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Die Beton-Stahlrohrsteckverbindung wird in dieser Arbeit für die Anwendung bei hybriden Mastkonstruktionen aus der Stahlrohrsteckverbindung weiterentwickelt. Die maßgebende Biegebeanspruchung der Maste wird dabei vom Stahlrohr mit Schubrippen über die Mörtelfuge in das darunterliegende Schleuderbetonrohr eingeleitet. Der Kraftfluss in der Verbindung ändert sich fortlaufend mit der Lastzunahme und wird entscheidend vom Verformungsverhalten der Rohre beeinflusst. Das Trag- und Verformungsverhalten der neuen Verbindung wird in diesem Beitrag anhand zweier durchgeführter Großversuche und begleitender FEM-Simulationen untersucht. Des Weiteren wird anhand zweier variierter Parameter, der Position der Schubrippen sowie einer Steckverbindung ohne Schubrippen der Einfluss auf das Trag- und Verformungsverhalten ermittelt und diskutiert.

Investigation of the load-bearing behaviour of connections of the hybrid mast construction - Large-scale tests and FEM-simulations
The grouted concrete-steel slip joint is developed in this paper for the application in hybrid mast constructions from the grouted steel slip joint. The decisive bending stress of the masts is transferred from the steel pipe with shear keys via the grout joint into the spun concrete pole below. The force flow in the connection changes continuously with the increase in load and is decisively influenced by the deformation behaviour of the poles. The load-bearing and deformation behaviour of the new joint is investigated in this paper by means of two large-scale tests and accompanying FEM simulations. Furthermore, the influence on the load-bearing and deformation behaviour is determined and discussed on the basis of two varied parameters, the position of the shear keys and a grouted slip joint without shear keys.

Im Stahlbau werden häufig Schrauben zur Herstellung von sicheren und haltbaren Verbindungen eingesetzt. Dennoch ist diese bewährte Fügetechnologie mit einigen signifikanten Nachteilen verbunden. Hierzu zählen im Wesentlichen die großen Streuungen beim Einbringen der Vorspannkraft für das drehmomentgesteuerte Anziehverfahren, die Gefahr des Losdrehens bei zyklischer Belastung durch Querverschiebung der Bauteile sowie die geringe Schwingfestigkeit bei Axialbelastung. Die bereits in den 1930er Jahren für die Luft- und Raumfahrttechnik entwickelte Schließringbolzentechnologie weist diesbezüglich Vorteile auf. Im Zuge verschiedenster Anforderungen aus dem Flugzeug-, Nutzfahrzeug-, Schienenfahrzeug- und Landmaschinenbau, der Wehrtechnik und dem Stahlbau wurde diese Fügetechnologie stets weiterentwickelt. Der Einsatz der vornehmlich im Maschinenbau angewendeten Schließringbolzentechnologie wurde dabei meist auf Einzelfalluntersuchungen gestützt, da keine einheitlichen Regeln zur Ausführung und Bemessung von Schließringbolzenverbindungen im Stahlbau zur Verfügung standen. Im Rahmen mehrerer AiF-Forschungsvorhaben der Industriellen Gemeinschaftsforschung sowie durch Zulassungsuntersuchungen konnten am Fraunhofer-Anwendungszentrum Großstrukturen in der Produktionstechnik (AGP) sukzessive die notwendigen Bemessungsregeln erarbeitet werden. Diese werden im Rahmen des Beitrages vorgestellt, um die Vorteile dieser Fügetechnik weiteren Anwendern nutzbar zu machen. Dazu werden sowohl Einblicke in die bauaufsichtliche Verwendbarkeit gegeben als auch aktuelle Anwendungsbeispiele vorgestellt.

