von Stützengeometrien, sodass deren Querschnitte bei geringstmöglichem Materialeinsatz bestmöglich ausgenutzt werden können.

Optimized shelving racks through the use of high-strength steel
Warehouse technology worldwide is characterized by booming online trade, limited space capacities and greater heights of rack structures. However, the technical design of racking systems follows the rapid development in logistics only sluggishly. The potential of modern high-strength steels, which have long been established in automotive and mechanical engineering, is not fully exploited in modern storage technology, even though shelving is predestined for the use of high-strength steels. The aim of the FOSTA research project P1512 (IGF Nr.21465/N) was therefore to develop the material-specific, manufacturing and dimensioning fundamentals for the use of high-strength steels in shelving. For this purpose, on the one hand, the suitability of various high-strength steels for their use in floors and supports was tested. On the other hand, the load-bearing and stability behavior of shelf uprights made of high-strength steel was analyzed through experimental investigations; numerical simulations are used to optimize upright geometries so that their cross-sections can be utilized with the lowest possible material input.

Verankerungen in Sandwichelementen werden derzeit auf der Grundlage experimentell bestimmter Durchknöpftragfähigkeiten dimensioniert, da ein mechanisch basiertes Tragmodell fehlt. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde ein analytisches Modell zum Nachweis von Direktverankerungen entwickelt, welches mit Hilfe umfangreicher numerischer und experimenteller Untersuchungen bestätigt werden konnte.

Design model for pull-through resistance of direct fastenings in sandwich panels.
Fastenings of sandwich panels are designed based on experimentally determined pull-through resistances, because a mechanically based model does not exist. In the context of a research project an analytical design model of direct fastenings has been developed and verified by extensive numerical and experimental investigations.

Die Tragfähigkeit einseitiger Befestigungen von Sandwichelementen ist derzeit weder bauaufsichtlich geregelt noch existieren Berechnungsmodelle. Die Verankerung von Sandwichelementen oder die Einleitung äußerer Lasten an nur einem Deckblech wurde im Rahmen eines Forschungsvorhabens systematisch untersucht und weiterentwickelt. Im Ergebnis konnten die wesentlichen Phänomene bei einer einseitigen Lasteinleitung durch experimentelle und numerische Untersuchungen aufgedeckt werden und mögliche Verankerungssysteme auf experimenteller Basis entwickelt werden.

Innovative fastening of sandwich panels in one face sheet only.
One sided fastenings of sandwich panels at one face sheet only are not yet covered by technical approvals. In the context of a research project possible fastening technologies for one face sheet only have been systematically examined und developed. As a result the main difficulties with such fastenings could be identified, based on experimental and numerical investigations, and possible fastening systems could be developed based on testing.

Freileitungsmaste aus Stahl - traditionell in Deutschland als geschraubte oder genietete Gittermastkonstruktionen mit einfachen Profilformen und Verbindungen ausgeführt - gehörten einst zu den Sinnbildern technischer Erschließung und Sicherung des nationalen Wohlstandes. Heute werden Freileitungsmaste eher als Belastung der natürlichen Ressourcen und Einschränkung der Freiräume betrachtet. Im Vorfeld neuer Trassen-Planungen wurden bereits massive Proteste der betroffenen Bürger gegen den Bau von Freileitungen formuliert. Im Zuge der Energiewende ist es daher von elementarer Bedeutung, das Image der Freileitungen als einen notwendigen und akzeptierten Teil unserer industriellen Gesellschaft zu verbessern. Zugleich sollte das große Potential des modernen Stahlbaus und moderner Stähle auch beim Freileitungsbau gewinnbringend ausgeschöpft werden können und diesen Markt für eine große Zahl an Stahlbaufirmen öffnen. Dies kann nur gelingen, wenn für Entwurf und Konstruktion von Freileitungsmasten aus Stahl neben modernen Produktions-, Fertigungs- und Ausführungstechnologien sowie wirtschaftlichen Aspekten insbesondere auch gestalterische Betrachtungen berücksichtigt werden. Folgerichtig wird das Forschungsprojekt interdisziplinär von Ingenieuren und Architekten bearbeitet. Ziel ist es, einen neuen Freileitungs-Masttyp aus Stahl zu entwickeln, der neben technisch und wirtschaftlich höchsten Anforderungen in seiner Gestalt eine neue Zeit, die Zeit der Energiewende der Bundesrepublik Deutschland symbolisiert.

