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Hochfeste Baustähle ermöglichen schlanke und materialsparende, damit auch besonders nachhaltige Konstruktionen. In dem zukünftig anzuwendenden Eurocode 3-1-1 der zweiten Generation wird die Bemessung von Stahlbauten mit Stahlsorten bereits bis S700 geregelt sein. Gleichwohl hat das zuständige Normungsgremium CEN/TC250/SC3 ihre Working Group 12 beauftragt, schon jetzt Regeln für die Stahlbaubemessung mit Stahlsorten des Bereichs S700 bis S960 auszuarbeiten. Die in diesem Zusammenhang stehenden Werkstoffanforderungen sind ganz zu Beginn der Arbeiten zu klären. So stellt sich die Frage, ob die Anforderungen, wie sie bisher an Stähle bis S700 formuliert wurden, nicht nur hinsichtlich der Größe der Mindest- oder Grenzwerte weiter Bestand haben können, sondern auch, ob die jeweilige Art der Anforderungen noch angemessen sein würde. In diesem Aufsatz wird über den Stand der Untersuchungen des hierzu im Rahmen des HOCHFEST-Forschungsverbunds eingerichteten Forschungsprojekts berichtet. Er diskutiert die derzeitigen Werkstoffanforderungen hinsichtlich einer Übertragung auf Stähle bis S960, gibt einen Überblick über die Forschungsmethoden und zeigt mögliche Alternativen auf. Das Forschungsprojekt P1509 ist noch nicht abgeschlossen und weitere Ergebnisse sind noch zu erwarten. Tendenzen zeichnen sich jedoch bereits jetzt ab.

Investigations on material requirements of high-strength steels - FOSTA research network HOCHFEST
Structural steels with higher strengths enable slender and material saving, thus particularly sustainable construction. In the second generation of EC3-1-1, which will be applied in the future, design of steel structures is already possible up to steel grade S700. However, already now, the standardization committee CEN/TC/250/SC3 has commissioned the respective WG12 to prepare rule proposals for the Eurocodes for the design of steel structures using steel grades in the range S700 to S960. Clarification of the material requirements in this context is at the very beginning of the works. The question arises as to whether the set of requirements as formulated so far for the steels up to S700 can continue to exist not only in the amount of minimum or limit-values, but also whether the type of requirements would then still be appropriate. This article reports on the status of the investigations in this respect of a research project P1509 set up within the framework of High Strength Research Network (HOCHFEST). It discusses the current material requirements with regard to a transfer to steels up to S960 in type and value, gives an overview of the research methods and points out possible alternatives. The research project is not yet completed and further results are therefore to be expected. However, tendencies are already emerging.

Für die Herleitung und Verifikation der Bemessungsgrundlagen für kaltgeformte, hochfeste Kran- und Gerüstbaurohre bis zu S960 liegen bisher kaum Versuchsergebnisse vor. In diesem Beitrag stellen die Autoren die Durchführung und Ergebnisse zentrischer Knickversuche an derartigen Rohren vor. Messungen von Eigenspannungen über das Sägeschnittverfahren an unverzinkten und verzinkten Rohren in S960 werden erläutert und diskutiert. Zudem werden die mittels 3D-Scan erfassten geometrischen Imperfektionen der Prüfkörper evaluiert und mit den Ansätzen der Europäischen Knicklinien verglichen. Die Verformungen der Prüfkörper in den Knickversuchen wurden dabei über digitale Bildkorrelation (DIC) erfasst. Die Effekte der Verzinkung und der Knickrichtung auf die Traglast werden hervorgehoben und erläutert.

Experimental investigations on high-strength CHS for crane- and scaffolding construction
So far, only a limited amount of experimental results is available for the derivation and verification of design principles for cold-formed, high-strength crane and scaffolding tubes up to S960. In this article, the authors present the conduction and results of buckling tests on centrally loaded scaffolding and crane tubes of steel grades up to S960. Measurements of residual stresses as structural imperfections using the sectioning method are discussed on ungalvanized and galvanized CHS in S960. Additionally, the geometric imperfections of the test specimens, which were captured by 3D scanning, are discussed and compared with the approaches of the European buckling curves. The deformations of the test specimens in the buckling tests were recorded using digital image correlation (DIC). The effects of galvanization and the buckling direction on the load-bearing capacity are highlighted and elucidated.

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.