Design and execution of joints with lock-bolts for steel structures.
A large number of mechanical joints for steel structures is generated with conventional bolts. Still, this proven joining technology has some significant disadvantages. These include the big scattering of inserting the preload using the torque-tightening method, the risk of self-loosening by cyclic loads causing a cross movement of the components as well as the low fatigue resistance for axial loads. The lock-bolt technology was already invented in the 1930s and mainly used for the aviation and space industry in support of its evident advantages. Due to demands from different industrial markets, like aviation, truck, trailer, rail, bus, agriculture, mining, military and steel construction industry, the lock-bolt technology was further developed and applied. Its application, particularly in the mechanical engineering sector, was mainly possible due to individual investigations performed by the users of the technology. These investigations were costly but necessary due to the lack of consistent design rules, which hindered a broader implementation and the calculation of lock-bolt connections in the construction and building industry. Within the scope of several research projects funded by the AiF (German Federation of Industrial Research Associations) the Fraunhofer-Application Center for Large Structures in Production Engineering successively developed calculation rules, which will be introduced to the reader within the scope of this paper with the aim to utilise the advantages of this joining technique. Furthermore, the applicability in the building industry with general technical approvals will be exemplified and current applications demonstrated.

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Die vollautomatische Fertigung ist in der Stahlbauindustrie angekommen. Zwar gibt es erst sehr wenige Firmen, die Stahlbauteile komplett von Robotern zusammenbauen lassen, aber der Mangel an Facharbeitern verbunden mit einem kontinuierlichen Fortschritt in der Maschinentechnik führt zu einem kontinuierlichen Zuwachs in diesem Bereich. So kann z. B. ein Roboter eine Fußplatte oder eine Steife an eine Stütze halten, während der zweite die Schweißnähte fertigt. Schweißroboter können darüber hinaus mithilfe des 3D-Druckverfahrens WAAM (Wire and Arc Additive Manufacturing) Details (Steifen), Knotenpunkte, Bauteile (insbesondere mit außergewöhnlichen Geometrien) und ganze Bauwerke herstellen. Der Schweißdraht wird hierbei als Druckwerkstoff eingesetzt, sodass es sich im Prinzip um eine Auftragsschweißung handelt. Hierdurch kann nicht nur die Logistik im Fertigungsbetrieb vereinfacht werden, da Steifen oder andere Anschlusselemente nicht mehr vorab zugeschnitten und an den Zusammenbauplatz geliefert werden müssen. Es können sich auch neue, dem Kraftfluss entsprechende Geometrien ergeben. Dadurch wird ein ganz anderes Konstruieren als bisher ermöglicht. Der vorliegende Beitrag zeigt, neben einem kurzen Überblick über das WAAM, einige Fertigungsbeispiele aus Forschungsprojekten des Fachgebiets Stahlbau der TU Darmstadt, sich aus der Optimierung ergebende neue Lösungen für alte Probleme und die erste Brücke, die komplett an ihrem Einsatzort gedruckt wurde.

3D printing with steel - additive manufacturing of details, connections and members
Fully automated production has arrived in the fabrication of structural steel. Although there are only very few companies that have steel components completely assembled by robots, the lack of skilled workers combined with continuous progress in the technology has led to a steady growth in this area. For example, one robot holds a base-plate or a stiffener to a column while the second one welds the seams. Welding robots can also use WAAM (Wire and Arc Additive Manufacturing) to produce details (stiffeners), connections, components (especially with unusual geometries) and entire structures. The wire electrode serves as printing material. This not only simplifies the logistics in the fabrication, since stiffeners or other connecting elements no longer have to be cut to size in advance and delivered to the assembly site. It also results in new shapes that require a new design process, in accordance with the flow of forces and in an optimised manner. This paper shows, besides a short overview of WAAM, some built examples from research projects of the department of steel construction of TU Darmstadt, new solutions for old problems resulting from the optimization, and the first bridge which was completely printed on site.

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In den neuen Bundesländern bestehen 95 große Talsperren. An Hand von mehreren Baumaßnahmen wird die Instandsetzung und Modernisierung von Verschlüssen an Talsperren dargestellt. Hervorgehoben werden dabei die Instandsetzung von Verschlüssen bis zur Nennweite DN 2000. Als Antriebe von Verschlüssen werden Hydraulikantriebe beschrieben und die Schwierigkeiten, die beim Einbau auftreten können. Über im Bau befindliche und geplante Neuanlagen wird berichtet.