Overhead line tower for the turnaround in energy policy - architectural, technical and economic aspects.
In Germany, overhead line towers in steel are traditionally constructed as lattice towers still using simple construction steel materials, angle profiles, bolted joints or even rivet connections. Lattice towers represent technical progress and national affluence for a long time, but this view has changed completely. Currently, overhead line towers are condemned with regard to aesthetic and the impact on man and environment. The German turnaround in energy policy is already accompanied by strong public protests. On the other hand, most German steel manufacturer are no more specialized in planning and building lattice tower constructions. In the course of the energy turnaround it is therefore essential to change the recent negative image of overhead line towers into an accepted and urgently required part of a modern industrial society. Moreover, the potential of modern steel and sophisticated steel constructions should be introduced into the construction of overhead line towers. This will only be successful, is the design and construction of overhead line tower in steel includes modern steel production, manufacturing and erecting technologies combined with economy and architectural requirements. Consequently, steel engineers and architects will cooperate in this interdisciplinary research project. The research target is to develop a new steel construction of overhead line towers, which achieves highest technical, economic and aesthetic quality and thus, will support as well as symbolize the change in energy policy in Germany.

Bauen im Bestand beschreibt im Allgemeinen die Verdichtung, Modernisierung und Sanierung von bestehenden Gebäuden. Unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit liegt der Schwerpunkt des Bauens der nächsten Jahrzehnte im Bestand. Hierbei ergeben sich große Chancen für den Stahl(leicht)bau, die im Rahmen der vorgestellten Forschungsergebnisse aufgezeigt werden. Die interdisziplinäre Planung von Gebäudeerweiterungen in Form von Aufstockungen aus Stahl erfolgt für ausgewählte, repräsentative Referenzgebäude und liefert eine Basis für weitere, allgemeine Erkenntnisse zum Bauen im Bestand unter Berücksichtigung von stadtplanerischen und architektonischen sowie bauphysikalischen Aspekten, statisch-konstruktiven Anforderungen, des Baubetriebs, der Immobilienbewertung und lebenszyklusübergreifenden Nachhaltigkeitsbewertungen. Im Ergebnis liegen erstmalig detaillierte Ökobilanzergebnisse für spezifische Bestandsbaumaßnahmen vor, die eine Vorteilhaftigkeit gegenüber Abriss und Neubau ausweisen.

Integral analysis of building projects dealing with existing structures including comparative assessments of sustainability - Exemplified through investigations of the building for the physics institute at the TU Dortmund, Germany.
Building in existing contexts and structures considers urban densification, modernization and redevelopment of the existing building stock in general. Aspects of sustainability will primarily be focusing on refurbishment and restoration of existing buildings; they will be the challenge of future. These future developments unfold many opportunities for the application for steel and steel-lightweight structures, which are highlighted through this presented research project. The interdisciplinary planning approach of roof top extensions for existing buildings with steel structures is simulated for selected, representative reference buildings and can be used to facilitate a basis for further insights in respect to building with existing structures. This approach considers city planning and architectural requirements, aspects of building physics, structural solutions, building process concerns, real estate assessment, sustainability and life cycle assessments. As a result, for the first time detailed outcomes regarding the life cycle assessments for specific projects dealing with the composition of existing structures in contrast to the process of demolition and new development are available. An advantage of building in existing context can be determined.

Die Bauhöhe von Hochregallagern ist in den vergangenen Jahren stetig gestiegen. Entsprechend besteht Bedarf, den kontinuierlich wachsenden Anforderungen, denen Hochregallager in Stahlbauweise genügen müssen, durch Weiterentwicklungen und Optimierungen der Konstruktion zu begegnen. Von essentieller Bedeutung für die Stabilität und Gebrauchstauglichkeit von Hochregallagern ist die Schubsteifigkeit von Ständerrahmen.
Geschlossene theoretische Ansätze zur realitätsnahen Erfassung der Schubsteifigkeit von Ständerrahmen mit dünnwandigen Stahlquerschnitten und einfachen Verbindungen, wie sie im Hochregallagerbau eingesetzt werden, existieren derzeit nicht. Aus diesem Grund ist es in der Regalbauindustrie immer noch gängige Praxis, die Schubsteifigkeit eines Ständerrahmens experimentell in so genannten Rahmenschubversuchen nach DIN EN 15512 zu ermitteln.
In dem hier vorgestellten Forschungsprojekt werden die für die Schubsteifigkeit von Ständerrahmen im Hochregallagerbau maßgebenden Einflussparameter qualifiziert und quantifiziert. Des Weiteren sollen auf dieser Basis Berechnungsgrundlagen abgeleitet werden, um analytische Methoden zur realitätsnahen Bestimmung der Schubsteifigkeit zu entwickeln.