In Konstruktionen des Landmaschinenbaus aus dickeren Blechen (ca. 3-10 mm) findet die Klebtechnik bislang nur wenig Anwendung, obwohl sie in anderen Einsatzgebieten bereits ein etabliertes Fügeverfahren darstellt und viele Vorteile gegenüber anderen Fügeverfahren bietet, da es bisher an Regelwerken bei der Auslegung derartiger Verbindungen fehlt. Ein wesentliches Kriterium bei der Auslegung von Verbindungen im Landmaschinenbau ist die Ermüdungsfestigkeit aufgrund der langen Nutzungsphase der Produkte und der in der Landtechnik vorherrschenden Belastungscharakteristika. Geklebte Verbindungen weisen ein hervorragendes Verhalten bei zyklischer Belastung auf. Die steigenden Anforderungen im Hinblick auf Ressourceneffizienz und Leichtbau führen zu einem Umdenken, da durch den vermehrten Einsatz höherfester Stahlwerkstoffe in Kombination mit der Klebtechnik dieses als umsetzbar erscheint. Ziel ist die Entwicklung einer Methode zur Auslegung geklebter Verbindungen in Konstruktionen mit höherfesten Stahlwerkstoffen in Anlehnung an die FKM-Richtlinie. Die betriebsrelevanten Beanspruchungen der Landtechnik werden analysiert und an speziellen Probekörpern untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen, thermischen und medialen Einflussfaktoren als auch der Einfluss der Klebfugengeometrie und von Betriebslastenkollektiven untersucht. Die Erkenntnisse werden in einer KMU-relevanten Vorgehensweise zur Ermittlung von Abminderungsfaktoren zusammengefasst, wodurch die Auslegung der Bauteilfestigkeit sowohl statisch als auch dynamisch möglich ist.

Design method for bonding ultra-high-strength steel materials in agricultural machinery construction
In agricultural machinery constructions made of thick metal sheets (approx. 3-10 mm), adhesive bonding technology has so far only been used to a limited extent, even though it is already an established joining method in other areas of application and offers many advantages over other joining methods because up to now there has been a lack of regulations for the design of such joints. An essential criterion in designing joints in agricultural machinery construction is fatigue strength because the long service life of the products is decisive. Bonded joints exhibit excellent behaviour under cyclic loading. The increasing demands for resource efficiency and lightweight construction are leading to a rethink in agricultural machinery and plant construction because this can be implemented by using higher-strength steel materials in combination with adhesive bonding technology. The aim is to develop a methodology for designing bonded joints in constructions with high-strength steel materials based on the FKM guideline. The operationally relevant loads of agricultural engineering are analysed and examined on technological and component-like test specimens. The mechanical, thermal, and medial influencing factors and the influence of the bonded joint geometry and the operating load collectives are investigated. The findings are summarised in an SME-relevant procedure for determining reduction factors, making it possible to calculate the component strength statically and dynamically.

Herrn Dipl.-Ing. Peter Gauthier als einem herausragenden Ingenieur und auch Prüfingenieur, der für zahlreiche Brücken verantwortlich zeichnet und dessen norddeutsch kühle Analysen stets unbeschreiblich wertvoll für die tägliche Arbeit sind, zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Im Beitrag werden mehrere Hochbrücken über den Nord-Ostsee-Kanal vorgestellt, für die die grundsätzliche Entscheidung zu Ertüchtigung oder Ersatzneubau differenziert getroffen wurde. Damit wird das Spannungsfeld betont, in welchem sich die Baulastträger hinsichtlich der Sicherstellung von Funktionalität der Verkehrsträger, Zustandsbewertung und rechnerischer Bewertung heute oft befinden. Konkret werden mit den beiden Eisenbahnhochbrücken Rendsburg und Hochdonn zwei Bauwerke dargestellt, die ihre normative Nutzungsdauer mit ca. 110 Jahren bereits überschritten haben und trotzdem nach ihrer Ertüchtigung noch lange wirtschaftlich weiterbetrieben werden können. Weiterhin werden die Rader Autobahnhochbrücke und die kombinierte Straßen- und Eisenbahnhochbrücke Levensau erläutert, die die beiden Grenzbereiche zur Festlegung eines Ersatzneubaus markieren. Die Autobahnbrücke ist den Straßenverkehrslasten der A7 nach nur 50 Jahren Nutzungszeit schlichtweg nicht mehr gewachsen, hingegen hat die Levensauer Hochbrücke mit eher moderatem Straßen- und Eisenbahnverkehr ihre planmäßige Nutzungsdauer schon lange erreicht, muss aber wegen der notwendigen Verbreiterung des Nord-Ostsee-Kanals neu gebaut werden.