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Türme und Maste für den Antennenbau, den Energietransport oder für Windenergieanlagen werden üblicherweise auf kreisrunden, quadratischen oder achteckigen Fundamenten gegründet. Im Beitrag werden aus den Gleichgewichtsbeziehungen zwischen einwirkenden Schnittgrößen und den für die jeweilige Fundamentgeometrie sich einstellenden Sohlspannungen Näherungsformeln sowohl zur Ermittlung der max. Spannung, als auch zur Nullinienbestimmung hergeleitet. Weiter kann mit den vorgestellten Formeln auf einfache Weise bereits in der Entwurfsphase einer wirtschaftlichen Gestaltung Rechnung getragen bzw. eine Optimierung der Fundamentfläche erzielt werden.

Durch Verschlämmen der Seesohle auf der Abflußseite kommt es zum Anheben des Seespiegels. Es werden Gleichungen angegeben, mit denen die hierdurch verursachten Grundwasserspiegeländerungen analytisch erfaßt werden können. Ferner wird angegeben, wie die dadurch bedingte Änderung des Grundwasserzustroms zu ermitteln ist. An einem Beispiel wird die Anwendung der Gleichungen gezeigt.

Der von bauforumstahl veranstaltete Branchentreff am 18./19.10.2012 im Eurogress Aachen stand ganz im Zeichen des Zusammenschlusses der Branche. Zum 01. 01. 2012 hatten bauforumstahl (BFS) und der Deutsche Stahlbau-Verband DSTV ihre Aktivitäten zusammengeführt. Entsprechend gut war die Stimmung, zumal die bislang gute Baukonjunktur in Deutschland den Stahlbaubetrieben ein gutes erstes Halbjahr 2012 einbrachte. Mit einer Produktion von 1 Mio. t in den ersten sechs Monaten konnte der deutsche Stahlbau an das überaus gute Baujahr 2011 anknüpfen. Insgesamt ergab sich ein Zuwachs von 2,7 % im Vergleich zum Vorjahreszeitraum. Für das Gesamtjahr 2012 wird mit rd. 2 Mio. t im Kernbereich des konstruktiven Stahlbaues eine Produktion in der Größenordnung der letzten Jahre erwartet.

Fußgängerbrücken sind besondere Strukturen. An sie werden weniger restriktive Anforderungen als an die großen Brücken für Straße und Eisenbahn gestellt. Das ermöglicht gekrümmte Grundrißverläufe, die sich aus der geometrischen Forderung nach einer harmonischeren Anbindung an bestehende Wegenetze und nach flüssigeren Verkehrsführungen ergeben. Insbesondere bei größeren, für Seiltragwerke prädestinierte Spannweiten ist es möglich, diese Krümmung für effiziente Tragstrukturen zu nutzen, ohne auf die Leichtigkeit und Transparenz von Seilbrücken verzichten zu müssen. Interessante und spannende Tragwerke sind möglich, und mit der dritten Dimension erhalten diese Brücken eine eigene, räumliche Dynamik.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Säulengründungen können ummantelte Säulen zur Baugrundverbesserung auch in sehr weichen Böden eingesetzt werden, da die radiale Stützwirkung durch die Ummantelung im Verbund mit dem umgebenden Boden sichergestellt wird, wobei der Geokunststoff durch Ringzugkräfte beansprucht wird. Beim Vorliegen von weichen bindigen oder organischen Böden wie Torf wird dieses Bauverfahren daher zunehmend zur Gründung von Bauwerken, insbesondere von Dämmen, eingesetzt. Es werden numerische und analytische Berechnungsverfahren vorgestellt, mit denen eine Berechnung und Bemessung des Gründungsverfahrens möglich ist.