Experimental analysis of upright frames in high-bay racking construction.
The height of high-bay warehouses has risen constantly in recent years. Accordingly, there exists a need to meet the continuously increasing requirements of high-bay warehouse in steel construction by upgrading and optimizing their design. The shear stiffness of the upright frames is of crucial importance for the stability and serviceability of high-bay warehouses.
Closed theoretical approaches for a realistic survey of the shear stiffness of upright frames with thin-walled steel profiles and simple joints, such as those used in high-bay racking systems, currently do not exist. For this reason, it is still common practice within the shelf construction industry, to determine experimentally the shear stiffness of an upright frame in so-called frame shear tests according to DIN EN 15512.
The research project presented hereafter qualifies and quantifies the relevant parameters for the shear stiffness of upright frames in high-bay racking systems. Additionally, a calculation basis should be determined in order to develop analytical methods for a realistic determination of the shear stiffness.

In dem hier vorgestellten Forschungsprojekt wurden durch die TU Dortmund, die MPA Darmstadt und das Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH der wissenschaftliche und technische Nachweis eines sicheren Einsatzes der Feuerverzinkung im Stahl- und Verbundbrückenbau erbracht (Teil 1 s. Stahlbau, H. 1/2015). Durch Laborbelastungen und Freibewitterung konnte die Korrosionsschutzwirkung der Feuerverzinkung für bis zu 100 Jahre, d. h. über die gesamte rechnerische Lebensdauer einer Brücke hinweg, nachgewiesen werden. Durch zusätzliche Entwicklung einer Ausführungsanweisung für Montagestöße können damit die ökologischen und ökonomischen Vorteile gegenüber den aktuell eingesetzten Korrosionsschutzsystemen genutzt werden.

Hot-dip galvanizing in bridge construction - Part 2: Using hot-dip galvanizing as a lifetime corrosion protection for bridge constructions.
In the here presented research project the scientific and technical evidence for the safe use of hot-dip galvanizing for steel and composite bridges were provided by TU Dortmund, MPA Darmstadt and Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH. By laboratory tests and natural weathering the evidence of the corrosion protection of hot dip galvanizing for up to 100 years, i. e. over the entire calculated life of a bridge, could be provided. With the additional developed design guide for mounting joints the environmental and economic advantages over the currently applied corrosion protection systems can be used.

In dem hier vorgestellten Forschungsprojekt wurden durch die TU Dortmund, die MPA Darmstadt und das Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH der wissenschaftliche und technische Nachweis eines sicheren Einsatzes der Feuerverzinkung im Stahl- und Verbundbrückenbau erbracht. Die Verwendung der Feuerverzinkung ermöglicht einen langlebigen, wartungsfreien und robusten Korrosionsschutz und bietet ökologische und ökonomische Vorteile gegenüber den aktuell eingesetzten Korrosionsschutzsystemen. Der Einsatz im Brückenbau mit zyklischen Belastungen war bislang - aufgrund fehlender wissenschaftlicher Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten feuerverzinkten Stahls - nicht möglich. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts ermöglichen den Nachweis des feuerverzinkten Stahls gegen Werkstoffermüdung nach EC 3-1-9 und weisen den sicheren Einsatz der Feuerverzinkung als Korrosionsschutzsystem nach.

Hot-dip galvanizing in bridge construction - Part 1: Using hot-dip galvanized mild steel for cyclic loaded structures.
In the here presented research project the scientific and technical evidence for the safe use of hot-dip galvanizing for steel and composite bridges were provided by TU Dortmund, MPA Darmstadt and Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH. The use of hot dip galvanizing offers a durable, maintenance-free and robust corrosion protection and provides environmental and economic advantages over the corrosion protection systems currently in use. The use in bridge construction with cyclic loading was previously not possible - due to a lack of scientific studies on the fatigue behavior of hot-dip galvanized steel. The results of this research allow the proof of hot-dip galvanized steel against fatigue according to EC 3-1-9 and demonstrate the safe use of hot dip galvanizing as corrosion protection system.

Die statischen Vorteile von Stahlhohlplatten sind bereits seit über 40 Jahren bekannt und wurden in einer Vielzahl von Arbeiten beschrieben und analysiert. Die wirtschaftliche Herstellung der Platten wurde seit 1990 durch Fortschritte in der Laserschweißtechnik ermöglicht. Mittels Laserstichnaht können die außenliegenden Deckbleche durch diese hindurch mit den innenliegenden Stegen oder Profilen verschweißt werden. Lange beschränkte sich die Dicke der Deckbleche, die bei diesem Verfahren in ausreichender Qualität durchdrungen werden können, auf etwa 4 mm, so dass Hohlplatten nur in Sekundärtragwerken im Schiffbau oder ähnlichen ausschließlich gering belasteten Tragwerken eingesetzt wurden. Um einen Einsatz in stärker belasteten, ermüdungsgefährdeten Tragwerken möglich zu machen, wurden im Rahmen des Forschungsprojektes FOSTA P869 “Laserstrahlgeschweißte T-Stoßverbindungen” (IGF 16935 BG) [4] Schweißparameter erarbeitet, mit denen Deckbleche mit Dicken von bis zu 10 mm prozesssicher angeschlossen werden können. Über ein umfangreiches Versuchsprogramm wurden für diese Verbindungen Bemessungskonzepte für statische sowie dynamische Biege-, Schub- und Normalkraftbeanspruchungen entwickelt. Ein Auszug der Ergebnisse wurde bereits im vergangenen Jahr in [2] veröffentlicht. Im folgenden Artikel werden im Speziellen die Widerstände der Stichnaht gegenüber brückenbautypischen Beanspruchungen im Bereich der Lasteinleitung dargestellt und gezeigt, dass diese Nähte für einen Einsatz im Brückenbau geeignet erscheinen.