Bridges over the Kiel Canal - evidences of the art of bridge construction in the field of tension between preservation or replacement
The article presents several high bridges over the Kiel Canal, for which the fundamental decision to strengthening or replacement was made in a differentiated manner. This shows the difficult boundary conditions in which the authorities often find themselves today with regard to ensuring the functionality of the infrastructure, condition and calculated assessment. With the railway bridges Rendsburg and Hochdonn, two structures are presented which have with more than 110 years already exceeded their normative useful life and can still be used economically for a long time after their strengthening. Furthermore, the Rader highway bridge and the combined road and railway bridge Levensau are explained, which mark the two border areas for the determination of a replacement. The highway bridge is simply no longer usable for the heavy road traffic loads of the A7 after only 50 years of use, on the other hand the Levensau bridge with rather moderate road and rail traffic has long since reached its planned service life, but has to be rebuilt because of the necessary widening of the Kiel Canal.

Aktuelles:
Erzeugerpreisindex Stahl (2015 = 100)
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland

SZS steel news: Rückblick: Zürcher Kranbahntag 2023

ÖSTV news: 9. Österreichischer Stahlbaupreis: Preisträger

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Zum Titelbild:
Der Beitrag “Automatisierte Schweißnahtnachbehandlung durch höherfrequentes Hämmern” befasst sich mit der gerätespezifischen Entwicklung einer robotergesteuerten Anwendung der HFH-Nachbehandlung mit dem HiFIT-Gerät sowie einer automatisierten Qualitätskontrolle (Beitrag: Wendler, L. et al., S. 418 ff.). Copyright: 2023 Hochschule München Institut für Material- und Bauforschung, Labor für Stahl und Leichtmetallbau

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Ein Korpus von ca. 90 Präsentationsmodellen im Sammlungsbestand der TU Bergakademie Freiberg bietet Anlass, einige zwischen 1969 und 1990 errichtete, ausgewählte Stahlleichtbautragwerke des vormaligen VEB Metalleichtbaukombinat (MLK) näher zu betrachten. Dabei handelt es sich um hallenartige Bauwerke, welche sowohl innerhalb der DDR errichtet worden waren als auch in den Export gelangten. Es werden die grundlegenden politischen Prämissen, unter denen der Stahlhochbau in der DDR wirtschaften musste, erläutert. Anhand von prägnanten Tragwerken, welche sowohl langlebig als auch als Unikat errichtet wurden, soll deren bewiesene Fähigkeit zur Weiterfunktion unter neuen Grundbedingungen dargestellt werden. Gerade diese Tragwerke eignen sich hervorragend dazu, den Nachhaltigkeitsaspekt im Stahlhochbau auch für Bauten dieser Epoche anzuwenden.

Für eine Schnellladestation am Produktionsstandort eines Sportwagenherstellers sollte eine Überdachung entwickelt werden, die neben der Funktion als Witterungsschutz das Image der Marke transportiert. Die bereits vorhandene technische Infrastruktur, also nicht überbaubare Starkstromtrassen sowie Bewegungs- und Wartungsräume der Ladesäulen, ließen nur wenige und v. a. unregelmäßige Auflagerpunkte und Stützenstellungen zu. Das Ergebnis des Entwurfsprozesses ist ein scheinbar schwebendes Dach, dessen Verkleidung einer Tragfläche nachempfunden ist, welche auf einer einzigen Endlosstütze aufgelagert wurde. Die Endlosstütze Spline, ikonografisch in Analogie einer zunächst einfach erscheinenden, aufgebogenen Büroklammer, gewährleistet durch die räumlichen Stützenstellungen und -neigungen sowohl die Einspannung des auskragenden Dachs als auch die globale Aussteifung. Unter Einsatz eines evolutionären Optimierungsalgorithmus wurde die Geometrie hinsichtlich größtmöglicher Effizienz unter Einhaltung der gegebenen geometrischen Restriktionen entwickelt. Innerhalb des parametrischen Strukturmodells erfolgte neben der Kontrolle und Analyse der statischen Performance auch die geometrische Durchbildung der gefrästen Kreisbögen an den Kopf- und Fußpunkten. Der gesamte Prozess von der Entwicklung und Variantenstudie über die Analyse und Dokumentation bis zur Fertigung fand somit in einer geschlossenen digitalen Prozesskette statt.