In beidseitig eingespannten kurzen Stahlstützen unter Querkrafteinwirkung entsteht gewöhnlich eher Schubfließen als Biegefließen. Im Beitrag werden Ergebnisse experimenteller und analytischer Untersuchungen zum Schubversagen beidseitig eingespannter kurzer Stahlstützen vorgestellt. Im Versuchsprogramm wurden unterschiedliche Schlankheitswerte für die Elemente Flansch und Steg des doppelsymmetrischen I-förmigen Stützenquerschnittes betrachtet. Es konnte ein eindeutiger Grenzschubschlankheitsgrad zwischen Schubfließen kürzerer Stahlstützen und Biegefließen längerer Stahlstützen bestimmt werden. In den Stützlängen dazwischen gibt es grundsätzlich große Unterschiede im Verhalten. Der Grenzschubschlankheitsgrad von Stahlprofilen wird hier analytisch hergeleitet und durch Versuch bestätigt.

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Das Modell des “äquivalenten T-Stummels” ist ein anerkanntes Verfahren zur Beurteilung der Tragfähigkeit geschraubter Plattenverbindungen. In DIN EN 1993-1-8 wird diese Methode als Standard vorgegeben. Die dort angegebenen Formeln für die Berechnung der effektiven Länge beruhen auf der Auswertung umfangreicher Versuchsergebnisse und ergänzender FE-Berechnungen. Ein schlüssiges mechanisches Modell fehlt bis heute. Im Folgenden wird nun ein solches mechanisches Modell vorgestellt, welches es erlaubt, auf der Basis der Fließlinientheorie die effektive Länge von Fließlinien für unterschiedliche Versagensmuster auf einfache Weise zu berechnen.

To the mechanics of the equivalent T-stub.
The “equivalent T-stub” model is a recognized method of assessing the load bearing capacity of bolted end-plate connections. In DIN EN 1993-1-8 this method is specified as standard. The formulas given there for calculating the effective length are based on the evaluation of a large number of test results and supplementary FE calculations. A conclusive mechanical model is still missing. In the following, such a mechanical model will be presented, which allows to easily calculate the total effective length of yield lines for different collapse patterns on the basis of the plastic hinge line theory.

Das Porensystem im Beton, bestehend aus Gel- und Kapillarporen, beeinflusst dessen Wasseraufnahmefähigkeit und so direkt auch den Frost-Tausalz-Widerstand. Unterschiedliche Expositionsbedingungen im jungen Alter des Betons haben dabei einen ausgeprägten Einfluss auf die Ausbildung des Porensystems. Um die Rolle der Vorkonditionierung auf das sich ausbildende Porengefüge und so den Frost-Tausalz-Widerstand von Beton zu klären, wurden Proben bei unterschiedlichen relativen Luftfeuchten vorkonditioniert und anschließend gemäß dem CDF-Test untersucht. Es wurde festgestellt, dass der Frost-Tausalz-Widerstand von Proben mit einem Wasserzementwert von 0,40 maßgebend vom oberflächennahen Hydratationsgrad abhängt. Dieser variierte aufgrund der unterschiedlichen Luftfeuchten bei der Vorkonditionierung. Ausschlaggebendes Kriterium für den Frost-Tausalz-Widerstand der Proben mit einem Wasserzementwert von 0,55 stellt, bedingt durch das bei diesem w/z ausgeprägte Kapillarporensystem, der Grad der Wassersättigung dar. Proben mit einem besonders ausgeprägten Kapillarporensystem besaßen sehr hohe Abwitterungsbeträge. Abschließend wird ein auf einem künstlichen neuronalen Netz basierendes Prognosemodell vorgestellt. Dieses ist in der Lage, die Abwitterung von Mörteln im CDF-Versuch anhand von Feuchtigkeitsmessungen vor einer Frost-Tau-Beanspruchung zu prognostizieren.