Durability of laser welded steel hollow plates in bridge constructions.
The advantages of steel hollow plates were described and analyzed in several research papers since the 1970s. Since the 1990s it is possible to produce these plates economically using laser welding technique. The laser stake weld connects the upper deck plate with the inlying web plates or profiles by welding through this upper deck plate. For long, the maximum thickness of deck plates that was penetrable was approximately 4 mm, so that the application of steel hollow plates was limited to secondary bearing structures in ships or other constructions with low loads. Within the research project “Laser welded T-joint connections” [4], welding parameters for laser stake welds were enhanced to produce deeper and thicker connections in order to connect plates with a thickness up to 10 mm to set up hollow plates for higher static and fatigue loads. The project provides experimentally validated design concepts based on an extensive testing scheme with static and fatigue bending, shear and normal stresses. The paper “Laser-stake welded T-joints of all-steel sandwich panels - Fatigue strength of laser-stake welded T-joints” [2] showed an excerpt of the results. The following article is especially about the investigations regarding the laser stake welds static and fatigue resistance against loads that typically occur in bridge buildings. The findings demonstrate that steel hollow plates using laser stake welds are suitable for an application in steel bridges.

Für die Queraussteifung von Hochregallagern ist die Schub steifigkeit der zumeist aus dünnwandigen, kaltgeformten Querschnitten gefertigten Ständerrahmen von essenzieller Bedeutung. Im Vergleich zu einem idealen Fachwerk liegt die Schubsteifigkeit der Ständerrahmen nur bei etwa 5-15 %. Geschlossene theoretische Ansätze zur realitätsnahen Bestimmung der Schubsteifigkeit existieren derzeit nicht, sodass es im Regalbau gängige Praxis ist, die Schubsteifigkeit experimentell in sogenannten Rahmenschubversuchen zu bestimmen. Dieses Vorgehen ist zeit- und kostenintensiv und verhindert eine gezielte Weiterentwicklung der Bauweise der Ständerrahmen, die aufgrund der stetig gestiegenen Bauhöhe von Hochregallagern zunehmend an ihre statisch-konstruktiven Grenzen stoßen. Aus diesem Anlass ist das Forschungsvorhaben FOSTA P1078 “Schubsteifigkeit von Ständerrahmen im Hoch regallagerbau” initiiert worden. Mithilfe von umfassenden experimentellen und numerischen Untersuchungen ist das Trag- und Verformungsverhalten der Ständerrahmen analysiert und ein Bemessungsmodell in Anlehnung an die Komponentenmethode entwickelt worden, das es erlaubt, die Schubsteifigkeit realitätsnah analytisch zu bestimmen.

Shear stiffness of upright frames in high-bay rack structures
For the bracing in cross aisle direction of high-bay rack structures the shear stiffness of the upright frames is of vital importance. Compared to an ideal framework, the shear stiffness of the upright frames is only about 5-15 %. Until now, the fundamentals for the analytical calculation of the shear stiffness are not given. Therefore, it is common practice to determine the shear stiffness of upright frames experimentally. This approach is very costly and impedes the further optimisation of the highly stressed rack structures. For this reason, the research project FOSTA P1078 “Shear stiffness of upright frames in high-bay rack structures” has been initiated. By means of extensive experimental and numerical investigations, the load-bearing and deformation behaviour of the upright frames has been analysed. Based on the findings an analytical design model based on the component method has been developed, which allows to determine the shear stiffness in a realistic manner.

Der rasante Aufschwung in der Logistikindustrie verbunden mit der Entwicklung automatisierter Fördersysteme führt zu immer größeren Hochregallagern mit Bauhöhen bis zu 50 m. Damit stößt die derzeitige Konstruktionspraxis von Hochregallagern in Silobauweise an ihre statisch-konstruktiven Grenzen. Zudem kann aufgrund der komplexen Profilausbildung der dünnwandigen, kaltgeformten Regalprofile die Tragfähigkeit nicht in allen Fällen nach DIN EN 1993-1-3 [1] ermittelt werden.
In dem hier vorgestellten Forschungsprojekt wurde untersucht, ob der Einsatz höherfester Stähle zu einer Optimierung des Tragsystems führen kann. Des Weiteren wurde analysiert, ob die Bemessungsregeln der DIN EN 1993-1-3 [1] auf die Regalprofile übertragen werden können.