Fast-charging station Leipzig - the floating roof on a computer-generated endless support
For a fast-charging station at the production site of a sports car manufacturer, a roof was to be developed that would transport the image of the brand in addition to I function as weather protection. The existing technical infrastructure, i. e., power lines that could not be built over and movement and maintenance spaces for the charging columns, only allowed for a few and, above all, irregular support points and support positions. The design process results in a seemingly floating roof whose cladding is modelled on an aerofoil supported on a single endless column. The infinite support Spline, iconographically analogous to an initially simple appearing bent-up paper clip, ensures both the clamping of the cantilevered roof and the global reinforcement through the spatial support positions and inclinations. The geometry was developed using an evolutionary optimisation algorithm with the most outstanding efficiency while complying with the given geometric restrictions. Within the parametric structural model, in addition to the control and analysis of the static performance, the geometric implementation of the milled circular arcs at the head and foot points was also carried out. The entire process, from the development and variant study to the analysis and documentation to the production, thus took place in a closed digital process chain. Therefore, it was possible to achieve the design goal of contrasting a flat roof and a filigree support structure.

Die Wirksamkeit der Schweißnahtnachbehandlung durch höherfrequente Hämmerverfahren (HFH) zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit wurde bereits durch eine Vielzahl von Studien belegt. Durch die robotergesteuerte Anwendung der HFH-Verfahren soll die Schweißnahtnachbehandlung in den Herstellprozess automatisiert geschweißter Bauteile integriert werden können und ein wirtschaftlicher Einsatz der HFH-Behandlung innerhalb der Serienfertigung ermöglicht werden. Zudem kann eine automatisierte Qualitätskontrolle in den Nachbehandlungsprozess eingebunden werden, die eine genauere Vermessung der Nahtgeometrie als konventionelle Messmethoden ermöglicht. Dieser Beitrag befasst sich mit der gerätespezifischen Entwicklung einer robotergesteuerten Anwendung der HFH-Nachbehandlung mit dem HiFIT-Gerät sowie einer automatisierten Qualitätskontrolle. Anschließend wird die Verifizierung der Wirksamkeit der automatisierten HFH-Nachbehandlung anhand von Ermüdungsversuchen und der Vermessung der Eindruckgeometrie dargestellt.

Automated post weld treatment by High Frequency Impact Treatment
The effectiveness of post weld treatment by High Frequency Mechanical Impact Treatment (HFMI) to increase the fatigue strength has already been proven by numerous studies. An automated application of HFMI-treatment can be integrated in the manufacturing process of automated welded constructions and enables an economical use of HFMI-treatment within series production. Furthermore, an automated quality control can be embedded in a robot-controlled HFMI-process, which enables a more precise measurement of the weld geometry than conventional measuring methods. This article covers the device-specific development of a robot-controlled application of HFMI-treatment by the HiFIT-tool as well as an automated quality control. Following, the verification of the effectiveness of an automated HFMI-treatment by fatigue tests and the measurement of the geometry of the HFMI groove is presented.

Die Anwendung von Zuggliedern aus Carbon ist durch die außergewöhnlich gute Ermüdungs- sowie hohe Zugfestigkeit des Werkstoffs motiviert. Ferner ergibt sich gegenüber Stahl eine deutliche Reduzierung des Querschnitts. Perspektivisch sollen damit u. a. Stahlzugglieder im Netzwerkbogenbrückenbau ersetzt werden. Das Tragverhalten von Carbonzuggliedern im Brandfall ist jedoch bislang unbekannt. Daher wurden mittels Bauteilbrandversuchen die Versagensmechanismen untersucht sowie anhand gewonnener Versuchsdaten eine exemplarische Einschätzung zur Gleichwertigkeit gegenüber konventionellen Stahlzuggliedern vorgenommen. Der Beitrag beschreibt realmaßstäbliche Brandversuche an mechanisch belasteten Carbonzuggliedern, die im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens NeZuCa durchgeführt wurden. Das Versuchsprogramm umfasste vier Carbonzugglieder mit kreisrunden Querschnitten in zwei verschiedenen Durchmessern, 36 mm und 51 mm. In Ermangelung eines präskriptiven Brandszenarios für den im Projekt vorgesehenen Anwendungsfall und aus Gründen der Vergleichbarkeit erfolgte die Brandbeanspruchung nach Einheitstemperaturzeitkurve (ETK). Neben den Längsverformungen der Zugglieder wurden auch die Bauteil- und Brandraumtemperaturen aufgezeichnet.

Fire testing of loaded carbon tension members
The application of carbon tension members is motivated by extraordinary well fatigue behaviour and high tensile strength of the material. Compared to steel, cross sections can be reduced. Steel tension members used for network arch bridges shall be replaced in perspective. The loadbearing behaviour of carbon tension members in case of fire is still unknown. Therefore, fire tests were performed to investigate the failure mechanisms. Based on the derived test data the comparability to conventional steel tension members was estimated. This paper describes real scale fire testing of mechanically loaded carbon tension members, carried out as a part of the joint research project NeZuCa. The test setup consisted of four carbon tension members with circular cross sections and diameters of 36 mm and 51 mm. In absence of a prescriptive fire scenario for the application case intended in the research project and to ensure comparability, a fire exposure according to standard temperature/time curve was chosen. The elongation of the tension members as well as the temperatures of the specimen and the furnace were recorded.