Effect of preconditioning on the freeze-thaw resistance of concrete
The pore system in concrete, consisting of gel and capillary pores, influences its water absorption capacity and thus directly also the freeze-thaw resistance. Different exposure conditions in the young age of concrete have a significant influence on the formation of the pore system. To clarify the role of preconditioning on the forming pore structure and thus the freeze-thaw resistance of concrete, specimens were preconditioned at different relative humidities and then tested according to the CDF test. It was found that the freeze-thaw resistance of specimens with a water-cement ratio of 0.40 depended significantly on the degree of hydration near the surface. This varied due to the different humidities during preconditioning. The decisive criterion for the freeze-thaw resistance of the specimens with a water-cement ratio of 0.55 is the degree of water saturation due to the distinctive capillary pore system of this w/c. The degree of water saturation of the specimens with a water-cement ratio of 0.55 is also a decisive criterion for the freeze-thaw resistance. Specimens with a particularly distinct capillary pore system possessed very high amounts of weathering. Finally, a prediction model based on an artificial neural network is presented. This model is able to predict the weathering of mortar samples in the CDF test on the basis of moisture measurements before freeze-thaw exposure.

Elementdecken aus vorgefertigten Stahlbetonplatten mit Gitterträgern und aufbeto-nierter Ortbetonschicht werden bei einem zusätzlichen Nachweis der Verbundfuge wie Ortbetondecken bemessen. Während nichtlineare und plastische Bemessungsverfahren in bauaufsichtlichen Zulassungen für Gitterträger derzeit aufgrund mangelnder Erfahrung ausgeschlossen sind, ist eine lineare Schnittgrößenermittlung mit nachträglicher begrenzter Momentenumlagerung wie bei Ortbetondecken möglich. Für Momentenumlagerungen von 30 % muß nach DIN 1045-1 hochduktiler Betonstahl für die Biegezugbewehrung verwendet werden. Wenngleich DIN 1045-1 hierbei normalduktilen Betonstahl für Gitterträger nicht ausschließt, ist die notwendige Rotationsfähigkeit sicherzustellen. Vier Versuche am Institut für Massivbau der RWTH Aachen haben gezeigt, daß auch mit Gitterträgern aus normalduktilem Betonstahl große plastische Rotationen möglich sind, ohne daß eine Reduktion der Querkrafttragfähigkeit festzustellen war.

Die gekrümmte Grundrißform lässt sich optimal mit der fugenlosen Bauweise kombinieren. Denn Zwängungen aus Temperaturschwankungen und Betonschwinden lassen sich durch horizontales "Atmen" des Überbaus auf niedrigem Niveau halten. Damit können aufwendige technologische und konstruktive Maßnahmen zur Beherrschung der Rißbildung vermieden und Kosten gesenkt werden. Zudem eröffnen sich in Hinblick auf die Gestaltung neue Möglichkeiten. Im nachfolgenden Beitrag wird gezeigt, daß zum Entwerfen gekrümmter Betonbrücken bereits wenige Parameter ausreichen.

Die Kraftbestimmung in Kabeln von Schrägseilbrücken und externen Spanngliedern ist zur Prüfung und Beurteilung dieser Bauteile erforderlich. Die Feststellung der Kräfte durch Abhebekontrollen mit hydraulischen Pressen ist mit erheblichem Aufwand sowie der Gefahr von Beschädigung verbunden. Auch Schwingungsmeßmethoden zur Bestimmung der wirksamen Kabelkräfte zeigen nicht immer zufriedenstellende Ergebnisse. Vor allem bei hohen Zugkräften und kurzen Kabeln sind fallweise Fehler von bis zu ± 10 % feststellbar. Aus diesem Grund sind Verfahren erforderlich, die eine effiziente und sehr genaue Bestimmung der Kabelkraft ermöglichen. In diesem Beitrag wird eine praktisch einsetzbare Methode für eine genaue Kraftbestimmung auf Basis von Schwingungsmessungen am Beispiel der Schrägseilbrücke über den Wiener Donaukanal präsentiert.

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