The use of high-strength steel in high-bay racking systems.
The booming logistics industry and the development of high sophisticated automatic storage and retrieval systems lead to larger high-bay racking systems with heights up to 50 m. This pushes the current design practice of high-bay racking systems in silo construction to its static and constructive limits. Unfortunately, DIN EN 1993-1-3 [1] does not give design provisions for the special thin-walled, cold-formed rack profiles.
The research project focuses on two aspects: Using high-strength steel to optimize the rack systems as well as further developing design rules of DIN EN 1993-1-3 [1] to predict the load-bearing capacity of rack profiles.

Der Durchstanznachweis stellt bei der Bemessung von Flachdecken infolge der konzentrierten, punktförmigen Lasteinleitung oftmals den konstruktiv bestimmenden Nachweis dar. Bei unregelmäßigen Deckensystemen oder Belastungen treten zudem ungleichmäßige Schubspannungsverteilungen im Durchstanzbereich auf. In der Tragwerksplanung stellt sich hierbei oft die Frage, wie die ungleichmäßige Schubspannungsverteilung beim Durchstanzen am zweckmäßigsten und mit vertretbarem Aufwand berücksichtigt werden kann. Die direkte Bestimmung der Schubspannungsverteilung in Rundschnitten mittels FE-Verfahren wird im aktuellen Eurocode 2 nicht explizit ausgeschlossen, aber auch nicht genauer beschrieben. Hier gibt es entsprechenden Freiraum bei der Bemessung für den Tragwerksplaner, aber auch Unklarheiten bei der Interpretation der Ergebnisse. In diesem Beitrag werden FE-Lösungen zur Bestimmung des Lasterhöhungsfaktors &bgr; oder zur direkten Berücksichtigung der ungleichmäßigen Schubspannungsverteilung vorgestellt und anhand eines Anwendungsbeispiels analysiert. Abschließend werden Empfehlungen und Modellierungshinweise zur pragmatischen und möglichst realistischen Bestimmung des Lasterhöhungsfaktors &bgr; zur Berücksichtigung von Knotenbiegemomenten gegeben.

Punching shear in irregular flat slab systems - Recommendations for modeling and design
The punching shear verification is often the decisive verification in design due to the concentrated load introduction. Moreover, uneven shear stress distributions often occur in the punching shear area as result of irregular flat slab systems or eccentric loads. In structural design it is often questionable, how a non-uniform shear stress distribution can be considered with acceptable effort. The direct determination of the shear stress distribution along the control perimeters using FE methods is not explicitly excluded in the current Eurocode 2 but is also not described in more detail. This gives considerable freedom in design for the structural engineer, but also ambiguities for interpreting the results. In this paper, FE approaches for determining the factor &bgr; or for directly considering the non-uniform shear stress distribution are presented and analyzed based on an application example. Finally, recommendations and modelling advice are given for the pragmatic and, as far as possible, realistic determination of factor &bgr; for consideration of unbalanced moments.

Flachdecken sind eine heute oft ausgeführte Konstruktionsform im Hoch- und Industriebau, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts erstmals angewendet wurde. Flachdecken ermöglichen vor allem flexibel und nachhaltig nutzbare Gebäudestrukturen, die maßgeblich zur Verlängerung der Gesamtnutzungsdauer beitragen. Das durch die punktförmige Lagerung verursachte Durchstanzversagen stellt in der Bemessung oftmals den entscheidenden Nachweis dar. Seit mehr als 100 Jahren ist daher eine Vielzahl experimenteller und numerischer Untersuchungen zum Durchstanzen durchgeführt worden. Hierbei lag der Fokus gleichermaßen auf dem Durchstanzen bei Flachdecken und Fundamenten, die im Vergleich durch ihre gedrungene Ausführung ohne günstig wirkende Plattenmembranwirkungen ein verändertes Tragverhalten aufweisen. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Meilensteine in der historischen Entwicklung punktförmig gelagerter Platten aufgezeigt und anschließend aktuelle Untersuchungen am Institut für Massivbau in Aachen vorgestellt. Dabei geht der Beitrag auch auf die Frage ein, ob trotz der langen Forschungshistorie immer noch wissenschaftlicher Forschungsbedarf besteht.

100 years of punching shear - Still research necessary?
Flat slabs are an often-used construction method in today's building and industrial constructions, which was first applied at the beginning of the 20th century. In particular, flat slabs enable flexible and sustainably usable building structures contributing significantly to the extension of the service life. In design, the punching shear failure occurring due to the point support often represents the decisive verification. Therefore, many experimental and numerical investigations have already been carried out for more than 100 years. Here, the focus has been equally on punching shear in flat slabs and column bases, which show a changed load-bearing behavior due to their compact construction without favorably acting membrane effects. In this article, the milestones in historical development of point-supported slabs are outlined and current investigations at the Institute of Structural Concrete in Aachen are presented. Hereby, the article also addresses the question of whether there is still a need for scientific research despite the long history of research.