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Um eine ausreichende Verfügbarkeit der Brückeninfrastruktur gewährleisten zu können, werden Lösungen benötigt, welche den hohen Verkehrsbeanspruchungen dauerhaft zuverlässig standhalten und gleichzeitig durch Ressourcenschonung einen Beitrag zum Klimaschutz leisten können. Das Prinzip der Netzwerkbogenbrücke erlaubt effiziente und verformungsarme Brückentragwerke mit Spannweiten bis über 300 m unter Einsatz von schlanken, vorwiegend normalkraftbeanspruchten Haupttraggliedern. Der Einsatz des Hochleistungswerkstoffs Carbon (unidirektionale Carbon Fiber Polymer Composite, UD-CFPC) erlaubt eine äußerst leistungsfähige Leichtbaulösung für hoch beanspruchte Zugglieder und eröffnet zudem Einsparpotenziale im Primärtragwerk. Carbonzugglieder sind gegenwärtig nicht bauaufsichtlich geregelt. Als Grundlage für eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) wurden für erste Anwendungen durch den jeweiligen Bauherrn finanzierte projektspezifische Bauteilversuche herangezogen. Durch Bauteilversuche unter statischer und nicht ruhender Beanspruchung sowie ergänzende Untersuchungen sollen im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens NeZuCa (Netzwerkbogenbrücken mit Zuggliedern aus Carbon) die Grundlagen für eine standardisierte und vereinfachte Anwendung der Technologie erarbeitet werden. In diesem Beitrag berichtet das Projektkonsortium über erste Ergebnisse. NeZuCa wird als Teil des Technologietransferprogramms Leichtbau (TTP-LB) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und durch den Projektträger Jülich (PTJ) betreut.

Tension member made from carbon fiber polymer composite subject to static and fatigue loads - first results from joint research project NeZuCa
For high availability of bridge infrastructure, solutions are needed that can withstand high traffic loads reliably and contribute to climate protection through resource savings. The principle of the network arch bridge allows for efficient and low-deformation bridge structures with spans of over 300 m, using slender primarily axially loaded main members. The use of high-performance carbon materials (unidirectional carbon-fibre-reinforced polymers, UD-CFRP) allows for an extremely efficient lightweight solution for highly stressed tension members and offers potential savings in the primary structure. Carbon tension members are currently not regulated by building authorities. For the basis of an individual approval (ZiE), project-specific component tests financed by the respective client were used for initial applications. Within the framework of the joint research project NeZuCa (Network Arch Bridges with Carbon Tension Members), component tests under static and non-static loading conditions, as well as additional investigations, are conducted to establish the basis for a standardized and simplified application of the technology. This article presents the initial results reported by the project consortium. NeZuCa is supported by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy as part of the Lightweight Construction Technology Transfer Program (TTP-LB) and is supervised by the Project Management Agency Jülich (PTJ).

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Mit der Fertigstellung des neuen Schrottverladekrans am Werksgelände der Badischen Stahlwerke GmbH steht ein moderner Umschlagkran zum Schrott-Handling zur Verfügung. Mit einer Gesamtlänge von 100 m und einer Gesamthöhe von über 30 m besticht der Kran nicht nur optisch, sondern in vielen Bereichen mit außergewöhnlichen Detaillösungen. Der patentierte runde Hauptträger ist die sichtbarste Komponente, die neue Maßstäbe setzt. Doch auch andere Teile des Stahlbaus sowie die Maschinenkomponenten sind am Stand der Technik und runden Konstruktion und Funktion ab.

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Aktuelles:
Erzeugerpreisindex Stahl (2015 = 100)
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland
Internationaler Ringversuch zu numerischen Schalenbeulsicherheitsnachweisen

Wettbewerbe:
Verleihung des Züblin-Stahlbaupreises 2023

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Zum Titelbild:
Heißzugversuche an Nietverbindungen aus historischem Stahl der Messehalle 12 in Leipzig zur Ermittlung der temperaturabhängigen Schertragfähigkeit (Quelle: MFPA Leipzig GmbH), s. Beitrag: Neck, M.; Reichel, S.; Thieme, M., S. 345 ff.

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