Während das Durchstanzen zentrisch belasteter Einzelfundamente bereits häufig untersucht wurde, liegen zu den in der Praxis vorwiegend auftretenden Fundamenten mit exzentrischen Belastungen nur wenige Untersuchungen vor. Um diese Wissenslücke zu schließen, wurden vierzehn exzentrisch belastete und vier zentrisch belastete Durchstanzversuche unter Einsatz eines neu entwickelten Hydrauliksystems durchgeführt. Die einaxialen und zweiaxialen Lastausmitten wurden systematisch abgestuft, um die Auswirkungen der Lastexzentrizität in Verbindung mit weiteren Einflüssen wie unterschiedlicher Schubschlankheit, Stützengeometrie und -größe zu analysieren. Die experimentellen Untersuchungen an Stahlbetonfundamenten im Realmaßstab belegen den signifikanten Einfluss der Lastexzentrizitäten sowohl auf die Durchstanztragfähigkeit als auch auf das Tragverhalten. Infolge der exzentrischen Belastungen nehmen die Verformungen und die Änderung der Plattendicke deutlich zu und führen sowohl zu einer Verschiebung der Rissbildung in die höherbelastete Fundamenthälfte als auch zu einer unvollständigen Ausbildung des Durchstanzkegels. Der abschließende Vergleich der Versuchsergebnisse mit den Normansätzen nach EC2+NA(D) und aktuellem Entwurf des EC2 der nächsten Generation bestätigt einen höheren Einfluss der Lastexzentrizität bei größerer Schlankheit und lässt erkennen, dass die Bewertung des &bgr;-Faktors nicht unabhängig vom Ausgangspunkt des Grundwerts für das zentrische Durchstanzen erfolgen kann.

Influence of eccentric loading on the structural behavior of column bases
The punching shear behavior of centrically loaded column bases and flat slabs has already been extensively investigated. However, the load eccentricities with column bases usually occurring in practice have so far only been analyzed in a rudimentary way. To close this gap, fourteen eccentrically loaded and four centrically loaded punching tests were performed using a new automated hydraulic system. The uniaxial and biaxial load eccentricities were systematically varied to analyze the effect of load eccentricity related to other influences such as different shear slenderness, column geometry and size. The experimental investigations on real-scale reinforced concrete footings reveal a significant influence of load eccentricities on the punching shear strength as well as on the structural behavior. Significantly larger deformations and thickness measurements are observed as consequence of the non-uniform loading conditions leading both to a more pronounced crack formation in the side with higher soil stresses as well as to an incomplete formation of the punching cone. The comparison of the test results with the approaches according to EC2+NA(D) and the current draft of the next generation of Eurocode 2 confirms an increased influence of the load eccentricity for larger slenderness and reveals that the evaluation of the &bgr;-factor cannot be performed without considering the reference value.

Im Vorhaben “Zyklische Bemessung von Zugstäben mit Endgewinden” sind umfangreiche Untersuchungen an Zugstäben verschiedener Herstellungsarten (geschnitten, gerollt, mit und ohne Feuerverzinkung) durchgeführt worden. Dabei wurden die Durchmesser M16, M48, M68 und M100 untersucht. Die Ergebnisse der 214 Ermüdungsversuche zeigen erhöhte Ermüdungsfestigkeiten für gerollte Zugstäbe. Für geschnittene Gewinde wird der Kerbfall 50 bestätigt. Der Einfluss von Produktions- und Montagetoleranzen wurde mit dem Kerbdehnungskonzept untersucht. Auf Basis der Untersuchungen wird ein Vorschlag der Einordnung des Kerbdetails “Zugstäbe mit Endgewinden” aus Baustahl unter Berücksichtigung des Herstellungsverfahrens und einer Feuerverzinkung formuliert.

Fatigue strength of tension rods with threads
In the project “Zyklische Bemessung von Zugstäben mit Endgewinden”, extensive fatigue tests have been carried out on tension rods of different manufacturing types (cut, rolled, with and without hot-dip galvanizing). The diameters M16, M48, M68 and M100 were investigated. The results of the 214 fatigue tests show increased fatigue strengths for tension rods with rolled threads. Fatigue detail category 50 is confirmed for cut threads. The effect of production and assembly tolerances were investigated using the strain notch concept. A proposal for the classification of the fatigue detail “tension rods with threads” made of structural steel is provided as an outcome of the research project. Fatigue detail categories dependent on the manufacturing process type of thread and on whether hot-dip galvanization is performed or not are proposed.

Es ist bekannt, dass das Fertigungsverfahren von Zugstäben mit Endgewinden einen großen Einfluss auf die Ermüdungsfestigkeit hat. Der Einfluss des Feuerverzinkens auf die Ermüdungsfestigkeit ist jedoch weniger bekannt. Es werden die Ergebnisse von Ermüdungsversuchen an geschnittenen, gerollten, gerollt feuerverzinkten und feuerverzinkt gerollten Zugstangen mit Endgewinden präsentiert und diskutiert.

Fatigue of tension rods with hot dipped galvanized threads.
It is known that the manufacturing process of tension rods with threads has a great influence on the fatigue strength. The impact of hot-dip galvanized tension rods on the fatigue strength is less well known. The results of fatigue tests of cut, rolled, rolled hot dipped galvanized and hot dipped galvanized rolled threads will be presented and discussed.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Thin-walled cold-formed steel elements represent an attractive structural solution due to the fast manufacturing and erection time on-site. Their small thickness leads to imperfection and sensitivities to eccentricities. An experimental programme was performed on short members with lipped channel cross section, subjected to eccentric compression about the minor and major axes, in a large range of eccentricities. The specimens were manufactured on a folding machine. Before testing, the dimensions of all specimens were measured. Shortening of all specimens was measured in two ways, i.e., 1) using the displacement gauge integrated with the machine crosshead beam and 2) from deformation fields obtained using digital image correlation (DIC) system. The quantitative results, presented as the ultimate loads versus the eccentricity curve, emphasise the influence of the eccentric load on the capacity of the element. Finite element (FE) analyses were performed to simulate the behaviour of short members in eccentric compression using the commercial FE software ABAQUS/CAE and ANSYS. Static non-linear analyses were conducted in displacement control. Both geometrical and material nonlinearities were included. An isotropic linearly elastic-perfectly plastic constitutive model was considered, with von Mises yielding the criterion and associated flow rule. Failure modes were identified due to numerical and experimental tests. Plastic mechanism models were derived, resulting in the derivation of post-ultimate, rigid-plastic curves, characterising a post-ultimate structural behaviour.

Es wird ein Berechnungsmodell zur quantitativen Bestimmung der Netto-Tausetzung sowie der Druck-Porenzahl-Beziehung bei Weiterbelastung nach dem Auftauen feinkörniger Böden vorgestellt. Der Ansatz berücksichtigt die Inhomogenität der Veränderung des Bodengefüges infolge der Vereisung. Hierbei wird der Boden vereinfachend in zwei Bereiche unterteilt. Nach dem Modell wird ein Teil des Bodens mit einer rechnerischen Auflast, die der Summe der komprimierenden Vorgänge während der Bodenvereisung äquivalent ist, verdichtet. Für den übrigen Teil wird angenommen, dass er von der Vereisung unbeeinflusst bleibt. Die mit Hilfe des Modells ermittelten Berechnungsergebnisse stehen in sehr guter Übereinstimmung mit den Versuchsergebnissen. Der große Vorteil des Berechnungsansatzes liegt darin, dass eine zuverlässige Prognose der Kompressionseigenschaften des aufgetauten Bodens allein mit den Ergebnissen von Standard-Laborversuchen möglich ist.

A model for the estimation of the thaw-settlements and the compressibility properties of thawed soils.
A mathematical model is presented which allows the quantitative calculation of the net thaw-settlement as well as of the pressure-void ratio relation at continued loading of fine grained soils after thawing. The approach takes into account the inhomogeneity of the change of the soil fabric caused by freezing. For this purpose, the soil is being divided into two parts, which is a simplification of the real situation. In the model, one part of the soil is being compacted with a load that is equivalent to the sum of all compressing processes during ground freezing. For the rest of the soil, it is assumed that it remains unaffected by freezing. The calculation results obtained by the model show good agreement with the results of laboratory tests. The great advantage of the introduced approach is that the compression properties of thawed soil can be reliably predicted just based on the results of standard laboratory tests.

Anläßlich der Bemessung eines Baugrubenverbaus neben einem Gewässer gegen hydraulischen Grundbruch wurden im Rahmen einer Parameterstudie zahlreiche Strömungsberechnungen durchgeführt. Zur Ermittlung der der Baugrube zuströmenden Wassermenge und der hydraulischen Grundbruchsicherheit wurden auf der Grundlage der Potentialtheorie numerische Untersuchungen mit der FE-Methode durchgeführt, aus denen sich, unter Ergänzung durch einige weitere Variablen, mit Hilfe der Dimensionsanalyse Regressionsfunktionen ableiten ließen. Diese erlauben eine einfache und zeitsparende Berechnung der Wassermengen und der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch in geometrisch ähnlichen Fällen.

Die Bestimmung des Reibungsbeiwerts in Gerinnen und Rohren für hydraulische Berechnungen in der Siedlungswasserwirtschaft.

Umfassende Untersuchung aller bekannter Formeln zur Bestimmung des Widerstandsbeiwerts im hydraulisch glatten Bereich, Übergangsbereich und rauhen Bereich.

Bezüglich des konstruktiven Brandschutznachweises von Stahl- und Spannbetonbauteilen ist die Betondeckung der Bewehrung eine der entscheidensten Einflussgrößen. Seit Längerem steht immer wieder die Frage im Raum, wie hinsichtlich dieses relevanten Parameters eine Gleichstellung zwischen Neu- und Bestandsbauten beim Nachweis der Feuerwiderstandsdauer erzielt werden kann. Während für Neubauten die Verwendung des Nennmaßes normativ eindeutig zugelassen ist, besteht im Bestand nicht selten die Notwendigkeit, den rechnerisch ansetzbaren Wert auf Basis von Betondeckungsmessungen zu definieren.
Mit dem Ziel, künftig ein vergleichbares Sicherheitsniveau zwischen neuen und bestehenden Bauwerken im Brandfall erreichen zu können, werden in diesem Beitrag sowohl Überlegungen zur Durchführung als auch zur statistischen Auswertung von Betondeckungsmessungen angestellt. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die bauseitig unvermeidbaren Streuungen der Betondeckung und deren Auswirkungen auf die Feuerwiderstandsdauer verschiedener Bauteilarten gelegt. Beispiele aus der Praxis verdeutlichen die behandelte Thematik. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse wird abschließend eine neue Vorgehensweise zur Festlegung der rechnerisch ansetzbaren Betondeckung für den Nachweis der Feuerwiderstandsdauer im Massivbau formuliert.

Concrete cover tolerances and allowance with regard to the fire resistance design of concrete structures
Regarding the fire resistance design of reinforced and prestressed concrete members the cover of reinforcement is one of the most important parameters. With reference to the chargeable concrete cover, the problem of how to ensure the same standards for new and existing buildings hasn't been solved so far. In contrast to historical buildings the use of the nominal dimension is undoubtedly normatively admitted for new constructions. However, the first-mentioned often require the interpretation of concrete cover measurements.
To guarantee a comparable safety level in future in case of fire between new and existing structures, this article deals with the realization and probabilistic assessment of the named measurements. Specific attention is given to the unavoidable statistical scattering and its effects on the fire safety of various structural member types. Practical examples visualize the treated subject. Based on the results gained from these investigations, a new approach is established to define the chargeable cover of reinforcement for the fire resistance design.

Für die Planung von Instandsetzungsmaßnahmen nach einem Brand stellt sich die Frage, welche maximale Temperatur erreicht wurde. Die bisher praktizierten Untersuchungen beschränkten sich auf röntgenographische Messungen oder thermoanalytische Untersuchungen bzw. Porositätsmessungen. Diese Methoden haben den Nachteil, dass die erfahrene Brandtemperatur nicht kontinuierlich nachgewiesen werden kann. Sie decken lediglich enge Temperaturbereiche ab. Im Rahmen der hier vorgestellten Untersuchungen wurde erstmals die Infrarot-Spektroskopie eingesetzt. Der große Vorteil hierbei ist, dass auch nicht-kristalline (amorphe) Anteile erfasst werden können. Es konnte gezeigt werden, dass die Temperatur die Lage der Si-O-Streckschwingungsbande der festigkeitsbestimmenden Calciumsilikathydrat-Phasen (CSH-Phasen) beeinflusst, wobei diese sich irreversibel mit zunehmender Temperatur zu niedrigeren Wellenzahlen verschiebt. Die Verschiebung ist vermutlich auf eine Depolymerisation der kettenförmigen Si-O-Si-Ketten der CSH-Phasen bis hin zum Monosilikat b-C2S zu erklären.

A new approach to determine the maximum temperature of fire damaged reinforced concrete building elements.
When a fire has damaged a reinforced concrete structure, an engineer has to work out a proper and efficient repair strategy. Because of the effect of the fire on the structural properties of the concrete and the steel, it is important to know the maximum temperature reached. Actually, methods like x-ray diffraction, thermogravimetry and mercury intrusion are used for this investigation. These methods can only determine a few temperature steps and can’t provide a stepless thermometer. From these methods no step-less heat exposure can be drawn. For the first time the FTIR spectroscopy was used to determine the maximum temperature. This method has the advantage that the amorphous structures can be examined. It is shown that the wavenumber of the Si-O-stretching mode is a function of the temperature. The wavenumber decreases with increasing temperature. It should be noted that this correlation is independent from the time the sample is exposed to temperature. The decreases of the wavenumber is probably due to the fact that the Si-O-Si-chains of the CSH phases do depolymerise until monosilicate b-C2S.

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